Tabela kotov notranjega trenja tal. Modul deformacije tal

V mehaniki tal se uporablja indikator, ki označuje razmerje med tlakom in skupno deformacijo (elastično in preostalo) - skupni modul deformacije E 0, v nasprotju z modulom normalne elastičnosti E upr, ki izraža razmerje med tlakom in elastično deformacijo. Modul normalne elastičnosti

kje S upr – elastična deformacija; h je debelina deformabilne plasti.

Skupni modul deformacije

,

kje S- popolna deformacija.

Modul splošne deformacije v primerjavi z modulom normalne elastičnosti ima naslednje razlike:

1. Zaradi nelinearnosti deformacij se ta vrednost celotnega deformacijskega modula izkaže za veljavno le za majhne intervale sprememb obremenitve.

2. Modul splošne deformacije označuje razmerje med tlakom in deformacijami le vzdolž obremenitvene veje; ne velja za razkladalno podružnico.

3. Modul deformacije je spremenljiva vrednost, ki se spreminja glede na trajanje obremenitve, stopnjo zbitosti tal, površino in obliko žiga, globino žiga glede na površino tal.

Zadnja od teh lastnosti je značilna ne le za skupni modul deformacije, temveč tudi za modul elastičnosti tal, ki označuje obnovitev elastične deformacije tal, ko je zunanja obremenitev odstranjena.

Očitno je, da bo vrednost modula elastičnosti tal, ki označuje razmerje med tlakom in samo elastično komponento deformacij, vedno večja od skupnega modula deformacije iste zemlje.

Modul skupne deformacije je torej posplošena značilnost tal, ki odraža tako elastične kot plastične deformacije. V nasprotju z modulom normalne elastičnosti linearno deformabilnih teles se vrednost modula splošne deformacije spreminja v procesu obremenitve, ki deluje na tla:

, (3.4)

kje E približno t je modul splošne deformacije tal v obdobju obremenitve t; S t- deformacija, ki ima čas za razvoj v istem časovnem obdobju t.

Iz obravnavanih značilnosti deformacij tal postane očitna konvencionalnost uporabe teorije elastičnosti za tla. Kljub dejstvu, da je lastnost elastičnih teles, da ob odstranitvi obnovijo svojo obliko zunanji vpliv ki niso lastne zemljinam, se rešitve teorije elastičnosti uporabljajo za določanje napetosti v zemljinskem masivu in pri oceni njegove stabilnosti.

Ker je specifični pritisk na tla iz konstrukcij razmeroma majhen, potem povprečna gostota tal na dnu konstrukcij z zadostno stopnjo natančnosti upošteva zakone linearno deformabilnih teles. Pri postavljanju konstrukcij nas vedno zanima obseg posedanja in ne njegovo okrevanje po odstranitvi obremenitve, zato tudi delna nepovratnost deformacij tal ne more biti ovira za uporabo teorije elastičnosti za izračun temeljev v majhnih intervalih obremenitev.

Upoštevati je treba predpogoje za uporabo teorije elastičnosti za izračun tal:

1. Uporaba modula splošne deformacije kot sorazmernega koeficienta med obremenitvijo in deformacijo z naraščajočo obremenitvijo v ozkem intervalu namesto modula normalne elastičnosti.

2. Upoštevanje napetostnega stanja tal po koncu razvoja deformacij od zunanje obremenitve.

Zato bomo z uporabo teorije elastičnosti tla obravnavali kot linearno deformabilna telesa, katerih proces stiskanja zaradi delovanja zunanje obremenitve se je že končal.

Trenutno se v mehaniki tal uporabljajo različni modeli okolja tal za oceno napetostno-deformacijskega stanja jedra in določanje tlaka vzdolž baze temeljev.

Eden od najpomembnejše lastnosti soil je skupni deformacijski modul, ki se uporablja za izračun posedanja stavb in objektov. Modul deformacije je mogoče določiti iz podatkov o kompresijskem preskusu s preskušanjem matrice s statično obremenitvijo v razmere na terenu, z uporabo tlakometrov in glede na fizikalne lastnosti tal.

