Talaj belső súrlódási szögtábla. Talaj alakváltozási modulusa
A talajmechanikában a nyomás és a teljes alakváltozás (rugalmas és maradék) közötti összefüggést jellemző mutatót használnak - a teljes alakváltozási modulust. E 0 , ellentétben a normál rugalmassági modulussal E upr, kifejezve a nyomás és a rugalmas alakváltozás kapcsolatát. Normál rugalmassági modulus
ahol S upr – rugalmas deformáció; h a deformálható réteg vastagsága.
Teljes alakváltozási modulus
,
ahol S- teljes deformáció.
Az általános alakváltozási modulus a normál rugalmassági modulushoz képest a következő különbségekkel rendelkezik:
1. Az alakváltozások nemlinearitása miatt a teljes alakváltozási modulusnak ez az értéke csak kis terhelésváltozási intervallumokra érvényes.
2. Az általános alakváltozási modulus csak a terhelési ág mentén jellemzi a nyomás és az alakváltozások kapcsolatát; a kirakodó ágra nem vonatkozik.
3. Az alakváltozási modulus a terhelés időtartamától, a talajtömörítés mértékétől, a bélyeg területétől és alakjától, a bélyeg talajfelszínhez viszonyított mélységétől függően változó érték.
Ezen jellemzők közül az utolsó nem csak a teljes alakváltozási modulusra, hanem a talaj rugalmassági modulusára is jellemző, amely a talaj rugalmas alakváltozásának helyreállítását jellemzi a külső terhelés megszüntetése esetén.
Nyilvánvalóan a talaj rugalmassági modulusának értéke, amely a nyomás és csak az alakváltozások rugalmassági összetevője közötti kapcsolatot jellemzi, mindig nagyobb lesz, mint ugyanazon talaj teljes alakváltozási modulusa.
A teljes alakváltozási modulus tehát a talaj általánosított jellemzője, amely rugalmas és képlékeny alakváltozásokat egyaránt tükröz. A lineárisan deformálható testek normál rugalmassági modulusával ellentétben az általános alakváltozási modulus értéke változik a talaj terhelése során:
,
(3.4)
ahol E ról ről t a talaj általános alakváltozási modulusa a terhelés időtartama alatt t; S t- deformáció, amelynek van ideje ugyanannyi idő alatt kialakulni t.
A talajdeformációk figyelembe vett jellemzőiből nyilvánvalóvá válik a rugalmasság elmélet talajokra való alkalmazásának konvencionálissága. Azonban annak ellenére, hogy a rugalmas testek tulajdonsága, hogy eltávolítva helyreállítsák alakjukat külső hatás A talajtömegben jelentkező feszültségek meghatározására és stabilitásának felmérésére a rugalmasságelmélet megoldásait alkalmazzák.
Mivel a szerkezetek talajra gyakorolt fajlagos nyomása viszonylag kicsi, ezért a talajok átlagos sűrűsége a szerkezetek aljánál kellő pontossággal megfelel a lineárisan deformálható testek törvényeinek. A szerkezetek felállításakor mindig a beülepedés nagyságára vagyunk kíváncsiak, és nem a terhelés eltávolítása utáni helyreállására, ezért a talajdeformációk részleges visszafordíthatatlansága sem lehet akadálya a rugalmasság elméletének számítási alkalmazásának. alapozást kis terhelési időközönként.
Figyelembe kell venni a rugalmasság elméletének a talajok kiszámításához való használatának kötelező feltételeit:
1. Az általános alakváltozási modulus felhasználása a terhelés és a növekvő terhelés melletti alakváltozás arányossági együtthatójaként a normál rugalmassági modulus helyett.
2. A talaj feszültségi állapotának figyelembevétele a külső terhelésből eredő alakváltozások kialakulásának befejeződése után.
Ezért a rugalmasság elméletével a talajokat lineárisan deformálható testeknek fogjuk tekinteni, amelyeknek a külső terhelés hatására történő összenyomódási folyamata már véget ért.
Jelenleg a talajmechanikában különféle talajkörnyezeti modelleket alkalmaznak a mag feszültség-nyúlási állapotának becslésére és az alapok alapja mentén kialakuló nyomás meghatározására.
Az egyik a legfontosabb jellemzőket A talaj a teljes alakváltozási modulus, amelyet az épületek és építmények elhelyezkedésének kiszámításához használnak. Az alakváltozási modulus kompressziós vizsgálati adatokból, a szerszám statikus terheléssel történő tesztelésével határozható meg terepviszonyok, nyomásmérőkkel és a talaj fizikai jellemzőinek megfelelően.
Az alakváltozási modulus meghatározása kompressziós vizsgálati adatok alapján. A relatív függőleges alakváltozásokat a képlet határozza meg
.
