Resistenza strutturale del terreno. Resistenza strutturale

Il lavoro è dedicato alla caratterizzazione dello stato iniziale dei terreni dispersi: la loro resistenza strutturale. La conoscenza della sua variabilità consente di determinare il grado di compattazione del suolo e, possibilmente, le caratteristiche della storia della sua formazione in una determinata regione. Valutare e tenere conto di questo indicatore durante le prove sui terreni è della massima importanza nel determinare le caratteristiche delle loro proprietà fisiche e meccaniche, nonché in ulteriori calcoli sull'assestamento delle fondazioni delle strutture, che si riflette scarsamente nei documenti normativi ed è poco utilizzato nella pratica delle indagini geologiche ingegneristiche. Il lavoro delinea brevemente i metodi grafici più comuni per determinare l'indicatore in base ai risultati delle prove di compressione, i risultati ottenuti ricerca di laboratorio resistenza strutturale dei suoli dispersi nella regione di Tomsk. Sono state identificate le relazioni tra la resistenza strutturale dei suoli e la profondità della loro presenza e il grado della loro compattazione. Vengono fornite brevi raccomandazioni sull'uso dell'indicatore.

Resistenza strutturale dei suoli

pressione di precompattazione

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Resistenza strutturale pstrè detta resistenza, per la presenza di collegamenti strutturali e caratterizzata da sollecitazioni alle quali un campione di terreno, caricato con un carico verticale, praticamente non si deforma. Poiché la compattazione inizia quando le sollecitazioni nel terreno superano la sua resistenza strutturale e durante i test dei terreni, la sottostima di questo indicatore comporta errori nella determinazione dei valori di altre caratteristiche delle proprietà meccaniche. L’importanza di definire l’indicatore pstrè celebrato da molto tempo, come scrive N.A.. Tsytovich - “...oltre ai consueti indicatori delle proprietà di resistenza alla deformazione dei terreni argillosi deboli, al fine di valutare il comportamento di questi terreni sotto carico e stabilire una previsione corretta dell'entità dei cedimenti delle strutture erette su di essi, è necessario determinare la resistenza strutturale durante i rilievi pstr" Il fenomeno nella ricerca del grado di compattazione del suolo è importante per prevedere l'cedimento della struttura in progettazione, poiché su terreni sovracompattati l'assestamento può essere quattro o più volte inferiore rispetto a terreni normalmente compattati. Per valori di coefficiente di sovraconsolidazione OCR > 6, coefficiente di pressione laterale del terreno a riposo K o può superare 2, di cui bisogna tenere conto nel calcolo delle strutture sotterranee.

Come si nota nel lavoro: “Inizialmente prevalgono condizioni di normale compattazione durante il processo di sedimentazione e di formazione e successiva compattazione di depositi marini, lacustri, alluvionali, deltizi, eolici e fluviali di sabbie, limi e argille. Tuttavia, la maggior parte dei suoli sulla Terra sono diventati leggermente/moderatamente/gravemente sovraconsolidati a causa dell’esposizione a vari processi fisici, ambientali, climatici e termici nel corso di molte migliaia o milioni di anni. Questi meccanismi di riconsolidamento e/o precompressione visibile includono: erosione superficiale, agenti atmosferici, innalzamento del livello del mare, innalzamento del livello del mare acque sotterranee, glaciazione, cicli di gelo-disgelo, bagnatura/evaporazione ripetuta, essiccazione, perdita di massa, carichi sismici, cicli di marea e influenze geochimiche. Il tema della determinazione dello stato di compattazione del suolo è ancora molto attuale e si trova in pubblicazioni di quasi tutti i continenti. Nei lavori vengono discussi fattori e indicatori che determinano lo stato sovraconsolidato o sottoconsolidato dei terreni argillosi, le cause e l'influenza sulle proprietà fisiche e meccaniche di una cementazione così forte. I risultati della determinazione dell'indicatore hanno anche un'ampia gamma di applicazioni pratiche, che vanno dal calcolo del cedimento delle fondazioni delle strutture; preservare la struttura naturale dei campioni destinati ai test di laboratorio; ad argomenti molto specifici sulla previsione della compattazione del suolo nelle piantagioni di eucalipto e caffè confrontando la loro resistenza strutturale con il carico dei macchinari.

