SlideShare a Scribd company logo
1 of 34
1
Лекция 5Лекция 5
Основы инженерно-геологическойОсновы инженерно-геологической
характеристики и оценки дисперсныххарактеристики и оценки дисперсных
грунтов –рыхлые несвязные и глинистыегрунтов –рыхлые несвязные и глинистые
связные породы (продолжение).связные породы (продолжение).
1. Физические и водные свойства.1. Физические и водные свойства.
2. Механические свойства.2. Механические свойства.
2
Главнейшими физическими свойствами песчаных и глинистыхГлавнейшими физическими свойствами песчаных и глинистых
пород являются плотность, пористость и влажность.пород являются плотность, пористость и влажность.
Плотность минеральной
части
ρs = g1/v1
Плотность породы
ρ = (g1 +g2) / (v1 + v2)
Плотность сухих частиц
(плотность скелета)
ρd = g1 / (v1 + v2) = ρ / 1+W
Плотность породы под водой
ρ’ =(ρs – 1)/ (1 -n)
Влажность весовая
W = g2 /g1
Пористость и коэффициент
пористости
n = 1- m = 1 - ρd/ ρs
e = n/(1-n) = ρs / ρd -1
Формулы списать!
На следующем слайде!
3
Основные показатели физического состояния песчано – глинистыхОсновные показатели физического состояния песчано – глинистых
породпород
Плотность минеральной части ρs = g1/v1
Плотность породы ρ = (g1 +g2) / (v1 + v2)
Плотность сухих частиц (плотность скелета)
ρd = g1 / (v1 + v2) = ρ / 1+W
Плотность породы под водой ρ’ =(ρs – 1) / (1 -n)
Влажность весовая W = g2 /g1
Пористость и коэффициент пористости n = 1- m = 1 - ρd/ ρs
e = n/(1-n) = ρs / ρd -1
(см. лекцию 3)
4
Плотность породы характеризует плотность её сложения иПлотность породы характеризует плотность её сложения и
позволяет косвенно судить о прочности, деформируемости ипозволяет косвенно судить о прочности, деформируемости и
устойчивости.устойчивости.
5
Пористость песчаных и глинистых пород зависит от их дисперсности,Пористость песчаных и глинистых пород зависит от их дисперсности,
отсортированности и однородности, плотности сложения, степени иотсортированности и однородности, плотности сложения, степени и
характера цементации коллоидами, солями, растительными остатками, а вхарактера цементации коллоидами, солями, растительными остатками, а в
обломочных породах глинистым веществом.обломочных породах глинистым веществом.
а – кубическая укладка частиц;
б, в – тетраэдрическая укладка частиц
6
Пористость песчаных и глинистых пород изменяется в широких пределах,Пористость песчаных и глинистых пород изменяется в широких пределах,
обычно она больше 20%. По сравнению со скальными и полускальнымиобычно она больше 20%. По сравнению со скальными и полускальными
породами песчаные и глинистые породы высокопористые.породами песчаные и глинистые породы высокопористые.
7
Важнейшей характеристикой физического состояния песчаных иВажнейшей характеристикой физического состояния песчаных и
глинистых пород является их весовая влажность, определяемаяглинистых пород является их весовая влажность, определяемая
сушкой при постоянной температуре 105сушкой при постоянной температуре 105°°С.С.
Влажность характеризуется количеством воды, заполняющейВлажность характеризуется количеством воды, заполняющей
поровое пространство и равняется отношению массыпоровое пространство и равняется отношению массы
испарившейся воды к массе сухого вещества породыиспарившейся воды к массе сухого вещества породы
W = gW = g22 / g/ g11 == ρρ // ρρdd – 1– 1,,
соответственно полная влагоёмкость породысоответственно полная влагоёмкость породы
WWпп = 1= 1// ρρdd - 1/- 1/ ρρss = n /= n / ρρss (1-n)(1-n)
Для характеристики степени насыщения пород водой служит коэффициентДля характеристики степени насыщения пород водой служит коэффициент
водонасыщения, отражающий отношение естественной влажности к их полнойводонасыщения, отражающий отношение естественной влажности к их полной
влагоёмкостивлагоёмкости
G = W/WG = W/Wпп == WW ρρss / e/ e00 ρρвв ( обычно( обычно ρρвв = 1 г/см= 1 г/см33
).).
Для маловлажных породДля маловлажных пород GG = 0…0.5;= 0…0.5;
для влажныхдля влажных GG = 0.5…0.8;= 0.5…0.8;
для насыщенныхдля насыщенных GG =0.8…1=0.8…1 Формулы
списать!
8
Очень важной, но дополнительной, характеристикой физическогоОчень важной, но дополнительной, характеристикой физического
состояния глинистых пород служит их консистенция, котораясостояния глинистых пород служит их консистенция, которая
