Тиск ґрунту на підпірну стіну
Основні поняття та припущення
Тиск ґрунту на огороджувальну поверхню залежить від багатьох факторів:
способу і послідовності засипки грунту;
природного і штучного трамбування;
фізико-механічних властивостей грунту;
випадкових або систематичних струсів грунту;
осад і переміщень стінки під дією власної ваги, тиску грунту;
типу пов'язаних споруд.
Все це значно ускладнює завдання визначення тиску грунту. Існують теорії визначення тиску грунту, що використовують передумови, що дозволяють з різним ступенем точності виконувати рішення задачі. Відзначимо, що рішення цього завдання виконується в плоскій постановці.
Теорія Кулона, запропонована в 1776 р грунтується на розгляді граничної рівноваги призми грунту, Обмеженою прямолінійними площинами обвалення (випирання). Більш суворе рішення про граничний рівновазі показує, що дійсне обрис цих поверхонь ковзання є криволінійним. Однак величини активного тиску грунту на вертикальні або близькі до вертикальних, жорсткі, гладкі і шорсткі стінки, певні по Кулону і по точній методиці, розрізняються між собою на 2-3% що, безсумнівно, можна вважати задовільним результатом з інженерної точки зору. Пасивне тиск грунту має велике значення залежить від тертя грунту об стінку, яке в реальних умовах завжди має місце. Облік тертя грунту об стінку з використанням залежностей, що випливають з теорії Кулона, дає при # 966; = 15-20 ° істотну погрішність в бік перебільшення в порівнянні з наявним рішенням. Більш точні результати дає теорія, запропонована СВ. Соколовським, побудована на основі загальної теорії граничного напруженого стану сипучого середовища. Існують різні інтерпретації цієї теорії, в тому числі і добре відома графічна трактування С.С. Галушкевич.
У більшості інженерних розрахунків використовуються результати, отримані на підставі теорії Кулона; в тих випадках, коли результати слід уточнити, використовуються поправочні коефіцієнти, що вводяться на підставі точних рішень і експериментальних даних. Розрізняють такі види бічного тиску грунту:
тиск спокою (EА), зване також природним (натуральне), що діє в тому випадку, коли стіна (захисна поверхню) нерухома або відносні переміщення грунту і конструкції малі (рис. 10.7);
активний тиск (EА) виникає при значних переміщеннях конструкції в напрямку тиску і освіти площин ковзання в грунті, відповідних його граничного рівноваги (рис. 10.8). АБС - підстава призми обвалення, висота призми - 1 м;
пасивне тиск (Ер), що з'являється при значних переміщеннях конструкції в напрямку, протилежному напрямку тиску і супроводжується початком «випора грунту» (рис. 10.9). АБС підставу призми випирання, висота призми 1м;
додаткове реактивне тиск (Еr), яке утворюється при русі конструкції в сторону грунту (в напрямку, протилежному тиску), але не викликає «випора грунту».
Мал. 10.7. Схема до поняття тиску спокою
Мал. 10.8. Схема до поняття активного тиску
Мал. 10.9. Схема до поняття пасивного тиску
Найбільшою з цих навантажень (для одного і того ж споруди) є пасивне тиск, найменшою - активне.