Conoscenza dei valori degli indicatori pstr e la loro variabilità con la profondità è caratterizzata dalle caratteristiche della composizione, delle connessioni e della struttura dei suoli, dalle condizioni della loro formazione, compresa la storia del carico. A questo proposito la ricerca riveste un particolare interesse scientifico e pratico pstr V diverse regioni, questi studi sono particolarmente importanti nella Siberia occidentale con una spessa copertura di depositi sedimentari. Nella regione di Tomsk sono stati condotti studi dettagliati sulla composizione e le proprietà dei suoli, a seguito dei quali sia il territorio di Tomsk che le aree circostanti sono stati studiati in dettaglio da un punto di vista ingegneristico-geologico. Allo stesso tempo, va notato che i terreni sono stati esaminati appositamente per la costruzione di determinati oggetti in conformità con gli attuali documenti normativi, che non contengono raccomandazioni per un ulteriore utilizzo pstr e, di conseguenza, non includerlo nell'elenco delle caratteristiche del suolo determinabili necessarie. Pertanto, lo scopo di questo lavoro è determinare la resistenza strutturale dei suoli dispersi e i suoi cambiamenti lungo la sezione nelle aree più attivamente sviluppate e sviluppate della regione di Tomsk.

Gli obiettivi dello studio includevano una revisione e una sistematizzazione dei metodi per l'ottenimento pstr, determinazioni di laboratorio composizione del terreno e caratteristiche delle proprietà fisiche e meccaniche di base, studio della variabilità pstr con profondità, confronto tra resistenza strutturale e pressione domestica.

Il lavoro è stato svolto durante indagini geologico-ingegneristiche su una serie di oggetti di grandi dimensioni situati nelle regioni centrali e nordoccidentali della regione di Tomsk, dove la parte superiore della sezione è rappresentata da vari complessi genetici-stratigrafici di rocce del sistema Quaternario, Paleogene e Cretaceo. Le condizioni della loro presenza, distribuzione, composizione, condizione dipendono dall'età e dalla genesi e creano un quadro piuttosto eterogeneo; in termini di composizione sono stati studiati solo terreni dispersi, in cui predominano varietà argillose di consistenza semisolida, dura e altamente plastica. Per risolvere i problemi assegnati, sono stati testati pozzi e fosse in 40 punti, sono stati prelevati più di 200 campioni di terreni dispersi da una profondità fino a 230 m e le prove del suolo sono state eseguite secondo i metodi indicati negli attuali documenti normativi. Sono stati determinati: composizione granulometrica, densità (ρ) , densità delle particelle solide ( ρs) , densità del terreno asciutto ( ρd) , umidità ( w), contenuto di umidità dei terreni argillosi, al confine tra rotolamento e fluidità ( wL E w pag), indicatori di deformazione e proprietà di resistenza; Sono stati calcolati parametri di stato come il coefficiente di porosità (e), porosità, capacità di umidità totale, per terreni argillosi - numero di plasticità e indice di fluidità, coefficiente di sovraconsolidamento del terreno OCR(come rapporto tra la pressione di precompattazione ( σp") alla pressione delle famiglie nel punto di campionamento) e altre caratteristiche.

Quando si scelgono metodi grafici per determinare un indicatore pstr, tranne metodoCasagrande sono stati rivisti i metodi utilizzati all'estero per la determinazione della pressione di precompattazione σp". Va notato che nella terminologia di un ingegnere geologico, “pressione di pre-compattazione” ( Preconsolidamento Fatica) , comincia a sostituire il consueto concetto di “resistenza strutturale del suolo”, sebbene i metodi per determinarli siano gli stessi. Per definizione, la resistenza strutturale del terreno è la tensione verticale in un campione di terreno corrispondente all'inizio della transizione dalle deformazioni elastiche compressive a quelle plastiche, che corrisponde al termine Prodotto Fatica. In questo senso la caratteristica determinata nelle prove di compressione non deve essere intesa come la pressione massima all'interno della “memoria storica” del campione. Burland ritiene che il termine prodotto fatica è più accurato e il termine preconsolidamento fatica dovrebbe essere utilizzato per situazioni in cui l’entità di tale pressione può essere determinata mediante metodi geologici. Allo stesso modo il termine Sopra Consolidamento rapporto (OCR) dovrebbe essere usato per descrivere la storia nota dello stress, altrimenti il ​​termine Prodotto Fatica rapporto (YSR) . In molti casi Prodotto Fatica viene assunto come sforzo effettivo di preconsolidamento, anche se tecnicamente il secondo è associato alla distensione meccanica, mentre il primo comprende ulteriori effetti dovuti alla diagenesi, alla coesione dovuta alla sostanza organica, al rapporto tra i componenti del suolo e la sua struttura, cioè è la resistenza strutturale del terreno.

Pertanto, il primo passo verso l'identificazione delle caratteristiche della formazione del suolo dovrebbe essere la determinazione quantitativa del profilo Prodotto Fatica, che è un parametro chiave per distinguere i terreni normalmente compattati (con reazione prevalentemente plastica) da quelli sovraconsolidati (associati a reazione pseudo-elastica). E resistenza strutturale pstr e pressione di precompattazione σp" sono determinati allo stesso modo, come notato, principalmente con metodi di laboratorio basati sui risultati delle prove di compressione (GOST 12248, ASTM D 2435 e ASTM D 4186). Esistono molti lavori interessanti che studiano le condizioni del terreno e la pressione pre-compattazione σp" e metodi per la sua determinazione condizioni del campo. Anche l'elaborazione grafica dei risultati dei test di compressione è molto diversificata; di seguito è riportato breve descrizione i metodi più comunemente utilizzati per la determinazione all'estero σp ", che dovrebbe essere utilizzato per ottenere pstr.