(2.22)
Ezen egyenlőségek jobb oldalainak egyenlővé tétele és ennek figyelembevétele
,
kapunk
.
(2.23)
Ha kijelöljük 
, akkor
vagy 
.
(2.24)
Megjegyzendő, hogy a nyomópróbák adataiból meghatározott alakváltozási modulus gyakran jelentősen eltér a ténylegestől, mivel a talaj mélységből történő kivonása a kompressziós vizsgálatokhoz annak feszültségi állapotának megváltozásához vezet.
Az alakváltozási modulus meghatározása a talajvizsgálat adatai alapján statikus terheléssel gödörben vagy kútban. Az alakváltozási modulus legpontosabb értékeit egy 5000 cm 2 -nél nagyobb bélyegző terepen történő tesztelésének adataiból kaphatjuk meg (2.13. ábra).
2.13. ábra. Talajvizsgálatok statikus terheléssel a gödörben:
a - telepítési séma;
b - a település terheléstől való függése;
2 - kemény bélyegző;
A teljes alakváltozási modulust a képlet határozza meg
,
(2.25)
ahol w- 0,8-nak megfelelő, kerek, merev szerszámokra vett együttható; d- a bélyeg átmérője; R– terhelésnövekedés; S- a bélyeg vázlatának növelése, ha a nyomás -kal változik P.
A (2.25) képlet az „elszámolás - terhelés” grafikon lineáris függésének határain belül alkalmazható.
Az általános alakváltozási modulus meghatározása bélyegcölöp vizsgálati eredményei alapján, a cölöpverés hatására bekövetkező talajtulajdonságok változásának figyelembevételével.
Cölöpbokrok számára 
,
(2.26)
Szalag cölöp alapozáshoz
,
(2.27)
ahol 0 egy dimenzió nélküli érték, táblázatba foglalva, figyelembe véve az oldalfelület mentén és a csúcs síkjában a teherátadás törvényeit, a talaj oldalirányú tágulási együtthatóját 0, a cölöpalap csökkentett szélességét és a csökkentett maghatár mélysége (a fenti monográfia táblázatai szerint vettük).
A teljes alakváltozási modulus más módszerekkel is meghatározható:
a) a talajvizsgálat szerint triaxiális kompressziós eszközökben (stabilométer):
,
(2.28)
ahol 1 – az axiális nyomás növekedése; z– a függőleges alakváltozások növekedése;
b) nyomásmérő vizsgálatok szerint. A fúrt kútba egy folyadékkal töltött gumihengert (2.14. ábra) engedünk le. Ahogy nő a nyomás a hengerben, úgy nő az átmérője is. tekintetében P/dés a megfelelő képletek határozzák meg a teljes alakváltozási modulust;
2.14. ábra. Talajvizsgálat kútban nyomásmérővel:
1 – nyomásmérő;
2 - gumiköpeny
c) az SNiP táblázatai szerint, a talaj fizikai jellemzőitől függően (I. függelék I.1., I.3. táblázata).
A talajmerevség vagy alakváltozási modulus meghatározása az alapozás egyik fő elméleti problémájának, az alapozás előrejelzésének megoldásához szükséges. A településszámítási módszereket az SP 50-101-2004 "Épületek és építmények alapjainak és alapjainak tervezése és felszerelése" tartalmazza.
Az alakváltozási modulus meghatározása laboratóriumi ill terepi módszerek talajvizsgálat. Az alakváltozási modulusok összenyomásának és triaxiális meghatározásának módszerét a GOST 12248-96 tartalmazza. Az alakváltozási modulus terepi meghatározásának módszerét a GOST 20276-85 „A deformálhatósági jellemzők terepi meghatározásának módszerei” határozza meg. Hasonló módszerek laboratóriumi tesztek be is tűzték AASHTO TP-46, ASTM D 1195 és ASTM D 1196.
Az adott GOST-okban javasolt az alakváltozási modulus meghatározása, amely figyelembe veszi a rugalmas és a maradó alakváltozást egyaránt. A tisztán rugalmas alakváltozási modulust ezekből a vizsgálatokból csak a "feszültség-nyúlás" függés tehermentesítő ága segítségével lehet kiemelni.
Ugyanakkor a rugalmassági modulus laboratóriumban is mérhető dinamikus triaxiális vizsgálattal vagy próbatestek rezonanciavizsgálatával egytengelyű tömörítés mellett. Ez azonban a minták kiválasztásával kapcsolatos, és nem mindig lehetséges vagy kényelmes a tömeg és a szükséges gyors meghatározás szempontjából.