характеризует подвижность глинистых частиц при определённойхарактеризует подвижность глинистых частиц при определённой
влажности под воздействием внешних усилийвлажности под воздействием внешних усилий
Состояние
породы
Норм.
название
Характерные
показатели
влажности
Wт (WL)
WP (WР)
9
Консистенция зависит от вязкости породы, т. е. внутреннего сопротивленияКонсистенция зависит от вязкости породы, т. е. внутреннего сопротивления
перемещению частиц породы в определённом объёме.перемещению частиц породы в определённом объёме.
Вязкость и консистенция проявляются только при их деформации.Вязкость и консистенция проявляются только при их деформации.
Консистенция во многом зависит от минерального состава глинистойКонсистенция во многом зависит от минерального состава глинистой
породы, а также от состава и минерализации поровой воды.породы, а также от состава и минерализации поровой воды.
10
Обычно консистенцию характеризуют определённымиОбычно консистенцию характеризуют определёнными
влажностями.влажностями.
Эти характерные влажности называют пределами консистенции.Эти характерные влажности называют пределами консистенции.
Предел текучести соответствует
влажности, при которой глинистая
порода при нарушении сложения
переходит из пластичного состояния в
текучее, т. е становится вязкой
жидкостью.
Предел пластичности
соответствует влажности, при
которой глинистая порода при
нарушении сложения из
полутвёрдого состояния
переходит в пластичное.
Между пределами текучести и
пластичности глинистые породы
находятся в пластичном состоянии,
т. е. под действием внешней силы
способны принимать различную
форму и сохранять её после
устранения этой силы, не изменяя
объёма
Для ориентировочного суждения о состоянии глинистых
пород часто используют показатель консистенции
IL = (W – WP)/(WL - WP),
соответственно применяя нормативную классификацию
ГОСТ 25100 - 97
11
Для оценки песчаных пород как основания, среды или материалаДля оценки песчаных пород как основания, среды или материала
для различных сооружений первостепенное значение имеетдля различных сооружений первостепенное значение имеет
определение плотности их сложенияопределение плотности их сложения
Относительная плотность песчаных пород определяется
отношением:
Id = (emax – e0) / (emax – emin), где
emax - коэффициент пористости песка при самом рыхлом
сложении (определяется при простом наполнении
мерного цилиндра сухим песком);
evin – коэффициент пористости песка при самом плотном
сложении (определяется трамбованием до постоянного
объёма);
e0 – коэффициент пористости песка естественного
сложения.
По плотности пески разделяют на:
- плотные Id = 0.66…1.0;
-средней плотности Id = 0.33… 0.66;
-рыхлые Id = 0…0.33.
Для оценки способности песков к уплотнению в основании
сооружений или в теле земляных сооружений используют
коэффициент уплотняемости песков:
U = (emax – emin) / emax
Чем ближе этот показатель к 1, тем большей способностью к
уплотнению обладает песок
12
Для песчаных и глинистых пород верхних горизонтов земной коры можноДля песчаных и глинистых пород верхних горизонтов земной коры можно
выделить несколько типов режима физического состояния в зависимости отвыделить несколько типов режима физического состояния в зависимости от
условий обводнения и напряжённого состоянияусловий обводнения и напряжённого состояния
σ = ρz
σ = ρz
σ = ρh + (z – h)ρ’
σ = hρв +ρz – (h+z)ρв = z(ρ – 1)
h
σ = ρz – h’ρв
13
Главнейшими водными свойствами песчаных и глинистых породГлавнейшими водными свойствами песчаных и глинистых пород
являютсяявляются водоустойчивость, влагоёмкость, капиллярность иводоустойчивость, влагоёмкость, капиллярность и
водопроницаемость.водопроницаемость.
1
2
Размокание Набухание
Некоторые разности глинистых пород при набухании увеличивают объём
на 25 – 30%, а давление набухания может достигать 0.1…1.5 МПа. Особенно
сильно набухают монтмориллонитовые глины (бентонит).
Самыми водонеустойчивыми породами
являются лёссы и сильно пылеватые
глинистые породы
14
Под влагоёмкостью породы понимается её способность вмещать иПод влагоёмкостью породы понимается её способность вмещать и
удерживать определённое количество воды.удерживать определённое количество воды.
Различают породы:Различают породы:
- влагоёмкие (глины и суглинки);- влагоёмкие (глины и суглинки);
- средне- средне влагоёмкие (супеси, пески мелкозернистые и тонкозернистые;влагоёмкие (супеси, пески мелкозернистые и тонкозернистые;