MetodoCasagrande(1936) - la maggior parte vecchio metodo per calcolare la resistenza strutturale e la pressione di precompattazione. Si basa sul presupposto che il terreno subisca un cambiamento di resistenza, passando da una risposta elastica al carico a una plastica, in un punto vicino alla pressione di pre-consolidazione. Questo metodo dà buoni risultati se è presente un punto di flesso definito con precisione sul grafico della curva di compressione della forma e - log σ"(Fig. 1 a), attraverso la quale si tracciano una tangente e una linea orizzontale dal coefficiente di porosità, quindi una bisettrice tra di loro. Il tratto rettilineo dell'estremità della curva di compressione viene estrapolato fino all'intersezione con la bisettrice e si ottiene un punto , Senso quando proiettato sull'asse logσ", corrisponde alla pressione di sovraconsolidazione σp"(o resistenza strutturale). Il metodo rimane il più comunemente utilizzato rispetto ad altri.

Metodo Burmister(1951) - rappresenta una dipendenza della forma ε - Registro σ", Dove ε - deformazione relativa. Senso σp" determinato dall'intersezione della perpendicolare che va dall'asse Tronco d'albero σ" attraverso il punto del ciclo di isteresi quando il campione viene ricaricato, con una tangente alla sezione finale della curva di compressione (Fig. 1 b).

Metodo Schemertmann(1953), anche qui viene utilizzata una curva di compressione della forma e - logσ"(Fig. 1c). Si effettuano prove di compressione fino ad ottenere sulla curva un tratto rettilineo distinto, quindi scaricato alla pressione domestica e ricaricato. Sul grafico, tracciare una linea parallela alla linea mediana della curva di decompressione-ricompressione attraverso il punto di pressione iniziale. Senso σp" determinato tracciando una perpendicolare dall'asse logσ" attraverso il punto di scarico, fino ad intersecare una retta parallela. Dal punto σp" tracciare una linea fino ad intersecare un punto su un tratto rettilineo della curva di compressione avente un coefficiente di porosità e= 0,42. La curva di compressione reale risultante viene utilizzata per calcolare il rapporto di compressione o il rapporto di compattazione. Questo metodo è applicabile per terreni di consistenza morbida.

MetodoAkai(1960) rappresenta la dipendenza del coefficiente di scorrimento es da σ" (Fig. 1d), viene utilizzato, quindi, per terreni soggetti a scorrimento. La curva di consolidamento rappresenta la dipendenza della deformazione relativa dal logaritmo del tempo ed è divisa nella sezione di consolidamento per filtrazione e consolidamento per scorrimento viscoso. Akai ha notato che il coefficiente di scorrimento aumenta proporzionalmente σ" al valore σp ", e dopo σp" proporzionalmente Logσ".

Metodo Janbu(1969) si basa sul presupposto che la pressione di pre-consolidazione possa essere determinata da un grafico della forma ε - σ" . Nel metodo Janbu per argille ad alta e bassa sensibilità OCR La pressione di preconsolidamento può essere determinata tracciando un diagramma carico-deformazione utilizzando una scala lineare. Secondo modo Janbuè un grafico del modulo di deformazione secante E O E50 dalle sollecitazioni efficaci σ" (Fig. 1 d). E un'altra opzione Metodo Christensen-Janbu(1969) rappresenta una dipendenza della forma R - σ", ottenuti dalle curve di consolidamento , Dove T- tempo , r=dR/dt, R= dt/dε.

Metodo Sellforce(1975) è una dipendenza della forma ε - σ" (Fig. 1 e), viene utilizzato principalmente per il metodo CRS. L'asse sforzo-deformazione viene selezionato con un rapporto fisso su una scala lineare, tipicamente un rapporto di 10/1 per il rapporto tra sforzo (kPa) e deformazione (%). Questa conclusione è stata raggiunta dopo una serie di test sul campo in cui sono stati misurati la pressione dei pori e i sedimenti. Ciò significa che il metodo Sallfors per la stima della pressione di sovraconsolidazione produce valori più realistici rispetto alle stime ricavate dai test sul campo.

Metodo Pacheco Silva(1970) sembra essere molto semplice in termini di costruzione di un grafo, anche della forma e - Logaritmo σ"(Fig. 1g) , fornisce risultati accurati quando si testano terreni morbidi. Questo metodo non richiede un'interpretazione soggettiva dei risultati ed è anche indipendente dalla scala. Ampiamente usato in Brasile.

MetodoButterfield(1979) si basa sull'analisi del grafico della dipendenza del volume del campione dallo stress effettivo della forma log(1+e) - logσ" O ln (1+e) - lnσ"(Fig. 1 h). Il metodo comprende diverse versioni, in cui la pressione di precompattazione è definita come il punto di intersezione di due linee.