Določanje deformacijskega modula glede na podatke tlačnega preskusa. Relativne navpične deformacije so določene s formulo

. (2.22)

Izenačenje desnih strani teh enakosti in upoštevanje tega

,

dobimo

. (2.23)

Če določimo

, potem

oz

. (2.24)

Upoštevati je treba, da se modul deformacije, določen iz podatkov kompresijskih preskusov, pogosto bistveno razlikuje od dejanskega, saj odvzem zemljine iz globine za tlačne preskuse povzroči spremembo njenega napetostnega stanja.

Določitev deformacijskega modula po podatkih preskušanja tal s statično obremenitvijo v jami ali vrtini. Najbolj natančne vrednosti modula deformacije je mogoče dobiti iz podatkov testiranja žiga z velikostjo več kot 5000 cm 2 na polju (slika 2.13).

Slika 2.13. Preskusi tal s statično obremenitvijo v jami:

a - diagram namestitve;

b – odvisnost posedanja od obremenitve;

2 - trdi žig;

Skupni modul deformacije je določen s formulo

, (2.25)

kje w- koeficient za okrogle toge matrice je enak 0,8; d- premer žiga;  R– povečanje obremenitve;  S- povečanje ugreza žiga, ko se tlak spremeni za  p.

Formula (2.25) je uporabna v mejah linearne odvisnosti grafa "usedanje - obremenitev".

Določitev modula splošne deformacije na podlagi rezultatov testiranja žigosanega pilota ob upoštevanju sprememb lastnosti tal zaradi zabijanja pilotov.

Za grmovje

, (2.26)

– posedanje pilota pod to obremenitvijo, cm; l– dolžina kupa, cm; w 0 - brezdimenzijski koeficient tabelarično odvisen od razmerja stranic gruče pilotov, koeficienta bočnega raztezanja tal  0, zmanjšane širine gruče, zmanjšane meje jedra (glej A.A. Bartolomei et al. "Napoved posedanja pilotni temelji". M .: Stroyizdat , 1994).

Za temelje tračnih pilotov

, (2.27)

kjer je  0 brezdimenzijska vrednost, tabelirana ob upoštevanju zakonov prenosa obremenitve vzdolž stranske površine in v ravnini konice, koeficienta bočnega raztezanja tal  0, zmanjšane širine temelja pilota in zmanjšane globina meje jedra (vzeto po tabelah zgornje monografije).

Skupni modul deformacije je mogoče določiti tudi z drugimi metodami:

a) po preskušanju tal v triosnih kompresijskih napravah (stabilometer):

, (2.28)

kjer je  1 – prirastek aksialnega tlaka;  z– prirast vertikalnih deformacij;

b) glede na preskuse tlakometra. Gumijasti valj (slika 2.14), napolnjen s tekočino, se spusti v izvrtano vrtino. Z naraščanjem tlaka v valju se povečuje tudi njegov premer. Glede na  p/d in ustrezne formule določajo skupni modul deformacije;

Slika 2.14. Testiranje tal v vrtini z merilnikom tlaka:

1 – merilnik tlaka;

2 - gumijasti plašč

c) po tabelah SNiP, odvisno od fizičnih lastnosti tal (tabeli I.1, I.3 Dodatka I).

Določitev togosti tal ali deformacijskih modulov je potrebna za rešitev enega glavnih teoretičnih problemov temeljenja, to je predvidevanje posedanja temeljev. Metode izračuna poravnave so podane v SP 50-101-2004 "Načrtovanje in namestitev podstavkov in temeljev zgradb in objektov."

Modul deformacije je priporočljivo določiti z uporabo laboratorijskih in terenske metode testiranje tal. Metoda stiskanja in triosno določanje modulov deformacije je podana v GOST 12248-96. Metoda terenskega določanja deformacijskega modula je določena v GOST 20276-85 "Metode terenskega določanja značilnosti deformabilnosti". Podobne metode laboratorijske preiskave tudi določeno v AASHTO TP-46, ASTM D 1195 in ASTM D 1196.

V danih GOST-ih je priporočljivo določiti modul deformacije, ki upošteva tako elastično kot preostalo deformacijo. Iz teh preskusov je mogoče izločiti čisto elastični modul deformacije le z uporabo razbremenilne veje odvisnosti "napetost-deformacija".

Hkrati je mogoče modul elastičnosti izmeriti v laboratoriju z uporabo dinamičnega triosnega testiranja ali resonančnega testiranja vzorcev pri enoosnem stiskanju. Vendar je to povezano z izbiro vzorcev in ni vedno mogoče ali priročno za masovno in potrebno hitro določanje.

