В этой статье мы рассмотрим основные типы нагрузок и показателей, которые используются при изучении прочности грунта, а также расскажем о практическом значении этого показателя.
Основные виды и показатели прочности
Не существует единой классификации прочностных характеристик грунта. Во время эксплуатации массив подвергается разным нагрузкам – горизонтальным (касательным или разрывающим), вертикальным (сжимающим), постоянным, периодическим. Грунт по-разному реагирует на каждую из них.
Выделяют различные виды прочности.
Так, она может быть:
- Стандартная – это прочность при медленном сдвиге уплотненного предварительно образца грунта
- Фильтрационная – свойственна главным образом песчаным грунтам, измеряется при действии фильтрационных потоков воды, проходящих через массив
- Пластическая – это прочность при сдвиге глинистого грунта
- Контактная – определяется при вдавливании штампа в необработанную поверхность грунта, свидетельствует о твердости минеральной породы
Также прочность бывает:
- Структурная – зависит от сложения и типа связей между твердыми частицами; на нее влияет минеральный состав и дисперсность грунта
- Остаточная – это минимальное напряжение, которое способен выдержать грунт без разрушения
В зависимости от времени нагрузок она может быть:
- Длительная – прочность при длительных нагрузках (например, при постоянном давлении фундамента здания)
- Мгновенная – прочность при коротком воздействии нагрузки (при ударе или проезде автомобиля)
В зависимости от типа воздействия прочность бывает:
- Механическая
Это устойчивость грунта к механическим нагрузкам. Именно этот показатель определяют чаще всего. - Термическая
Это устойчивость к воздействию высоких или низких температур. Выражен показатель в мерзлых грунтах. При снижении температуры прочность увеличивается, при повышении – уменьшается из-за таяния льда. Показатель также зависит от термической устойчивости минералов, входящих в состав породы. - Электрическая, магнитная и электромагнитная
Это устойчивость к воздействию электрического тока, магнитного и электромагнитного поля. - Химическая
Это устойчивость к воздействию различных химических веществ – кислот, щелочей, растворителей. Она зависит от минерального состава, наличия в грунте растворимых солей.
Для проверки прочности грунт подвергают критической нагрузке. Под ее воздействием упругие разновидности (скала, крупнообломочный грунт) разрываются и теряют свою целостность. Пластичные грунты (глины, супеси, суглинки, лёссы) сначала необратимо меняют свою форму, а затем также теряют целостность.
Для определения устойчивости грунта к разрушениям используют несколько показателей:
- Одноосное сжатие
- Одноосное растяжение
- Сопротивление сдвигу
О них читайте далее.
Одноосное сжатие
При одноосном сжатии грунт подвергается вертикальной нагрузке, фиксируется давление, при котором начинается разрушение образца. Затем показатель определяется по соотношению давления и площади сечения образца грунта. Испытания проводятся согласно ГОСТ 12248-2010.
Прочность на сжатие отражает, как реагирует грунт на давление фундамента зданий. Показатель высокий у скальных грунтов магматического и метаморфического происхождения, немного ниже у осадочных. Крупнообломочные грунты хуже переносят вертикальные нагрузки, так как большие куски породы быстрее разрушаются, чем мелкие. Прочность мелкозернистых несвязных грунтов зависит от их плотности, у связных – от консистенции. Детальнее о показателе вы можете прочитать в статье Прочность грунта на сжатие.
Одноосное растяжение
Показатель определяется силой, которую следует приложить для разрыва образца грунта. Его определяют у скальных и связных дисперсных грунтов. Методики описаны в ГОСТ 21153.3-85.
В природных условиях растяжение грунта чаще всего вызывает гравитация. Поэтому показатель важно определять для предотвращения оползней, при планировке строительства на склонах, для укрепления берегов, при создании креплений в подземных выработках. Подробно об этом вы можете прочитать в статье Прочность грунта на растяжение.
Сопротивление сдвигу
Сопротивление сдвигу определяется по соотношению вертикальных и горизонтальных (касательных) нагрузок. Показатель зависит от силы трения и сцепления между частицами грунта. Он высокий у скальных и связных грунтов. В дисперсных несвязных показатель зависит от формы и текстуры частиц. Метод определения характеристики описан в ГОСТ 12248-2010.
Прочность на сдвиг важно определять при строительстве объектов, которые будут подвергаться динамическим касательным нагрузкам (трасс, железных дорог, взлетных полос). Его также учитывают при закладке фундаментов. Детальнее о нем вы можете прочитать в статье Прочность грунта на сдвиг.
Прочность при каждом из этих испытаний может отличаться.
Практическое значение показателя прочности
Определение прочности грунта – это обязательный этап геологических изысканий перед началом строительных работ. От этого свойства зависит несущая способность грунта, устойчивость к статическим и динамическим нагрузкам.
Определяют прочность в таких ситуациях:
- Перед возведением любых зданий и сооружений
Здания оказывают сильное давление на основание. Поэтому от прочности грунта зависит план сооружений, их размеры и высота. Если неправильно определить прочность, массив под весом сооружений повредится. Это повлечет за собой перекосы, появление трещин на стенах и фундаменте и даже полное разрушение здания. - При строительстве дорог любого класса
В этом случае важно определить прочность на сдвиг, растяжение и сжатие. На грунт в основании оказывают давление дорожная одежда (статическая вертикальная нагрузка) и проезжающие автомобили (динамическая горизонтальная нагрузка). Если прочность грунта будет слабой, дорожное полотно быстро деформируется, на нем появятся ямы. - При строительстве насыпей
При возведении грунтовых насыпей важно учитывать прочность на сдвиг и растяжение. От этого будет зависеть угол наклона и высота. Неправильные расчеты приведут к просадке насыпей и оползням. - При разработке карьеров и подземных выработок
Чтобы правильно рассчитать угол наклона стенок карьера, продумать укрепление стен и сводов, важно определить прочность на сдвиг и растяжение. При планировке креплений важно узнать прочность на сжатие грунта, на котором будут стоять опоры.
Разработка карьеров и подземных выработок без изучений прочностных характеристик грунта приведет к обвалам. Особенно опасны они в закрытых пространствах. - При строительстве плотин
На плотины воздействуют горизонтальные потоки воды. Поэтому грунт под ними должен быть устойчивым к сдвигу и растяжению. Кроме того, вода является универсальным растворителем, поэтому не лишним будет узнать химическую прочность грунта (особенно содержание в нем растворимых солей). Низкая механическая и химическая прочность грунта приведет к разрушению плотин. - При укреплении берегов и склонов
Разрушение берегов и оползни на склонах возникают там, где прочность грунта на сдвиг и растяжение слабая. Определение этих показателей позволяет правильно разработать стратегии по укреплению объектов. - Для предотвращения ветровой и водной эрозии
Грунты часто подвергаются разным видам эрозий. Особенно подвержены им материалы с низкой прочностью на сдвиг и растяжение.
Характеристики прочности – одни из самых важных для строительного грунта. Они позволяют правильно спроектировать здания, дороги и другие конструкции. Определить показатели можно только в лаборатории. Поэтому перед началом строительства лучше обратиться к специалистам.
Полную версию данной статьи вы найдете на этой странице.
Также мы рекомендуем ознакомиться с другими полезными статьями на нашем сайте.
#грунты #полезные советы #свойства грунтов #прочность #характеристики грунтов #строительные советы #грунт #строительный грунт #прочность грунтов #показатели прочности грунта