Metodo Tavenas(1979) presuppone una relazione lineare tra energia di deformazione e stress efficace per la parte di ricompressione del test in un grafico della forma σ"ε - σ" (Fig. 1n, nella parte superiore del grafico). Viene utilizzato direttamente dalla curva di compressione senza tenere conto della parte di ricarica del test. Per campioni più consolidati, la curva sforzo/deformazione è composta da due parti: la prima parte della curva aumenta più bruscamente della seconda. Il punto in cui le due linee si intersecano è definito come pressione di preconsolidamento.

Metodo Oikawa(1987) rappresenta le intersezioni di linee rette su un grafico di dipendenza ceppo(1+e) da σ" -

Metodo José(1989) rappresenta una dipendenza della forma log e - log σ" Un metodo molto semplice per la stima approssimativa della pressione di precompattazione, il metodo utilizza l'intersezione di due linee rette. È un metodo diretto e non ci sono errori nel determinare la posizione del punto di massima curvatura. MetodoSridharanetal. (1989) presenta anche un grafico della dipendenza log(1+e) - log σ" per determinare resistenza strutturale dei terreni densi, quindi la tangente interseca la linea orizzontale corrispondente al coefficiente di porosità iniziale, che dà buoni risultati.

MetodoBurland(1990) è una trama della relazione indice di porositàIv dallo stress σ" (Fig. 1i). L'indice di porosità è determinato dalla formula Iv= (e-е* 100)/(е* 100 -е* 1000), o dl I terreni più deboli: Iv= (e-е* 10)/(е* 10 -е* 100), Dove e* 10, e* 100 ed e* 1000 coefficienti di porosità a carichi di 10, 100 e 1000 kPa (Fig. b) .

MetodoJacobsen(1992), si presume che la resistenza strutturale sia 2,5 σ a, Dove σ a c è il punto di massima curvatura sul grafico di Casagrande, rispettivamente, anch'esso una dipendenza della forma registro elettronico σ" (Fig. 1l).

Metodo Onitsuka(1995) rappresenta le intersezioni di linee rette su un grafico di dipendenza ln(1+e) da σ" - tensioni efficaci applicate alla scala su scala logaritmica (logaritmi decimali).

Metodo di Van Zelst(1997), su un grafico di dipendenza della forma ε - logσ", la pendenza della linea (ab) è parallela alla pendenza della linea di scarico ( CD). Punto dell'ascissa ( B) è la resistenza strutturale del terreno (Fig. 1 m).

MetodoBecker(1987), come il metodo Tavenas, determina l'energia di deformazione ad ogni carico di prova di compressione utilizzando la relazione W- σ", dove. L'energia di deformazione (o, al contrario, il lavoro della forza) è numericamente pari alla metà del prodotto tra l'entità del fattore di forza e il valore dello spostamento corrispondente a tale forza. Al termine di ogni incremento di tensione viene determinato il valore di tensione corrispondente al lavoro totale. La dipendenza sul grafico ha due sezioni rette; la pressione di sovraconsolidazione sarà il punto di intersezione di queste linee rette.

MetodoStress da ceppo energetico-log(1997),Senol e Saglamer(2000 g (Fig. 1n)), metodi Becker e/o Tavenas modificati, rappresenta una dipendenza della forma σ" ε - logσ", i tratti 1 e 3 sono linee rette, il cui punto di intersezione, una volta allungato, costituirà la resistenza strutturale del terreno.

MetodoNagaraj e Shrinivasa Murthy(1991, 1994), gli autori propongono una relazione generalizzata della forma log σ"ε - log σ"- prevedere il valore della pressione di pre-consolidamento per terreni non consolidati saturi sovraconsolidati. Il metodo si basa sul metodo Tavenas e confrontato con Metodo Senol et al. (2000), questo metodo fornisce un coefficiente di correlazione più elevato in casi particolari.

Metodo Chetia e Bora(1998) esamina principalmente la storia dei carichi del suolo, le loro caratteristiche e le stime in termini di rapporto di sovraconsolidazione (OCR), lo scopo principale dello studio è stabilire una relazione empirica tra OCR e il rapporto anguilla .

MetodoThøgersen(2001) rappresenta la dipendenza del coefficiente di consolidamento dalle tensioni efficaci (Fig. 1 o).

MetodoWangEGelo, DissipatoSottoporre a tensioneEnergiaMetodo DSEM (2004) fa riferimento anche a metodi energetici per il calcolo della deformazione. Paragonato a Sforzare l'energia Metodo, DSEM utilizza l'energia di deformazione dissipata e la pendenza di scarico-ricarico del ciclo di compressione per ridurre al minimo l'influenza della struttura danneggiata del campione ed eliminare l'effetto della deformazione elastica. L'energia di deformazione dissipata, da un punto di vista micromeccanico, è direttamente correlata all'irreversibilità del processo di consolidamento. L'utilizzo della pendenza della curva di compressione nella sezione di scarico-ricarico simula il ricaricamento elastico durante la fase di ricompressione e può ridurre al minimo l'impatto della rottura del campione. Il metodo è meno dipendente dall'operatore rispetto alla maggior parte di quelli esistenti.