- невлагоёмкие (пески, галечники, щебень).- невлагоёмкие (пески, галечники, щебень).
Применительно к породам невлагоёмким следует говорить об их водоёмкости, т. е. способности вмещатьПрименительно к породам невлагоёмким следует говорить об их водоёмкости, т. е. способности вмещать
определённое количество воды.определённое количество воды.
У влагоёмких пород различают влагоёмкость полную, капиллярную и молекулярнуюУ влагоёмких пород различают влагоёмкость полную, капиллярную и молекулярную
Водоотдачей обладают неглинистые песчаные,
гравийные, щебенистые породы и галечники.
Она зависит от состава пород и
продолжительности их дренирования.
Водоотдача пород примерно равна разности
между полной их влагоёмкостью и
максимальной молекулярной
W отд. = Wп - Wмм
15
Мелкозернистые, тонкозернистые пески и глинистые породы могутМелкозернистые, тонкозернистые пески и глинистые породы могут
увлажняться за счёт капиллярных сил выше уровня грунтовых вод. Зонаувлажняться за счёт капиллярных сил выше уровня грунтовых вод. Зона
капиллярного поднятия может достигать поверхности земли и вызыватькапиллярного поднятия может достигать поверхности земли и вызывать
заболачивание.заболачивание.
Сила капиллярного поднятия определяется по формуле Лапласа
Рк =2σ/r, где
σ- поверхностное натяжение воды (7.5 Па);
r – радиус капилляра
16
К числу основных водных свойств горных пород относитсяК числу основных водных свойств горных пород относится
водопроницаемость,водопроницаемость, т. е. способность пропускать через себя воду подт. е. способность пропускать через себя воду под
действием напора (см. рисунок)действием напора (см. рисунок)
17
Скорость движения воды через пористые породы прямо пропорциональнаСкорость движения воды через пористые породы прямо пропорциональна
гидравлическому градиенту, т. е. отношению действующего напора к длинегидравлическому градиенту, т. е. отношению действующего напора к длине
пути фильтрациипути фильтрации
Важнейший закон водопроницаемости песчаных и глинистых породВажнейший закон водопроницаемости песчаных и глинистых пород
– закон ламинарной (плоскопараллельной) фильтрации:– закон ламинарной (плоскопараллельной) фильтрации:
V = Q/FV = Q/F илиили Q = kQ = kфф××FF××II
припри F = 1F = 1 ии I = 1I = 1
KKфф == QQ мм33
/сут/сут
Скоростное выражение коэффициента фильтрации (см. лекцию 3)Скоростное выражение коэффициента фильтрации (см. лекцию 3)
Q/F = V = kQ/F = V = kфф ×× II
припри I = 1I = 1
V = kV = kфф м/сутм/сут
Q –Q – количество фильтрующейся воды. мколичество фильтрующейся воды. м33
/сут;/сут;
F –F – площадь поперечного сечения породы, мплощадь поперечного сечения породы, м2.2.
..
Действительная площадь фильтрации водыДействительная площадь фильтрации воды FFдд<F<F, так как часть, так как часть
сечения породы занята агрегатами и и частицами, отсюдасечения породы занята агрегатами и и частицами, отсюда
действительный коэффициент фильтрациидействительный коэффициент фильтрации
kkф.д.ф.д. == kkф.ф.// nn,, гдегде
n –n – пористость породы в доляхпористость породы в долях единицыединицы
18
Характеристики водопроницаемости необходимы дляХарактеристики водопроницаемости необходимы для
проектирования дренажных мероприятий любых территорийпроектирования дренажных мероприятий любых территорий
19
Механические свойстваМеханические свойства горных пород определяют их поведение подгорных пород определяют их поведение под
воздействием внешних усилий – нагрузки. В песчано-глинистыхвоздействием внешних усилий – нагрузки. В песчано-глинистых
породах под влиянием внешних усилий происходит изменениепородах под влиянием внешних усилий происходит изменение
внутреннего сложения и объёма, т. е. уменьшение пористости ивнутреннего сложения и объёма, т. е. уменьшение пористости и
увеличение концентрации частиц в единице объёма. В лабораторииувеличение концентрации частиц в единице объёма. В лаборатории
этот процесс моделируется в компрессионных камерах (одометрах).этот процесс моделируется в компрессионных камерах (одометрах).
Когда под влиянием
внешних усилий возникают
касательные напряжения,
превышающие силы
сопротивления сдвигу,
породы начинают
разрушаться, наступает
потеря прочности.
Внимание!
Следовательно, механические свойства песчано-глинистых пород, как и