Співвідношення між розглянутими силами виглядає так:
Ea Зміна тиску грунту в залежності від переміщення стіни і представлено на рис. 10.10. Мал. 10.10. Схема зміни тиску грунту на підпірну стінку в залежності від її переміщення Активне тиск грунту вводиться в якості зовнішнього навантаження в розрахунках на стійкість споруд на зрушення і міцність гнучких конструкцій. Бічний тиск грунту в стані спокою беруть до уваги в тому випадку, коли встановлюють міцність кутових і контрфорсних підпірних стін, масивних стін камер шлюзів, доків і т.п. Для розрахунку підпірної стінки необхідно знати повний тиск на будь-яку ділянку, рахуючи від поверхні землі. Розглядаючи нескінченно довгу стінку з однаковими умовами по її довжині, наводимо завдання до плоскої. В цьому випадку розглядається підпірна стінка протяжністю 1 м. Тиск ґрунту, що припадає на одиницю висоти стіни товщиною 1 м, називається інтенсивністю тиску, яка вважається розподіленим по висоті стінки за лінійним законом. Зміцнення укосів, насипів і ярів необхідно для запобігання водної та вітрової ерозії. За допомогою армуючих матеріалів легко вирішуються такі завдання, як зміцнення слабких основ земляного полотна, посилення дорожнього одягу, зведення насипів з укосами підвищеної крутизни, будівництво армогрунтових підпірних стін. Армування грунтів і грунтових насипів являє собою введення в грунтові конструкції спеціальних елементів, які дозволяють збільшити механічні властивості грунту. Армуючі елементи, працюючи в контакті з грунтом, перерозподіляють навантаження між ділянками конструкції, забезпечуючи передачу напружень з перевантажених зон на сусідні менш завантажені ділянки. Такі елементи можуть бути виготовлені з різних матеріалів: метал, залізобетон структури зі скляних або полімерних волокон і т.д. Найбільш ефективними і економічно вигідними для армування грунтів є геосинтетичні матеріали, що володіють високою міцністю, стійкістю до низьких температур і агресивних середовищ, несхильність до корозії і гниття, низькою ползучестью (старінням). Одним з найбільш простих рішень завдання зміцнення ґрунтів є геотекстиль. який є нетканим полотном з синтетичних полімерних волокон. Головною функцією геотекстилю є зміцнення грунту. Хороша водопроникність цього полотна дозволяє вільно пропускати воду, проте не допускати вимивання ґрунтів. Геотекстиль набув широкого застосування при створенні ландшафту на слабких і техногенних грунтах, будівництві та зведенні гідротехнічних споруд, автомобільних і залізних доріг, аеродромів, тунелів, а також використовується для запобігання ерозії грунту. Найбільш поширеним матеріалом при зміцненні схилів і грунтів є застосування геотекстилю Дорн. Дорн є иглопробивное полотно, яке добре пропускає воду, здійснюючи її фільтрацію, і перешкоджає змішуванню шарів грунту при влаштуванні дорожнього полотна або фундаментів Застосування геотекстильного полотна як матеріалу для захисту і зміцнення грунту дало можливість будувати дороги, що витримують досить високі навантаження, навіть на слабкій основі . Геотканина дорнит може застосовуватися як самостійно, так і спільно з георешітки, які є не менш ефективним способом зміцнення грунту. Георешетка є гнучкою комірчастою конструкцією з пластикових стрічок, скріплених між собою зварними швами. Георешетка застосовується при організації протиерозійного захисту насипів і укосів підвищеної крутості, неминучою при будівництві залізничних шляхів, автодоріг, мостів, тунелів, пішохідних переходів через магістралі. Цей матеріал незамінний і для зміцнення прибережних зон водойм. в яких грунт особливо сильно схильний до водної ерозії. Основними достоїнствами при зміцненні ОТК YOосов георешітки є його висока стійкість до прісної і солоної води, грунтового середовища і ультрафіолетового випромінювання, що дозволяє продовжити термін служби конструкції. У транспортному і гідротехнічному будівництві застосування георешітки підвищує надійність доріг і водойм, що зменшує витрати на додаткове обслуговування обслуговування зон з нестабільною грунтом. Геосітка а являє собою