Metodo EinavECarter(2007) è anche un grafico della forma e-logσ", UN σp" espresso da una dipendenza esponenziale più complessa .

Il caso di transizione del terreno allo stadio di consolidamento creep dopo il superamento σp" descritto nei lavori, se la fine della fase di carico successiva coincide con la fine del consolidamento primario e il coefficiente di porosità sul grafico di dipendenza e - logσ" scende bruscamente verticalmente, la curva entra nella fase di consolidamento secondario. Durante lo scarico, la curva ritorna al punto finale del consolidamento primario, creando l'effetto di pressione di sovraconsolidamento. Esistono numerosi lavori che offrono metodi di calcolo per determinare l'indicatore σp".

a)b) V)

G) D) e)

g) h) E)

A) l) m)

N) O)

Metodi:

UN)Casagrande, B)Burmister, c) Schemertmann,G)Akai, D)Janbu, f) Selfors, g) Pacheco Silva, h)Butterfield, i)Burland, A)Jacobsen, l)Van Zelst, m)Becker, N)Senol E Saglamer, O)Giø Gersen

Riso. 1. Schemi per l'elaborazione grafica dei risultati dei test di compressione utilizzati per determinare la resistenza strutturale del terreno utilizzando vari metodi

In generale, i metodi grafici per determinare la pressione di sovraconsolidazione basati sui risultati delle prove di compressione possono essere suddivisi in quattro gruppi principali. Primo gruppo soluzioni include la dipendenza del coefficiente di porosità ( e)/densità (ρ)/deformazione relativa ( ε )/cambiamenti di volume ( 1+e) dalle sollecitazioni efficaci (σ" ). I grafici vengono corretti prendendo il logaritmo di una o due delle caratteristiche elencate, che porta al raddrizzamento delle sezioni della curva di compressione, e il risultato desiderato ( σp") si ottiene intersecando i tratti raddrizzati estrapolati. Il gruppo comprende metodi di Casagrande, Burmister, Schemertmann, Janbu, Butterfield, Oikawa, Jose, Sridharan et al., Onitsuka, ecc. Secondo gruppo collega gli indicatori di consolidamento con gli stress effettivi, questi sono i metodi: Akai, Christensen-Janbu e Thøgersen. Vengono considerati i più semplici e accurati metodi del terzo gruppo- metodi energetici per il calcolo delle deformazioni: Tavenas, Becker, Strain Energy-Log Stress, Nagaraj & Shrinivasa Murthy, Senol e Saglamer, Frost e Wang, ecc. I metodi energetici per il calcolo delle deformazioni si basano anche sulla relazione unica tra il coefficiente di porosità nella fase tra il completamento del consolidamento primario e lo stress efficace, Becker e altri stimano una relazione lineare tra l'energia di deformazione totale W ed effettivo stress senza tener conto delle operazioni di scarico e ricarico. In realtà, tutti i metodi energetici vengono visualizzati nello spazio W- σ" , proprio come il metodo Butterfield viene riprodotto sul campo tronco d'albero(1+e)-tronco d'albero σ". Se il metodo Casagrande focalizza la pressione di sovraconsolidamento principalmente sulla parte più curva del grafico, allora i metodi energetici vengono adattati alla metà della pendenza della curva di compressione fino a σp". Parte del riconoscimento della superiorità di questi metodi è dovuta alla loro relativa novità e alla menzione nello sviluppo e nel miglioramento di un nuovo metodo da parte di questo gruppo in attivo sviluppo. Quarto gruppo combina metodi con una varietà di approcci non standard all'elaborazione grafica delle curve, questi includono i metodi di Jacobsen, Selfors, Pacheco Silva, Einav e Carter, ecc. Sulla base dell'analisi fornita nelle fonti 10, 19, 22-24, 30 , 31, 43-46] Da notare che i metodi grafici più comuni sono Casagrande, Butterfield, Becker, Strain Energy-Log Stress, Sellfors e Pacheco Silva; in Russia viene utilizzato principalmente il metodo Casagrande.

Va notato che se determinare YSR ( O OCR) un valore è sufficiente pstr O σp" , quindi quando si selezionano sezioni diritte della curva di compressione prima e dopo pstr quando si ottengono le caratteristiche di deformazione, è auspicabile ottenere due punti chiave: il minimo pstr/min e massimo pstr / Mascia resistenza strutturale (Fig. 1 a). Qui è possibile utilizzare i punti di separazione delle tangenti al tratto iniziale e finale, oppure utilizzare i metodi Casagrande, Sellfors e Pacheco Silva. COME indicazioni metodologiche quando si studiano i parametri di compressione, si consiglia di determinare anche i corrispondenti indicatori di resistenza strutturale minima e massima Proprietà fisiche suolo: principalmente coefficienti di porosità e umidità.

