Теорія фільтраційної консолідації грунтів

Процес ущільнення грунту в часі, внаслідок зменшення вологості (пористості) при постійному напруженому стані називається процесом консолідації

Передумови теорії фільтраційної консолідації зводяться до наступного:

1 скелет грунту лінійно-деформується, деформується миттєво після додатки до нього навантаження і в'язкими зв'язками не володіє;

2 структурної міцністю грунт не володіє, тиск в перший момент повністю передається на воду;

3 грунт повністю водонасищен, вода і скелет об'ємно нестисливі, вся вода в грунті гідравлічно неперервна;

4 фільтрація підкоряється закону Дарсі.

Таким чином, розглянута нижче теорія фільтраційної консолідації грунтів (без додаткових умов) буде застосовна для неущільнених, повністю водонасичених (слабких) глинистих ґрунтів.

Відзначимо, що окремими вченими в теорію фільтраційної консолідації введений ряд удосконалень і доповнень, що враховують властивості природних глинистих ґрунтів різної консистенції, і встановлені межі застосовності окремих рішень.

Диференціальне рівняння одновимірної задачі теорії фільтраційної консолідації дозволяє сформулювати (при зроблених вище передумови) завдання про протікання в часі осад повністю водонасиченого шару грунту при ущільненні його суцільний рівномірно розподіленим навантаженням в умовах односторонньої фільтрації води, вважаючи, що зміна витрати видавлюється з пір грунту води з достатньою точністю визначається законом фільтрації, а відповідна зміна пористості - законом ущільнення.

Приймемо, що в початковий момент часу грунтова маса знаходиться в статичному стані, т. Е. Поровое тиск води дорівнює нулю. Позначимо: pw - поровое тиск понад гідростатичного в воді; рz - тиск, що передається на тверді частинки (ефективне).

Теорія фільтраційної консолідації грунтів

Мал. 5.5. Схема розподілу тисків в скелеті грунту (pz) і в поровой воді (pw) в водонасиченому шарі при суцільний навантаженні для різних проміжків часу

Для елементарного шару dz на глибині z в грунтовій масі збільшення витрати води q одно зменшенню пористості грунту n, т. Е.

Коефіцієнтом консолідації грунту cv. т. е.

m # 957; - коефіцієнт відносної стисливості грунту

Остаточно матимемо

Для випадку рівномірного (в стабілізованому стані) розподілу ущільнюючих тисків по глибині рішення рівняння (5.12) може бути представлено у вигляді

Теорія фільтраційної консолідації грунтів

Найбільше, однак, значення для практики має формула опади шару грунту при суцільний навантаженні для будь-якого проміжку часу від початку завантаження, т. Е. Осаду st.

Для визначення цієї величини введемо поняття про ступінь консолідації (ущільнення).

Якщо прийняти ступінь консолідації, відповідну повної стабілізованою осаді, за одиницю і позначити частку від повного ущільнення (т. Е. Ступінь консолідації для будь-якого часу) через U, то її значення знайдемо як відношення площі епюри тисків в скелеті грунту для часу t до площі повної (стабілізованою) епюри тисків (при t = ∞).

Висловлене положення математично можна записати в наступному вигляді:

Теорія фільтраційної консолідації грунтів

де Fp - плошадь повної стабілізованою епюри ущільнюючих тисків (в даному випадку Fp = ph).

Перетворимо вираз (позначивши для розглянутого основного випадку ступінь консолідації через Uо):

Так як e -N - правильна дріб, то для ряду практичних випадків можна обмежитися першим членом ряду. Тоді матимемо

Так як повного ущільнення відповідає повна стабілізована осаду, а частини ущільнення - осаду за час t, то ступінь консолідації (ущільнення) може бути виражена і таким рівнянням:

де st - осаду за цей час; s-повна стабілізована осаду

або отримаємо для основного випадку (рівномірного розподілу ущільнюючих тисків по глибині) осадку для будь-якого часу U

Схожі статті