геосинтетичний матеріал, широко застосовуваний для армування і стабілізації будівельних конструкцій. Ефективність застосування матеріалу геосітки забезпечується водостійкість і довговічністю геосинтетика. Цей матеріал стійкий до впливу хімічних сполук і ультрафіолету, не схильний до гниття і екологічно безпечний. На сьогоднішній день геотекстиль «Стабітекс» є найбільш ефективним геосинтетичних матеріалом, який застосовується для армування слабких основ при будівництві автомобільних і залізних доріг. «Стабітекс» являє собою геоткань, яка має високу міцність на розтягнення, виготовляється з поліаміду, тому вона може витримувати великі навантаження, що розтягують при незначному подовженні. 18.Реологіческіе властивості грунту: повзучість і релаксація Характер опору грунтів зовнішнім силам залежить від швидкості додатки до них цих сил. При швидкому зростанні навантаження опір грунту буде найбільшим і в ньому будуть переважати пружні деформації, при повільному зростанні зовнішніх сил - опір грунту буде меншим, і він буде проявляти властивості повзучості і текучості. Ступінь прояви пружності або повзучості в грунті залежить від відношення часу дії сили до так званого часу релаксації, під яким розуміється такий проміжок часу, протягом якого напруга зменшується на певну величину, наприклад, в е раз (е = 2,71). Час релаксації різному в різних тел. Для скельних ґрунтів воно вимірюється сотнями і тисячами років, для скла близько ста років, а для води - 10-11 сек. Якщо тривалість дії сил на грунт менше періоду релаксації, то будуть розвиватися в основному пружні деформації. Якщо ж час дії сили на грунт перевищує час релаксації, то в грунті виникають незворотні деформації повзучості і течії. Іншими словами, в залежності від відношення часу дії сили до часу релаксації тіло буде вести себе або як тверде, або як рідке. Період релаксації є основною константою, що об'єднує властивості твердих і рідких тіл. У сучасній фізико-хімічної механіки розподіл на рідко-образні і твердообразноє тіла виробляється на основі картини розвитку швидкості деформації зсуву від величини діючого сдвигающего тиску. Для рідини при дії скільки завгодно малих напруг за час, більший періоду релаксації, встановлюється стаціонарний перебіг з постійною в'язкістю, що не змінюється при зростанні напруги. Для структурованих рідин (суспензій, високодисперсних і Високовологе мулів, сапропелей) в'язкість вже залежить від чинного дотичного напруження і тому називається ефективною. Для твердообразноє тел, до яких відносяться дисперсні і скельні грунти, характерна наявність граничного напруження зсуву, званого межею плинності і збігається з межею пружності. Для твердообразноє тел говорять про пластичну в'язкості. Н. Ф. Шведов (1889), а потім Бінгем (1916) показали, що пластичні тіла характеризуються двома параметрами: межею плинності тел і пластичної в'язкістю. Фізичний механізм повзучості дуже складний і залежить від великої кількості факторів. У кристалах повзучість обумовлена рухом дефектів структури, двійникуванням, трансляцією, дифузією; в полікристалічних тілах і дисперсних глинистих ґрунтах, які повзуть при менших тисках, ніж кристали, - квазівязкім ковзанням частинок щодо один одного, переорієнтацією частинок в напрямку, нормальному результуючому напрузі, і розвитком мікротріщин. Кінетика повзучості залежить від тиску і температури і ускладнюється різними структурними перетвореннями - ущільненням і зміцненням грунту на стадії загасаючої повзучості і ділатансним разупрочнение на стадії перебігу. Для складання прогнозу повзучості споруд необхідне знання двох величин - порога повзучості і ефективного коефіцієнта в'язкості грунту і його зміни в часі. Поріг повзучості (за Н. Н. Маслову) являє собою таке дотичне напруження, при якому і вище якого деформація повзучості, що мала до цього за своєю величиною і швидкості практично нехтуємо характер, різко інтенсифікується. Поріг повзучості ґрунтів залежить від структури і складу грунту, від температури і тиску і швидкості дії тиску. Для щільних порід поріг повзучості