Az épületek és építmények alapjainak talajdeformációit rugalmassági paraméterek segítségével határozzuk meg: E alakváltozási modulus; nyírási modulus G , térfogati alakváltozási modulus K és Poisson-hányados . A legtöbb esetben az alap többrétegű, és a rugalmassági modulusok rétegenként jelentősen változhatnak, és általában a mélységgel nőnek.
A fő rugalmassági paraméterek az alakváltozási modulus és a Poisson-hányados. A rugalmasságelmélet megoldásait felhasználva a fennmaradó modulokat a táblázatban megadott kifejezések segítségével határozzuk meg. egy.
Tab. 1. Az alakváltozási modulusok kapcsolata
| Nyírási modulus, G | Rugalmassági modulus, E | Modul M | Kötet modul, K | Állandó Béna, | Poisson-hányados, | |
Az alakváltozási modulust az alapok süllyedésének meghatározására használják, például az (5.14) SP 50-101-2004 kifejezést használva az épületek vagy építmények súlyából származó statikus terhelés hatására. Az alakváltozási modulus értékei a mélység függvényében a bolygatatlan talajminták laboratóriumi vizsgálati eredményeinek és a terepi vizsgálatok eredményeinek empirikus összefüggéséből becsülhetők.
Laboratóriumi módszerek
Az alakváltozási modulus, vagy ahogy a kontinuummechanikában nevezik – Young modulusa a Hooke által a következő formában javasolt „nyúlás-feszültség” összefüggés arányossági együtthatója
(1)
amelyben az egytengelyű feszültség minden egyenlő növekménye az alakváltozás arányos növekedésének felel meg.
táblázatban. A 2. ábra az alakváltozási modulusok meghatározására szolgáló laboratóriumi módszereket mutatja be.
Tab. 2. Az alakváltozási modulok
| Teszt típusa | Leírás | Diagramok | ||
| Egytengelyű tömörítés | Növekedés állandó értéknél. OA betöltési pálya. A deformációs modulus meghatározása, E |
|
||
| Hidrosztatikus (all-around) kompresszió | Növelje a , , egyenlő mértékben. Az NST betöltési pályája. A térfogati alakváltozási modulus meghatározása, K |
|
||
| egyszerű váltás | A hidrosztatikus terhelés után állandó marad, de a másik két feszültség megváltozik, . Betöltési útvonal SST . A nyírási modulus meghatározása, G |
|
||
| Tömörítés - tömörítés | Az oldalirányú tágulás lehetőségének növekedése. A deformációs kompressziós modulus meghatározása, E d |
|
||
| Szabványos triaxiális kompresszió |
Hidrosztatikus terhelés után ig növekszik, ill
 pusztulás előtt. CTST betöltési pálya.
Az E t tangenciális alakváltozási modulus meghatározása kompresszióban
|
|
||
| Szabványos triaxiális hosszabbítás | Hidrosztatikus terhelés után -ig növelje, és. Betöltési pálya STET. Az E t tangenciális alakváltozási modulus meghatározása tágulás közben |
|
||
Rizs. 1. Stabilométerben megvalósított feszültségpályák
A Hooke-törvényt először a homogén és izotróp anyagok leírására dolgozták ki, figyelembe véve a fémek feszültség alatti rugalmas viselkedését. A talajok lineárisan rugalmas viselkedést mutatnak viszonylag kis terhelésig. Azonban ebben az esetben is maradvány alakváltozás lép fel a talajokban a kirakodás során. Ezért a talajok arányossági határáig történő terhelésnél az alábbiak is érvényesek lineáris függőség Hooke azonban nagy terheléseknél a talajok alakváltozásai nemlineárisan függnek az igénybevételektől. Ez különösen fontos a sokemeletes épületek tervezésénél, amikor az alapok aljzatára nehezedő nyomás 600-800 kPa is lehet.
A talajminták stabilométerben történő tesztelése lehetővé teszi a Young-modulushoz hasonló tangenciális alakváltozási modulus meghatározását. Az alakváltozási modulus hasonlósága a Young-modulushoz lehetővé teszi a rugalmasságelmélet megoldásainak alkalmazását az alapok süllyedésének számításakor.) és a PI plaszticitási szám , amely helyszíni és laboratóriumi vizsgálatokkal meghatározható. NÁL NÉL lapon. A 3. ábra az alakváltozási modulus tipikus értékeit mutatja.
Tab. 3. Az alakváltozási modulus értékei
| Talajtípus | Deformációs modulus, E s , MPa |
| Nagyon puha agyagok | 0,5 - 5,0 |
| Lágy agyagok | 5,0-20,0 |
| Félkemény agyagok | 20,0-50,0 |
| kemény agyagok | 50,0-100,0 |
| homokos agyagok | 25,0-200,0 |
| laza homok | 10,0-20,0 |
| sűrű homok | 25,0-100,0 |