любых других, характеризуются их деформируемостью и прочностью!
20
Под влиянием внешней нагрузки породы находятся в напряжённомПод влиянием внешней нагрузки породы находятся в напряжённом
состоянии. Если породы водонасыщены, напряжения в них могут бытьсостоянии. Если породы водонасыщены, напряжения в них могут быть
подразделены на два вида:подразделены на два вида:
- действующие в поровой воде;- действующие в поровой воде;
- непосредственно передающиеся на скелет породы.- непосредственно передающиеся на скелет породы.
Поровое давление, возникшие под действием внешней нагрузки, постепенноПоровое давление, возникшие под действием внешней нагрузки, постепенно
рассеивается, что определяется водопроницаемостью породы.рассеивается, что определяется водопроницаемостью породы.
Внимание!
Только эффективное
напряжение
действует на скелет
породы, вызывая её
сжатие и уплотнение!
σ1
σ2 = σ3
21
В условиях обводнения и движения поровой воды на напряжённое состояниеВ условиях обводнения и движения поровой воды на напряжённое состояние
породы влияет фактор гидродинамического давления (см. схему).породы влияет фактор гидродинамического давления (см. схему).
Поровое давление
U = (H1+z)ρв
Эффективное
давление
σ’
= zρ’
Полные напряжения
σ = U + σ’
В случае движения воды
σ = U + σ’ ±Dгд
22
В условиях объёмного сжатия, рассматривая горные породы как линейноВ условиях объёмного сжатия, рассматривая горные породы как линейно
деформируемые тела, зависимость между напряжениямидеформируемые тела, зависимость между напряжениями
σσzz σσxx σσyy и соответствующими им относительными деформациямии соответствующими им относительными деформациями
определяется из теории сопротивления материалов.определяется из теории сопротивления материалов.
εεzz = 1/= 1/EE00[[σσzz –– μμ((σσxx ++ σσyy)])]
εεxx = 1/= 1/EE00[[σσxx –– μμ((σσzz ++ σσyy)])]
εεyy = 1/= 1/EE00[[σσyy–– μμ((σσzz ++ σσxx)])]
Параметры, входящие в эти уравнения:Параметры, входящие в эти уравнения:
-- Модуль общей деформации ЕМодуль общей деформации Е00
- Коэффициент ПуассонаКоэффициент Пуассона μμ
являются количественными характеристиками механическихявляются количественными характеристиками механических
свойств пород, т. е. их способности деформироваться при сжатии.свойств пород, т. е. их способности деформироваться при сжатии.
Модуль общей деформацииМодуль общей деформации
ЕЕ00 == σσzz // εεzz
Коэффициент Пуассона (поперечного расширения)Коэффициент Пуассона (поперечного расширения)
μμ == εεyy // εεzz (0,27…0,42)
23
По компрессионным данным:По компрессионным данным:
Модуль общей деформации определяют полевыми и лабораторными
испытаниями и вычисляют по формуле
ЕЕ00 == ββ (1+е(1+е11)/а,)/а, гдегде
ЕЕ00 – модуль общей деформации, МПа;– модуль общей деформации, МПа;
ее11 – коэффициент пористости, соответствующий по компрессионной– коэффициент пористости, соответствующий по компрессионной
кривой нагрузкекривой нагрузке σσ11;;
а - коэффициент сжимаемости, 1/МПа, определяемый поа - коэффициент сжимаемости, 1/МПа, определяемый по
компрессионной кривой в интервале нагрузоккомпрессионной кривой в интервале нагрузок σσ11 ииσσ22;;
ββ – множитель для перехода к условиям объёмного сжатия:– множитель для перехода к условиям объёмного сжатия:
- для песков 0,76;для песков 0,76;
- для супесей 0,72;для супесей 0,72;
- для суглинков 0,57;для суглинков 0,57;
- для глин 0,43для глин 0,43
ββ = 1- 2= 1- 2μμ22
/(1 –/(1 – μμ))
24
Сопротивление песчано-глинистых породСопротивление песчано-глинистых пород
сдвигу.сдвигу.
Сопротивление сдвигу характеризует прочностьСопротивление сдвигу характеризует прочность
песчаных и глинистых пород, т. е. ихпесчаных и глинистых пород, т. е. их
способность сопротивляться разрушению.способность сопротивляться разрушению.
Последнее выражается в нарушенииПоследнее выражается в нарушении
сплошности породы по одной или несколькимсплошности породы по одной или нескольким
поверхностям скольжения или ослабления.поверхностям скольжения или ослабления.
Разрушение породы наступает тогда, когдаРазрушение породы наступает тогда, когда
касательные напряжения превышаюткасательные напряжения превышают
внутренние силы сопротивления.внутренние силы сопротивления.
25
Сопротивление сдвигу песчаных и глинистых пород зависит от ряда факторов, ноСопротивление сдвигу песчаных и глинистых пород зависит от ряда факторов, но
