Таблица за ъгли на вътрешно триене на почвата. Модул на деформация на почвата
В механиката на почвата се използва индикатор, характеризиращ връзката между налягането и общата деформация (еластична и остатъчна) - общият модул на деформация Е 0 , за разлика от модула на нормалната еластичност Е upr, изразяващ връзката между налягането и еластичната деформация. Модул на нормална еластичност
където С upr – еластична деформация; зе дебелината на деформируемия слой.
Общ модул на деформация
,
където С- пълна деформация.
Модулът на обща деформация в сравнение с модула на нормалната еластичност има следните разлики:
1. Поради нелинейността на деформациите, тази стойност на общия модул на деформация се оказва валидна само за малки интервали на смяна на натоварването.
2. Модулът на общата деформация характеризира връзката между налягане и деформации само по протежение на натоварващия клон; не е приложимо за клона за разтоварване.
3. Модулът на деформация е променлива стойност, която варира в зависимост от продължителността на натоварването, степента на уплътняване на почвата, площта и формата на щампата, дълбочината на щампата спрямо повърхността на почвата.
Последната от тези особености е характерна не само за общия модул на деформация, но и за модула на еластичност на почвата, който характеризира възстановяването на еластичната деформация на почвата при отстраняване на външното натоварване.
Очевидно стойността на модула на еластичност на почвата, която характеризира връзката между налягането и само еластичния компонент на деформациите, винаги ще бъде по-голяма от общия модул на деформация на същата почва.
Следователно модулът на общата деформация е обобщена характеристика на почвата, отразяваща както еластичните, така и пластичните деформации. За разлика от модула на нормална еластичност на линейно деформируемите тела, стойността на модула на общата деформация се променя в процеса на натоварването, действащо върху почвата:
,
(3.4)
където Е относно те модулът на общата деформация на почвата през периода на натоварване т; С т- деформация, която има време да се развие за същия период от време т.
От разгледаните особености на деформациите на почвата става очевидна условността на прилагането на теорията за еластичността към почвите. Въпреки това, въпреки факта, че свойството на еластичните тела да възстановяват формата си при отстраняване външно влияниеНеприсъщи на почвите, решенията на теорията на еластичността се използват за определяне на напреженията в почвения масив и за оценка на неговата устойчивост.
Тъй като специфичният натиск върху почвата от конструкциите е сравнително малък, тогава средната плътност на почвите в основата на конструкциите с достатъчна степен на точност се подчинява на законите на линейно деформируемите тела. При издигането на конструкции винаги се интересуваме от големината на слягането, а не от възстановяването му след отстраняване на натоварването, следователно частичната необратимост на деформациите на почвата също не може да служи като пречка за прилагането на теорията за еластичността за изчисляване фундаменти в малки интервали на натоварване.
Трябва да се вземат предвид задължителните условия за използване на теорията на еластичността за изчисляване на почвите:
1. Използване на модула на общата деформация като коефициент на пропорционалност между натоварването и деформацията с увеличаване на натоварването в тесен интервал вместо модула на нормалната еластичност.
2. Отчитане на напрегнатото състояние на почвата след приключване на развитието на деформации от външно натоварване.
Следователно, използвайки теорията за еластичността, ще разглеждаме почвите като линейно деформируеми тела, процесът на компресиране на които от действието на външно натоварване вече е приключил.
Понастоящем в почвената механика се използват различни модели на почвената среда за оценка на напрегнато-деформираното състояние на сърцевината и определяне на налягането по протежение на основата на основите.
Един от най-важните характеристикипочвата е общият модул на деформация, който се използва за изчисляване на слягането на сгради и конструкции. Модулът на деформация може да се определи от данните от изпитването на компресия чрез тестване на матрицата със статично натоварване в полеви условия, с помощта на пресомери и според физичните характеристики на почвата.
Определяне на модула на деформация според данните от изпитването на компресия. Относителните вертикални деформации се определят по формулата
.