вище, ніж для малоуплотненних. «Поріг повзучості» визначається за даними тривалих дослідів на повзучість ідентичних зразків грунту, яке відчуває при різних значеннях дотичного напруження. Ж. С. Ержанов (1964) зазначає, що скельні грунти (алевроліти, аргіліти, пісковики, вапняки) в умовах вигину при навантаженнях, що не перевищують 70% від руйнівних, чітко виявляють властивість повзучості. Отже, поріг повзучості у цих порід може досягати декількох десятків кг / см2. З розглянутих ним порід специфічною поведінкою при повзучості володіли вапняки, повзучість яких затухала в 10-20 разів швидше, ніж у інших порід. Така поведінка вапняку, мабуть, можна пояснити високим кутом внутрішнього тертя і високою в'язкістю, властивих кальциту, основним мінералів, що складають вапняки. Ефективна в'язкість грунтів характеризує опір їх течії під дією зовнішніх сил. Кількісно в'язкість визначається величиною дотичній сили, яка повинна бути додана в одиниці площі зрушуваної шару, щоб підтримати в ньому ламінарний плин з постійною швидкістю відносного зсуву, що дорівнює одиниці. Фактори, що визначають в'язкість грунтів. В'язкість грунтів залежить від їх структури і текстури, хіміко-мінералогічного складу, від температури і величини дотичних напружень. Коефіцієнт в'язкості для різних грунтів змінюється в дуже широких межах: від 102-104 пз для мулів з порушеною структурою до 1022 пз для вапняку. Зі збільшенням щільності грунтів їх в'язкість, а також поріг повзучості зростають. Порушення структурних зв'язків в глині шляхом її перемятих призводить до суттєвого зменшення в'язкості. Ставлення найбільшою в'язкості до найменшої зростає від менш дисперсних грунтів (суглинок лесовидних, глина кембрійських) до більш дисперсним (Хвалинськ глина). Зі збільшенням інтенсивності дотичних напружень в'язкість грунтів зменшується, змінюючись від найбільшої в'язкості по, характерною для практично незруйнованої структури, до найменшої в'язкості, що відповідає структурі в стані максимального порушення зв'язків між частинками. Залежність в'язкості скельних грунтів від дотичного напруження М. В. Гзовский аппроксимирует логарифмічною залежністю. М. В. Гзовский (1963) за величиною в'язкості гірських порід в природних умовах виділяє: найменш в'язкі породи (худі глини, солі, гіпси, тонкослоістие Алевроліти-глинисті товщі); слабовязкіе породи (тонкослоістие вапняково-мергелістих, піщано-глинисті, флішові товщі); сильно в'язкі породи (слабо шаруваті піщанкові, конгломератних, карбонатні, вулканогенні, в минулому сильно дислоковані і слабо метаморфізовані піщано-глинисті товщі); найбільш в'язкі породи (граніти, гнейси, кристалічні сланці); Таким чином, петрографічний склад є основним фактором, який визначає в'язкість монолітних порід. Глини, солі і мергелі обумовлюють відносно низьку в'язкість грунтів, так як, будучи присутнім у вигляді прошарків, вони знижують в'язкість піщаних і вапнякових товщ і сприяють їх оползанію на схилах. Прикладом такого зміщення є деформації Дзор ГЕС (Вірменія), описаного Г. М. Ломізе (1945). Спорудження стало у якійсь точці часу виявляти осьовий стиск в результаті тиску товщі андезито-дацитов, сповзає по шару глинистих туфів, покрівля яких була нахилена до горизонту під кутом близько 8-9 °. Геодезичні спостереження встановили, що швидкість зсуву товщі в напрямку ГЕС вимірювалася величиною 2-3 см / рік. В'язкість грунтів, так само як і рідин, залежить від температури. Однак дослідження в'язкості грунтів в діапазоні температур, що представляють інтерес для інженерної геології (приблизно від -40 до + 80 ° С), не проводилися і даних про зміну в'язкості грунтів від температури практично немає. Розрахунки, виконані за даними вивчення повзучості глин в недренованому умовах при різних температурах, показали, що для иллитом збільшення температури від 20 до 26 ° С призвело до зменшення в'язкості від 20 • 1012 до 0,7 • 1012 пз, т. Е. Майже в 30 раз.
Пасивне тиск враховується як гранична реактивна сила при стійкості і міцності споруд, для яких горизонтальні переміщення є допустимими.Схожі статті