главным образом от нормального уплотняющего давления.главным образом от нормального уплотняющего давления.
Для песчаных и вообще рыхлых несвязных пород этаДля песчаных и вообще рыхлых несвязных пород эта
зависимость была установлена Кулоном в 1773 году изависимость была установлена Кулоном в 1773 году и
имеет видимеет вид
ττ == tgtgφφ×σ×σнн
В общем виде, в данном уравнении может появитьсяВ общем виде, в данном уравнении может появиться
параметр С, характеризующий начальное сопротивлениепараметр С, характеризующий начальное сопротивление
сдвигу и обусловленное явлениями зацепления зёрен исдвигу и обусловленное явлениями зацепления зёрен и
обломков друг за друобломков друг за друга, с затратой сдвигающих усилийга, с затратой сдвигающих усилий
на опрокидывание, вращение и перемещение в зонена опрокидывание, вращение и перемещение в зоне
сдвига (дилатансия):сдвига (дилатансия):
ττ == tgtgφφ×σ×σнн + С+ С
Это математическое выражение закона Кулона справедливоЭто математическое выражение закона Кулона справедливо
и для глинистых пород, только здесь параметри для глинистых пород, только здесь параметр
линейности С обусловлен всеми видами структурныхлинейности С обусловлен всеми видами структурных
связей.связей.
Если обе части приведённого уравнения разделить наЕсли обе части приведённого уравнения разделить на σσнн , а, а
отношениеотношение ττ//σσнн обозначить черезобозначить через tgtgψψ,, тото
tgtgψψ == ττ//σσнн == f +C/f +C/σσнн ,,
гдегде tgtgψψ - коэффициент сдвига.- коэффициент сдвига.
Для песчаных породДля песчаных пород tgtgψψ величина постоянная и равнаявеличина постоянная и равная
коэффициенту внутреннего трения, для глинистыхкоэффициенту внутреннего трения, для глинистых
породпород tgtgψψ величина переменная: с увеличениемвеличина переменная: с увеличением
нормального уплотняющего давления он уменьшается.нормального уплотняющего давления он уменьшается.
Существенное влияние на сопротивление сдвигу оказываетСущественное влияние на сопротивление сдвигу оказывает
поровое давление, поэтомупоровое давление, поэтому
для песчаных породдля песчаных пород ττ == f(f(σσнн – u),– u),
для глинистых породдля глинистых пород ττ = С += С + f(f(σσнн – u),– u),
С = 0
tgφ = tgψ
tgφ = f(σн)+C
С = tgφ×Рс
Рс = С/ tgφ
Рс – прочность структурных связей
26
Основные уравнения прочности песчано – глинистыхОсновные уравнения прочности песчано – глинистых
породпород
(по теории Кулона)(по теории Кулона)
ττ == tgtgφφ×σ×σнн (для песчаных пород)(для песчаных пород) ττ == tgtgφφ×σ×σнн + С (для глинистых пород)+ С (для глинистых пород)
tgtgψψ == ττ//σσнн == f +C/f +C/σσнн
(обобщённый параметр – коэффициент(обобщённый параметр – коэффициент
сдвига переменная величина для глинистыхсдвига переменная величина для глинистых
пород и постоянная для песчаных)пород и постоянная для песчаных)
ττ == f(f(σσнн –– u)u) (для песчаных пород с учётом порового давления(для песчаных пород с учётом порового давления
ττ = С += С + f(f(σσнн –– u)u) (для глинистых пород с учётом порового давления)(для глинистых пород с учётом порового давления)
27
Показатели сопротивления сдвигу существенно зависят от режимаПоказатели сопротивления сдвигу существенно зависят от режима
испытаний и прежде всего от способа подготовки, проведения и ииспытаний и прежде всего от способа подготовки, проведения и и
условий дренирования породусловий дренирования пород
Испытания по схеме быстрого сдвига без
предварительного уплотнения, при
уплотняющих нагрузках не превышающих
структурной прочности пород, природного
давления или веса сооружения.
Испытания по схеме медленного сдвига в
условиях свободного оттока воды (открытая
система) и завершённой консолидации, при
уплотняющих давлениях, соизмеримых с
весом сооружения.
Испытания в условиях невозможности оттока
воды (закрытая система) с замером порового
давления. Реализация уравнения ττ = С += С + f(f(σσнн –u)–u)
Существуют специальные схемы
испытаний пород в срезных приборах,
моделирующие различное состояние пород
и условия их взаимодействия с
сооружениями (схема Н. Н. Маслова,
схема А. А. Ничипоровича).
28
Механические свойства глинистых пород, как и большинстваМеханические свойства глинистых пород, как и большинства
полускальных пород, зависят от изменения напряжённо-полускальных пород, зависят от изменения напряжённо-