(2.22)
Приравняване на десните страни на тези равенства и отчитане на това
,
получаваме
.
(2.23)
Ако посочим 
, тогава
или 
.
(2.24)
Трябва да се отбележи, че модулът на деформация, определен от данните от изпитванията за компресия, често се различава значително от действителния, т.к. извличането на почвата от дълбочината за изпитване на компресия води до промяна в нейното напрегнато състояние.
Определяне на модула на деформация според данните от изпитване на почвата чрез статично натоварване в яма или кладенец.Най-точните стойности на модула на деформация могат да бъдат получени от данните за тестване на печат с размер над 5000 cm 2 в полето (фиг. 2.13).
Фиг.2.13. Изпитване на почвата чрез статично натоварване в ямата:
а - монтажна схема;
b - зависимост на слягането от натоварването;
2 - твърд печат;
Общият модул на деформация се определя по формулата
,
(2.25)
където w- коефициент, взет за кръгли твърди матрици, равен на 0,8; д- диаметър на печата; Р– увеличение на натоварването; С- увеличение на тягата на печата при промяна на налягането с П.
Формула (2.25) е приложима в границите на линейната зависимост на графиката “улягане - товар”.
Определяне на модула на обща деформация въз основа на резултатите от изпитването на щампована купчина, като се вземат предвид промените в свойствата на почвата в резултат на забиването на пилота.
За купчини храсти 
,
(2.26)
За лентови пилотни основи
,
(2.27)
където 0 е безразмерна стойност, таблично, като се вземат предвид законите за предаване на натоварването по страничната повърхност и в равнината на върха, коефициента на странично разширение на почвата 0, намалената ширина на пилотната основа и намалената дълбочина на границата на ядрото (взето според таблиците на горната монография).
Общият модул на деформация може да се определи и по други методи:
а) според изпитване на почвата в триосни компресионни устройства (стабилометър):
,
(2.28)
където 1 – приращение на аксиалното налягане; z– нарастване на вертикалните деформации;
б) според изпитанията на пресометъра. В пробития кладенец се спуска гумен цилиндър (фиг. 2.14), пълен с течност. С увеличаване на налягането в цилиндъра се увеличава и диаметърът му. По отношение на П/ди съответните формули определят общия модул на деформация;
Фиг.2.14. Тестване на почвата в кладенец с помощта на пресометър:
1 – пресометър;
2 - гумена обвивка
в) според таблиците на SNiP, в зависимост от физическите характеристики на почвата (таблици I.1, I.3 от Приложение I).
Определянето на коравина на почвата или модули на деформация е необходимо за решаване на един от основните теоретични проблеми на фундаментното инженерство, който е прогнозирането на слягането на фундамента. Методите за изчисляване на уреждането са дадени в SP 50-101-2004 "Проектиране и монтаж на основи и основи на сгради и конструкции."
Модулът на деформация се препоръчва да се определи с помощта на лабораторни и полеви методитестване на почвата. Методът на компресия и триосно определяне на модулите на деформация е даден в GOST 12248-96. Методът за полево определяне на модула на деформация е посочен в GOST 20276-85 „Методи за определяне на характеристиките на деформируемост на място“. Подобни методи лабораторни изследваниясъщо заложени AASHTO TP-46, ASTM D 1195 и ASTM D 1196.
В дадените GOST се препоръчва да се определи модулът на деформация, който отчита както еластичната, така и остатъчната деформация. Възможно е да се отдели чисто еластичният модул на деформация от тези тестове само с помощта на разтоварващия клон на зависимостта напрежение-деформация.
В същото време модулът на еластичност може да бъде измерен в лабораторията чрез динамично триаксиално изпитване или резонансно изпитване на образци при едноосово компресиране. Това обаче е свързано с подбора на проби и не винаги е възможно или удобно за масово и необходимо бързо определяне.
