Закон трения. Прочность и характеристики прочности грунта. Их определение.

Прочность грунтов

В настоящее время наиболее оправданной для грунтовых материалов является концепция, по которой разрушение грунта происходит по определенным площадкам скольжения. Эта концепция в развернутом виде состоит из 3-х положений:

1.  Разрушение происходит по площадкам скольжения, определяемым в пространстве главных напряжений σ1>σ2>σ3 нормалью ν с направляющими косинусами {l,m,n};

2.  Положение площадки определяется некоторыми дополнительными условиями;

3.  На площадке с нормалью ν разрушение происходит по закону сухого трения Кулона, т.е. |τν|= сν - tgφ*σν;

Основные критерии прочности

Критерий прочности Кулона-мора ( для решения плоских задач);

Критерий прочности Хилла- Треска (для решения плоских задач);

Критерий прочности Мизеса-Шлейхера-Боткина (для решения пространственных задач)

Сопротивление грунтов сдвигу (Определяется в лаборатории опытным путем с использованием сдвигового прибора, для грунтов ненарушенной структуры.) Сдвиговой прибор представляет собой толстостенный цилиндр, состоящий из 2 частей, одна из которых неподвижна, а другая может смещаться на величину S от действия сдвигающей нагрузки Т. В прибор помещается образец грунта и нагружается давлением Р1, затем прикладываем ступенями сдвигающую нагрузку (Т), происходит сдвиг (разрушение образца) при τ1.Берём второй образец с Р2 и получаем τ2.

Результаты испытаний на сдвиговом приборе могут быть представлены следующей схемой:

Здесь:

φ – угол внутреннего трения грунта;

Ре – давление связности;

С – сцепление глинистого грунта (начальный параметр прямой).

На представленном рисунке приведены результаты испытаний (доведение до разрушений) 3 образцов грунта, обжатого давлениями Р1< Р2< Р3(левый график представленной схемы). В результате в момент разрушения образца грунта получаем максимальные значения касательных напряжений сдвига τmax1, τmax2, τmax3, значения которых откладываем на графике τmax=τmax(Р) (средний и правый графики представленной схемы). Различие в очертании графиков на данных схемах обусловлено свойствами песка и глины (обладающей способностью сцепления).

Таким образом, математическая формулировка III закона механики грунтов, или сопротивления грунта сдвигу (закон Кулона), может быть представлена зависимостью τ = С + f(Р) или сформулирована в следующим определением:

Сопротивление грунта сдвигу есть функция первой степени от нормального давления (при консолидированном состоянии грунта).

Представленные зависимости отражают работу грунта при консолидировано-дренированных испытаниях, что чаще всего отвечает работе возводимых сооружений.

Однако в ряде случаев, необходимо получать характеристики грунтов при неконсолидированном-недренированном состоянии – быстрый сдвиг (устойчивость стен котлованов, насыпей и т.д.), что имеет первостепенное значение для глинистых водонасыщенных грунтов.

На приведенной ниже схеме показано, что сопротивление быстрому сдвигу связных водонасыщенных грунтов зависит в основном только от влажности W . Такие грунты будут обладать лишь параметром сцепления (С) при практическом значении угла внутреннего трения равного нулю φ≈0.

В современных условиях развития механики грунтов, для определения сопротивления грунта сдвигу существует довольно много приборов и способов:

-Односрезные сдвиговые приборы.

-2-срезные сдвиговые приборы.

-Приборы 3-осного сжатия (стабилометры).

-Зондирование.

-Искусственное обрушение откосов.

-Лопастные испытания (крыльчатка).

-Метод шарикового штампа.

Каковы пределы изменения φ?

φ – основная прочностная характеристика грунта.

 Таким образом, качество проводимых испытаний грунтов и точность определения величин φ имеют решающие значение при расчете сооружений по устойчивости, прочности.

 Какой вид имеет закон Кулона для несвязного грунта? Что называется углом внутреннего трения песка?

Закон Кулона для несвязного грунта имеет следующий вид (рис.М.11.4,а):

где   угол внутреннего трения. Угол внутреннего трения следует рассматривать как параметр линейного графика среза образца песчаного грунта, который проведен через начало координат.

Однако в ряде случаев диаграмма может иметь начальный участок c0, называемый зацеплением. Обычно величина этого зацепления очень невелика.