деформируемого состояния во времени.деформируемого состояния во времени.
Это реологические свойства!
- Способность медленно пластически деформироваться при неизменном напряжённом состоянии,
часто при нагрузках, меньших , чем разрушающие (ползучесть).
- Уменьшение (расслабление) напряжения, необходимого для поддержания постоянной деформации
породы (релаксация).
- Способность снижать прочность при увеличении времени воздействия нагрузки (длительная
прочность).
Реологические свойства определяются тем обстоятельством, что глинистые породы
занимают промежуточное положение между жидко-или вязкотекучими и твёрдыми телами,
что может быть наглядно представлено в виде различных моделей!
29
Механические свойства песчано-
глинистых пород тесно связаны со всей
историей их формирования и развития в
земной коре, где они переходят из одной
зоны в другую, постепенно утрачивая
одни признаки и приобретая новые.
Таким образом, показатели физико-
механических свойств песчано-глинистых
пород следует всегда рассматривать в
тесной связи со степенью их литификации.
30
Инженерно-геологическая классификация глинистых породИнженерно-геологическая классификация глинистых пород
(по В. Д. Ломтадзе, 1984)(по В. Д. Ломтадзе, 1984)
СтепеньСтепень
литификациилитификации
W, %W, % ρρdd
г/смг/см
33
n, %n, % tgtgψψ EE00,, МПаМПа ПримечаниеПримечание
II
ПредельноПредельно
малаямалая
> 75…80> 75…80 0.60.6……0.80.8 7575…80…80 < 0.2< 0.2 Доли МПаДоли МПа ТиксотропияТиксотропия
IIII
МалаяМалая До 75…80До 75…80 (0.6…0.8) –(0.6…0.8) –
(1.35…1.4)(1.35…1.4)
(40…45) –(40…45) –
(75…80)(75…80) < 0.2< 0.2 ЕдиницыЕдиницы
МПаМПа
ПолзучестьПолзучесть
IIIIII
УмереннаяУмеренная (12…14) –(12…14) –
(25…30)(25…30)
1.35…1.91.35…1.9 25…4525…45 0.2…0.40.2…0.4 10…2010…20 ПолзучестьПолзучесть
ЗамедленнаяЗамедленная
консолидацияконсолидация
IVIV
ВысокаяВысокая (3…4) –(3…4) –
(12…15)(12…15)
1.9…2.51.9…2.5 (4…5) –(4…5) –
(25…30)(25…30)
> 0.4> 0.4 ДесяткиДесятки
МПаМПа
БольшойБольшой
периодпериод
релаксациирелаксации
напряженийнапряжений
31
Основы инженерно-геологической характеристики иОсновы инженерно-геологической характеристики и
оценки техногенных грунтов (см. лекция 3 «Инженерно-оценки техногенных грунтов (см. лекция 3 «Инженерно-
геологическая классификация горных пород»,геологическая классификация горных пород»,
слайды 1 - 6)слайды 1 - 6)
Проработать самостоятельно указанную тему иПроработать самостоятельно указанную тему и
представить в виде реферата, используяпредставить в виде реферата, используя
библиографические источники:библиографические источники:
1.1. А. Б. Фадеев. Инженерная геология и гидрогеология.А. Б. Фадеев. Инженерная геология и гидрогеология.
Учебное пособие. СПб ГАСУ, СПб, 2004. Раздел 11.7,Учебное пособие. СПб ГАСУ, СПб, 2004. Раздел 11.7,
с. 94.с. 94.
2.2. В. Д. Ломтадзе. Инженерная геология. ИнженернаяВ. Д. Ломтадзе. Инженерная геология. Инженерная
петрология. Л: Недра, 1984, разделпетрология. Л: Недра, 1984, раздел IX-6,IX-6, с.469 – 472.с.469 – 472.
32
При изучении указанной темы следует учитывать следующиеПри изучении указанной темы следует учитывать следующие
основные определения (ГОСТ 25100 – 97)основные определения (ГОСТ 25100 – 97)
33
Основы инженерно-геологической характеристики иОсновы инженерно-геологической характеристики и
оценки мёрзлых пород (см. лекция 3 «Инженерно-оценки мёрзлых пород (см. лекция 3 «Инженерно-
геологическая классификация горных пород»,геологическая классификация горных пород»,
слайды 1 - 6)слайды 1 - 6)
Проработать самостоятельно указанную тему иПроработать самостоятельно указанную тему и
представить в виде реферата, используяпредставить в виде реферата, используя
библиографические источники:библиографические источники:
1.1. А. Б. Фадеев. Инженерная геология и гидрогеология.А. Б. Фадеев. Инженерная геология и гидрогеология.
Учебное пособие. СПб ГАСУ, СПб, 2004. Раздел 15, с.Учебное пособие. СПб ГАСУ, СПб, 2004. Раздел 15, с.
115 - 120.115 - 120.
2.2. В. Д. Ломтадзе. Инженерная геология. ИнженернаяВ. Д. Ломтадзе. Инженерная геология. Инженерная
петрология. Л: Недра, 1984, разделпетрология. Л: Недра, 1984, раздел IX-IX-55,, с.457 – 469.с.457 – 469.
34
При изучении указанной темы следует учитывать следующиеПри изучении указанной темы следует учитывать следующие
основные определения (ГОСТ 25100 – 97)основные определения (ГОСТ 25100 – 97)