Почвените деформации на основите на сгради и конструкции се определят с помощта на еластични параметри: модул на деформация E; модул на срязванег , обемен модул на деформация K и коефициент на Поасон . В повечето случаи основата е многопластова и еластичните модули могат да варират значително от слой до слой, като по правило се увеличават с дълбочина.
Основните еластични параметри са модулът на деформация и коефициентът на Поасон. Използвайки решенията на теорията на еластичността, останалите модули се определят с помощта на изразите, дадени в табл. един.
Раздел. 1. Връзка между модулите на деформация
| Модул на срязване, G | Модул на еластичност, E | модул М | Обемен модул, К | Постояннакуц, | коефициент на Поасон, | |
Модулът на деформация се използва при определяне на слягането на основите, например, като се използва изразът (5.14) SP 50-101-2004 под действието на статични натоварвания от теглото на сгради или конструкции. Стойностите на модула на деформация като функция на дълбочината могат да бъдат оценени от емпиричната корелация на резултатите от лабораторните изследвания на ненарушени почвени проби и резултатите от полеви тестове.
Лабораторни методи
Модулът на деформация, или както се нарича в континуумната механика - модулът на Йънг е коефициентът на пропорционалност на връзката "напрежение-напрежение", предложена от Хук във формата
(1)
при което всяко равно увеличение на едноосното напрежение съответства на пропорционално увеличение на деформацията.
В табл. 2 са показани лабораторни методи за определяне на модулите на деформация.
Раздел. 2. Модули на деформация
| Тип тест | Описание | диаграми | ||
| Едноосова компресия | Увеличаване при постоянно . Траектория на натоварване на OA. Определяне на модула на деформация, E |
|
||
| Хидростатична (всеобхватна) компресия | Увеличете , , еднакво. Траектория на зареждане на NST. Определяне на модула на обемна деформация, K |
|
||
| проста смяна | След хидростатичното натоварване остава постоянно, но другите две напрежения се променят , . Път на зареждане SST. Определяне на модула на срязване, G |
|
||
| Компресия - компресия | Увеличаване на невъзможността за странично разширение. Определяне на компресионния модул на деформация, E d |
|
||
| Стандартна триаксиална компресия |
След хидростатично натоварване до , се увеличава и
 преди унищожаването. CTST траектория на зареждане.
Определяне на тангенциалния модул на деформация, E t при натиск
|
|
||
| Стандартно триаксиално удължение | След хидростатично натоварване до , увеличете и . Траектория на зареждане STET. Определяне на тангенциалния модул на деформация, E t по време на разширение |
|
||
Ориз. 1. Траектории на напрежение, реализирани в стабилометър
Законът на Хук е разработен за първи път, за да опише хомогенни и изотропни материали, като се вземе предвид еластичното поведение на металите при напрежение. Почвите показват линейно еластично поведение до относително малки натоварвания. Но дори и в този случай се получава остатъчна деформация в почвите по време на разтоварване. Следователно при натоварване до границата на пропорционалност за почви е валидно и следното линейна зависимостХук обаче при високи натоварвания деформациите в почвите зависят нелинейно от напреженията. Това е особено важно при проектиране на високи сгради, когато налягането върху основата на основите може да бъде 600-800 kPa.
Тестването на почвени проби в стабилометър ви позволява да определите тангенциалния модул на деформация, подобен на модула на Young. Сходството на модула на деформация с модула на Янг дава възможност да се използват решенията на теорията на еластичността при изчисляване на слягането на основите.) и пластичност номер PI , което може да се определи чрез полеви и лабораторни изследвания. ATраздел. 3 показва типичните стойности на модула на деформация.
Раздел. 3. Стойности на модула на деформация
| Тип на почвата | Модул на деформация, E s, MPa |
| Много меки глини | 0,5 - 5,0 |
| Меки глини | 5,0-20,0 |
| Полутвърди глини | 20,0-50,0 |
| твърди глини | 50,0-100,0 |
| пясъчни глини | 25,0-200,0 |
| насипни пясъци | 10,0-20,0 |
| плътни пясъци | 25,0-100,0 |