In questo lavoro, l'indicatore pstrera ottenuto secondo la metodologia standard prevista da GOST 12248 sul complesso ASIS NPO Geotek. Per determinare pstr il primo e i successivi stadi di pressione sono stati presi pari a 0,0025 MPa fino all'inizio della compressione del campione di terreno, che è considerata la deformazione verticale relativa del campione di terreno e >0,005. Resistenza strutturale determinato dalla porzione iniziale della curva di compressione eio = F(lg σ" ), Dove eio - coefficiente di porosità sotto carico σ i. L'evidente punto di rottura della curva dopo il tratto rettilineo iniziale corrisponde alla resistenza strutturale a compressione del terreno. Anche l'elaborazione grafica dei risultati è stata effettuata utilizzando i metodi classici di Casagrande e Becker . Risultati della determinazione degli indicatori secondo GOST 12248 e i metodi Casagrande e Becker correlano bene tra loro (coefficienti di correlazione R=0,97). Senza dubbio, conoscendo in anticipo i valori, è possibile ottenere risultati più accurati utilizzando entrambi i metodi. In effetti, il metodo Becker è sembrato un po' più difficile quando ha scelto la tangente all'inizio del grafico (Fig. 1m).

Secondo i dati di laboratorio, i valori variano pstr da 0 a 188 kPa per argille, per argille fino a 170, per argille sabbiose fino a 177. I valori massimi sono stati, naturalmente, osservati in campioni prelevati a grandi profondità. È stata inoltre rivelata la dipendenza della variazione dell'indicatore dalla profondità h(r = 0,79):

pstr = 19,6 + 0,62· H.

Analisi della variabilità OCONR(Fig. 2) ha mostrato che i terreni al di sotto dei 20 m sono normalmente compattati, cioè la resistenza strutturale non supera o supera leggermente la pressione domestica ( OCR ≤1 ). Sulla riva sinistra del fiume. Ob a intervalli di 150-250 m, terreni semi-rocciosi e rocciosi saldamente cementati con siderite, goethite, clorite, leptoclorite e cemento, nonché terreni dispersi con elevata resistenza strutturale superiore a 0,3 MPa, sottostanti e interstratati con materiali eterogenei meno durevoli acque, il che conferma in generale la significativa influenza della cementazione sulla resistenza strutturale dei suoli, il che è confermato dalla sistematizzazione di materiali fattuali simili nel lavoro. La presenza di suoli più forti ha causato una grande dispersione di valori in questo intervallo, quindi i loro indicatori non sono stati inclusi nel grafico di dipendenza OCONR dalla profondità, in quanto non tipico dell'intera regione. Per la parte superiore della sezione, è necessario notare il fatto che la diffusione dei valori dell'indicatore è molto più ampia, fino a altamente compattata (Fig. 2), poiché i suoli della zona di aerazione si trovano spesso in una zona semi- allo stato solido e solido trifase, e con un aumento della loro umidità ( R=-0,47), capacità di umidità totale ( R= -0,43) e grado di saturazione dell'acqua ( R= -0,32) la resistenza strutturale diminuisce. Esiste anche, come sopra accennato, la possibilità di passaggio al consolidamento del creep (e non solo nella parte superiore della sezione). Qui va notato che i terreni con resistenza strutturale sono molto diversi: alcuni possono trovarsi in uno stato bifasico non saturo d'acqua, altri possono avere un coefficiente di sensibilità alle sollecitazioni meccaniche molto elevato e una tendenza al creep, altri possono hanno un'adesione significativa dovuta al cemento, e altri possono essere semplicemente piuttosto forti. , terreni argillosi completamente saturi d'acqua situati a profondità basse.

I risultati degli studi hanno permesso per la prima volta di valutare uno degli indicatori più importanti dello stato iniziale dei suoli nella regione di Tomsk: la sua resistenza strutturale, che al di sopra della zona di aerazione varia entro limiti molto ampi, quindi deve essere determinato in ciascun cantiere prima di condurre test per determinare gli indicatori delle proprietà fisiche e meccaniche del terreno. L'analisi dei dati ottenuti ha mostrato che i cambiamenti nell'indicatore OCR a una profondità inferiore a 20-30 metri sono meno significativi, i terreni sono normalmente compattati, ma anche la loro resistenza strutturale deve essere presa in considerazione nel determinare le caratteristiche meccaniche dei terreni. Si consiglia di utilizzare i risultati della ricerca nelle prove di compressione e taglio, nonché per determinare lo stato disturbato di campioni con una struttura naturale.