More Related Content

What's hot

11_Почвоведение. Болотные и аллювиальные почвы
11_Почвоведение. Болотные и аллювиальные почвы11_Почвоведение. Болотные и аллювиальные почвы
11_Почвоведение. Болотные и аллювиальные почвыDepartment of Mycology and Plant Resistance
 
горнопромышленные ландшафты
горнопромышленные ландшафтыгорнопромышленные ландшафты
горнопромышленные ландшафтыosinceva
 
10_Почвоведение. Черноземы и серые лесные почвы лесостепной и степной зон
10_Почвоведение. Черноземы и серые лесные почвы лесостепной и степной зон10_Почвоведение. Черноземы и серые лесные почвы лесостепной и степной зон
10_Почвоведение. Черноземы и серые лесные почвы лесостепной и степной зонDepartment of Mycology and Plant Resistance
 
Презентация: Эндогенные процессы в рельефообразовании
Презентация: Эндогенные процессы в рельефообразованииПрезентация: Эндогенные процессы в рельефообразовании
Презентация: Эндогенные процессы в рельефообразованииozlmgouru
 
7_Почвоведение. Поглотительная способность почв
7_Почвоведение. Поглотительная способность почв7_Почвоведение. Поглотительная способность почв
7_Почвоведение. Поглотительная способность почвDepartment of Mycology and Plant Resistance
 
777.влияние рельефа и удобрений на гумусное состояние дерново подзолистых ср...
777.влияние рельефа и удобрений на гумусное состояние дерново  подзолистых ср...777.влияние рельефа и удобрений на гумусное состояние дерново  подзолистых ср...
777.влияние рельефа и удобрений на гумусное состояние дерново подзолистых ср...Иван Иванов
 
4. многолетнемерзлые породы
4. многолетнемерзлые породы4. многолетнемерзлые породы
4. многолетнемерзлые породыosinceva
 
807.определитель минералов учебное пособие
807.определитель минералов учебное пособие807.определитель минералов учебное пособие
807.определитель минералов учебное пособиеivanov1566334322
 
8_Почвоведение. Кислотность, влагоемкость почв
8_Почвоведение. Кислотность, влагоемкость почв8_Почвоведение. Кислотность, влагоемкость почв
8_Почвоведение. Кислотность, влагоемкость почвDepartment of Mycology and Plant Resistance
 
Мінералогічна і геохімічна зональність кори вивітрювання кварцових порфірів С...
Мінералогічна і геохімічна зональність кори вивітрювання кварцових порфірів С...Мінералогічна і геохімічна зональність кори вивітрювання кварцових порфірів С...
Мінералогічна і геохімічна зональність кори вивітрювання кварцових порфірів С...Yevhen Vasylenko
 
грунты. фундаменты
грунты. фундаментыгрунты. фундаменты
грунты. фундаментыaii24
 
криогенные формы рельефа
криогенные формы рельефакриогенные формы рельефа
криогенные формы рельефаDmitriy Igoshev
 

What's hot (20)

11_Почвоведение. Болотные и аллювиальные почвы
11_Почвоведение. Болотные и аллювиальные почвы11_Почвоведение. Болотные и аллювиальные почвы
11_Почвоведение. Болотные и аллювиальные почвы
 
6_Почвоведение. Морфология почв
6_Почвоведение. Морфология почв6_Почвоведение. Морфология почв
6_Почвоведение. Морфология почв
 
горнопромышленные ландшафты
горнопромышленные ландшафтыгорнопромышленные ландшафты
горнопромышленные ландшафты
 
геология Copy
геология Copyгеология Copy
геология Copy
 
10_Почвоведение. Черноземы и серые лесные почвы лесостепной и степной зон
10_Почвоведение. Черноземы и серые лесные почвы лесостепной и степной зон10_Почвоведение. Черноземы и серые лесные почвы лесостепной и степной зон
10_Почвоведение. Черноземы и серые лесные почвы лесостепной и степной зон
 
Презентация: Эндогенные процессы в рельефообразовании
Презентация: Эндогенные процессы в рельефообразованииПрезентация: Эндогенные процессы в рельефообразовании
Презентация: Эндогенные процессы в рельефообразовании
 
7_Почвоведение. Поглотительная способность почв
7_Почвоведение. Поглотительная способность почв7_Почвоведение. Поглотительная способность почв
7_Почвоведение. Поглотительная способность почв
 
5_Почвоведение. Химический состав почвы
5_Почвоведение. Химический состав почвы5_Почвоведение. Химический состав почвы
5_Почвоведение. Химический состав почвы
 
777.влияние рельефа и удобрений на гумусное состояние дерново подзолистых ср...
777.влияние рельефа и удобрений на гумусное состояние дерново  подзолистых ср...777.влияние рельефа и удобрений на гумусное состояние дерново  подзолистых ср...
777.влияние рельефа и удобрений на гумусное состояние дерново подзолистых ср...
 