Deformacije tal temeljev stavb in objektov se določijo z uporabo elastičnih parametrov: modul deformacije E; strižni modul G , volumetrični deformacijski modul K in Poissonovo razmerje . V večini primerov je podlaga večplastna in elastični moduli se lahko od plasti do plasti močno razlikujejo in se praviloma povečujejo z globino.

Glavna elastična parametra sta deformacijski modul in Poissonovo razmerje. Z uporabo rešitev teorije elastičnosti so preostali moduli določeni z izrazi, ki so podani v tabeli. eno.

Tab. 1. Povezava med deformacijskimi moduli

	Strižni modul, G	Modul elastičnosti, E	Modul M	Volumenski modul, K	Konstanta hrom,	Poissonovo razmerje,

Modul deformacije se uporablja pri določanju posedanja temeljev, na primer z uporabo izraza (5.14) SP 50-101-2004 pod vplivom statičnih obremenitev zaradi teže zgradb ali konstrukcij. Vrednosti modula deformacije v odvisnosti od globine je mogoče oceniti iz empirične korelacije rezultatov laboratorijskega testiranja nemotenih vzorcev tal in rezultatov terenskih preskusov.

Laboratorijske metode

Modul deformacije ali kot se imenuje v mehaniki kontinuuma - Youngov modul je koeficient sorazmernosti razmerja "deformacija-napetost", ki ga je predlagal Hooke v obliki

(1)

pri katerem vsak enak prirastek enoosne napetosti ustreza sorazmernemu povečanju deformacije.

V tabeli. 2 prikazuje laboratorijske metode za določanje deformacijskih modulov.

Tab. 2. Moduli deformacije

Vrsta testa	Opis	Diagrami
Enoosno stiskanje	Povečanje pri konstanti. Trajektorija obremenitve OA. Določitev modula deformacije, E
Hidrostatično (vsestransko) stiskanje	Povečajte , , enako. Trajektorija nalaganja NST. Določitev modula volumetrične deformacije, K
preprost premik	Po hidrostatski obremenitvi ostane konstantna, drugi dve napetosti pa se spremenita , . Nakladalna pot SST. Določitev strižnega modula, G
Stiskanje - stiskanje	Povečanje nemožnosti stranske ekspanzije. Določitev kompresijskega modula deformacije, E d
Standardna triosna kompresija	Po hidrostatični obremenitvi do se poveča in pred uničenjem. Trajektorija obremenitve CTST. Določitev tangencialnega modula deformacije, E t pri stiskanju
Standardni triosni podaljšek	Po hidrostatični obremenitvi do , povečanje in . Nalaganje trajektorije STET. Določitev tangencialnega modula deformacije, E t med raztezanjem

riž. 1. Napetostne trajektorije, realizirane v stabilometru

Hookov zakon je bil najprej razvit za opisovanje homogenih in izotropnih materialov z upoštevanjem elastičnega obnašanja kovin pod napetostjo. Tla kažejo linearno elastično obnašanje do relativno majhnih obremenitev. Vendar tudi v tem primeru pride do ostankov deformacij v tleh med razbremenitvijo. Zato pri obremenitvah do meje sorazmernosti za zemljine velja tudi naslednje linearna odvisnost Hooke pa so pri velikih obremenitvah deformacije v tleh nelinearno odvisne od napetosti. To je še posebej pomembno pri načrtovanju visokih stavb, ko lahko pritisk na podnožje temeljev znaša 600-800 kPa.

Testiranje vzorcev tal v stabilometru vam omogoča, da določite tangencialni modul deformacije, ki je podoben Youngovemu modulu. Podobnost deformacijskega modula z Youngovim modulom omogoča uporabo rešitev teorije elastičnosti pri izračunu posedanja temeljev.) in številko plastičnosti PI , kar lahko ugotovimo s terenskimi in laboratorijskimi preiskavami. AT zavihek. 3 prikazuje tipične vrednosti modula deformacije.

Tab. 3. Vrednosti modula deformacije

Vrsta tal	Modul deformacije, E s, MPa
Zelo mehke gline	0,5 - 5,0
Mehke gline	5,0-20,0
Poltrde gline	20,0-50,0
trde gline	50,0-100,0
peščene gline	25,0-200,0
sipki pesek	10,0-20,0
gosti pesek	25,0-100,0