Revisori:

Savichev O.G., Dottore in Geologia, Professore del Dipartimento di Idrogeologia, Geologia Ingegneria e Idrogeoecologia, Istituto di Risorse Naturali, Università Politecnica di Tomsk, Tomsk.

Popov V.K., Dottore in Geologia e Mineralogia, Professore del Dipartimento di Idrogeologia, Geologia Ingegneria e Idrogeoecologia, Istituto di Risorse Naturali, Università Politecnica di Tomsk, Tomsk.

Collegamento bibliografico

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Il calcolo delle fondazioni in base alla capacità portante, se non può essere effettuato analiticamente, può essere effettuato con metodi grafico-analitici utilizzando superfici di scorrimento tondo-cilindriche o spezzate, se:

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Punti: 1/1

I valori di controllo del coefficiente di compattazione del suolo dipendono dallo spessore totale del riempimento?

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Punti: 0,9/1

È necessario effettuare calcoli basati sulle deformazioni delle fondazioni delle strutture dovute ai carichi esterni e al peso proprio del terreno quando si valutano gli stati limite del primo gruppo?

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Come viene effettuato il passaggio da una quota all'altra per fondazioni a lastre adiacenti poste a quote diverse?

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È necessario effettuare calcoli basati sulla resistenza dei materiali da costruzione delle fondazioni quando si valutano gli stati limite del primo gruppo?

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Per quale combinazione di carichi è necessario calcolare la fondazione in base alla sua capacità portante?

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La maggior parte dei terreni argillosi hanno una resistenza strutturale e l'acqua nei pori di questi terreni contiene gas disciolto. Questi suoli possono essere considerati come un corpo bifasico costituito da uno scheletro e da acqua compressiva nei pori. Se la pressione esterna è inferiore alla resistenza strutturale del terreno P pagina . , allora non si verifica il processo di compattazione del terreno, ma si avranno solo lievi deformazioni elastiche. Maggiore è la resistenza strutturale del terreno, minore sarà il carico applicato trasferito all'acqua interstiziale. Ciò è facilitato anche dalla comprimibilità dell'acqua interstiziale con il gas.

Nel momento iniziale, tenendo conto della resistenza dello scheletro del suolo e della comprimibilità dell'acqua, parte della pressione esterna verrà trasferita all'acqua interstiziale P w o – pressione interstiziale iniziale in terreno saturo d'acqua sotto carico R. In questo caso, il coefficiente della pressione interstiziale iniziale

In questo caso, lo stress iniziale nello scheletro del terreno è:

Pz 0 = P – P w O. (5.58)

Deformazione relativa istantanea dello scheletro del suolo

 0 = M v (P – P w O). (5.59)

Deformazione relativa del terreno dovuta alla comprimibilità dell'acqua quando i pori sono completamente riempiti d'acqua

 w = M w P w O N , (5.60)

Dove M w– coefficiente di comprimibilità volumetrica dell'acqua nei pori; N– porosità del suolo.

Se lo accettiamo nel periodo iniziale in fase di stress P z il volume delle particelle solide rimane invariato, quindi la deformazione relativa dello scheletro del terreno sarà uguale alla deformazione relativa dell’acqua interstiziale:

 0 =  w = . (5.61)

Uguagliando i membri destri di (5.59) e (5.60), otteniamo

. (5.62)

Sostituendo P w o nell'equazione (5.57), troviamo il coefficiente della pressione dei pori iniziale

. (5.63)

Il coefficiente di comprimibilità volumetrica dell'acqua nei pori può essere trovato utilizzando la formula approssimativa

, (5.64)

Dove J w– coefficiente di saturazione idrica del suolo; P a – pressione atmosferica 0,1 MPa.

Il diagramma delle pressioni verticali nello strato di terreno dal carico con acqua interstiziale comprimibile e la resistenza strutturale del terreno è mostrato in Fig. 5.14.

Tenendo conto di quanto sopra, la formula (5.49) per determinare l'assestamento nel tempo di uno strato di terreno sotto un carico continuo uniformemente distribuito, tenendo conto della resistenza strutturale e della comprimibilità di un liquido contenente gas, può essere scritta come segue:

. (5.65)

Fig.5.14. Diagrammi delle pressioni verticali in uno strato di terreno sottoposto a carico continuo, tenendo conto della resistenza strutturale

Senso N determinato dalla formula (5.46). Allo stesso tempo, il coefficiente di consolidamento

.

Simili modifiche possono essere apportate alle formule (5.52), (5.53) per determinare l'assestamento nel tempo, tenendo conto della resistenza strutturale e della comprimibilità del liquido contenente gas per i casi 1 e 2.

5.5. Effetto del gradiente di pressione iniziale

Nei terreni argillosi è presente acqua fortemente e debolmente legata e acqua parzialmente libera. La filtrazione, e quindi la compattazione dello strato di terreno, inizia solo quando la pendenza è maggiore di quella iniziale io 0 .

Consideriamo l'assestamento finale di uno strato di terreno con uno spessore H(Fig. 5.15), che presenta un gradiente iniziale io 0 e caricato con un carico uniformemente distribuito. La filtrazione dell'acqua è bidirezionale (su e giù).

In presenza di una pendenza iniziale da un carico esterno R in tutti i punti lungo la profondità dello strato nell'acqua interstiziale c'è una pressione pari a P/ w ( w- peso specifico dell'acqua). Nel diagramma della sovrappressione il gradiente iniziale sarà rappresentato dalla tangente dell'angolo IO:

R
è.5.15. Schema di compattazione del terreno in presenza di un gradiente di pressione iniziale: a – la zona di compattazione non raggiunge la profondità; b – la zona di compattazione si estende per tutta la profondità, ma la compattazione è incompleta

tg IO = io 0 . (5.66)

Solo in quelle zone dove il gradiente di pressione sarà maggiore di quello iniziale (
), inizierà la filtrazione dell'acqua e si verificherà la compattazione del terreno. La Figura 5.15 mostra due casi. Se a z < 0,5H il gradiente è inferiore a quello iniziale io 0, l'acqua non potrà filtrare dal centro dello strato, perché appare una "zona morta". Secondo la Fig. 5.15, a troviamo

, (5.67)

Qui z massimo< 0,5H. In questo caso il tiraggio è pari a

S 1 = 2M v zP/ 2 o S 1 = M v zP. (5.68)

Sostituendo il valore z massimo nella (5.68), otteniamo

. (5.69)

Per il caso mostrato in Fig. 5.15, b, la liquidazione è determinata dalla formula

. (5.70)

L'entità della resistenza strutturale dei suoli è una caratteristica molto importante dei suoli. Il suo valore può essere determinato dalla curva di compressione della struttura indisturbata, testando i terreni (fino al raggiungimento della resistenza strutturale) con gradini di carico molto piccoli (circa 0,002-0,010 MPa), quindi un brusco cambiamento nella curva di compressione corrisponderà alla compressione strutturale forza del terreno. Il valore della pressione corrispondente al punto di intersezione della curva con l'asse della pressione è pari al valore della resistenza strutturale a compressione.

Disegno a) compressione relativa del terreno saturo d'acqua in funzione della pressione p, b) compressione relativa del terreno argilloso con decompattazione parziale in funzione della pressione.

Legge di compattazione del suolo: la variazione del coefficiente di porosità del suolo è direttamente proporzionale alla variazione della pressione.

13. Dipendenza dalla compressione durante la compressione volumetrica

Cambiamenti nel rapporto di porosità e il terreno durante la compressione dipenderà generalmente non solo dall'entità delle tensioni normali verticali, ma anche da quelle orizzontali e

Determiniamo la somma delle tensioni principali nel caso di compressione dello strato di terreno senza possibilità di espansione laterale, individuando un paralepipedo elementare, che, nelle condizioni di questo problema, subirà solo tensioni (principali) più normali

Poiché le deformazioni orizzontali (espansione laterale del terreno) sono impossibili, le deformazioni relative orizzontali saranno pari a zero, cioè , da cui segue che . Inoltre, dalla condizione di equilibrio che abbiamo

È noto che dall’espressione si ricava la deformazione relativa di un corpo elastico secondo la legge di Hooke

Dov’è il modulo di elasticità del materiale, è il coefficiente di dilatazione laterale del terreno (rapporto di Poisson). Sostituendo , , , in questa espressione, otteniamo

Dov'è il coefficiente di pressione laterale del terreno a riposo, cioè in assenza di movimenti orizzontali

L'insieme delle particelle solide costituisce lo scheletro del suolo. La forma delle particelle può essere angolare o rotonda. La caratteristica principale della struttura del suolo è classificazione, che mostra il rapporto quantitativo delle frazioni di particelle di diverse dimensioni.

La tessitura del suolo dipende dalle condizioni della sua formazione e dalla storia geologica e caratterizza l'eterogeneità dello spessore del suolo nella formazione. Esistono i seguenti tipi principali di composizione dei terreni argillosi naturali: stratificato, continuo e complesso.

I principali tipi di connessioni strutturali nei terreni:

1) cristallizzazione la connessione è inerente ai terreni rocciosi. L'energia dei legami cristallini è commisurata all'energia intracristallina dei legami chimici dei singoli atomi.

2)acqua-colloidale i legami sono determinati dalle forze di interazione elettromolecolari tra le particelle minerali, da un lato, e i film d'acqua e i gusci colloidali, dall'altro. L'entità di queste forze dipende dallo spessore delle pellicole e dei gusci. I legami acqua-colloidali sono plastici e reversibili; con l'aumentare dell'umidità diminuiscono rapidamente fino a valori prossimi allo zero.

Fine del lavoro -

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Appunti delle lezioni di meccanica del suolo

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