геология
геологиягеология
геология
 
Geology
GeologyGeology
Geology
 
4_Почвоведение. Факторы почвообразования
4_Почвоведение. Факторы почвообразования4_Почвоведение. Факторы почвообразования
4_Почвоведение. Факторы почвообразования
 
4. многолетнемерзлые породы
4. многолетнемерзлые породы4. многолетнемерзлые породы
4. многолетнемерзлые породы
 
807.определитель минералов учебное пособие
807.определитель минералов учебное пособие807.определитель минералов учебное пособие
807.определитель минералов учебное пособие
 
Горные породы
Горные породыГорные породы
Горные породы
 
8_Почвоведение. Кислотность, влагоемкость почв
8_Почвоведение. Кислотность, влагоемкость почв8_Почвоведение. Кислотность, влагоемкость почв
8_Почвоведение. Кислотность, влагоемкость почв
 
12_Почвоведение. Горные почвы
12_Почвоведение. Горные почвы12_Почвоведение. Горные почвы
12_Почвоведение. Горные почвы
 
Мінералогічна і геохімічна зональність кори вивітрювання кварцових порфірів С...
Мінералогічна і геохімічна зональність кори вивітрювання кварцових порфірів С...Мінералогічна і геохімічна зональність кори вивітрювання кварцових порфірів С...
Мінералогічна і геохімічна зональність кори вивітрювання кварцових порфірів С...
 
грунты. фундаменты
грунты. фундаментыгрунты. фундаменты
грунты. фундаменты
 
криогенные формы рельефа
криогенные формы рельефакриогенные формы рельефа
криогенные формы рельефа
 

More from Андрей Бережков (9)

Лекция №7в
Лекция №7вЛекция №7в
Лекция №7в
 
Лекция №7а
Лекция №7аЛекция №7а
Лекция №7а
 
Лекция №7
Лекция №7Лекция №7
Лекция №7
 
Лекция №6
Лекция №6Лекция №6
Лекция №6
 
Лекция №2(Б)
Лекция №2(Б)Лекция №2(Б)
Лекция №2(Б)
 
Лекция №2 (А)
Лекция №2 (А)Лекция №2 (А)
Лекция №2 (А)
 
Лекция №2
Лекция №2Лекция №2
Лекция №2
 
Лекция №1
Лекция №1Лекция №1
Лекция №1
 
Лекция №7б
Лекция №7бЛекция №7б
Лекция №7б
 

Лекция №5

  • 1. 1 Лекция 5Лекция 5 Основы инженерно-геологическойОсновы инженерно-геологической характеристики и оценки дисперсныххарактеристики и оценки дисперсных грунтов –рыхлые несвязные и глинистыегрунтов –рыхлые несвязные и глинистые связные породы (продолжение).связные породы (продолжение). 1. Физические и водные свойства.1. Физические и водные свойства. 2. Механические свойства.2. Механические свойства.
  • 2. 2 Главнейшими физическими свойствами песчаных и глинистыхГлавнейшими физическими свойствами песчаных и глинистых пород являются плотность, пористость и влажность.пород являются плотность, пористость и влажность. Плотность минеральной части ρs = g1/v1 Плотность породы ρ = (g1 +g2) / (v1 + v2) Плотность сухих частиц (плотность скелета) ρd = g1 / (v1 + v2) = ρ / 1+W Плотность породы под водой ρ’ =(ρs – 1)/ (1 -n) Влажность весовая W = g2 /g1 Пористость и коэффициент пористости n = 1- m = 1 - ρd/ ρs e = n/(1-n) = ρs / ρd -1 Формулы списать! На следующем слайде!
  • 3. 3 Основные показатели физического состояния песчано – глинистыхОсновные показатели физического состояния песчано – глинистых породпород Плотность минеральной части ρs = g1/v1 Плотность породы ρ = (g1 +g2) / (v1 + v2) Плотность сухих частиц (плотность скелета) ρd = g1 / (v1 + v2) = ρ / 1+W Плотность породы под водой ρ’ =(ρs – 1) / (1 -n) Влажность весовая W = g2 /g1 Пористость и коэффициент пористости n = 1- m = 1 - ρd/ ρs e = n/(1-n) = ρs / ρd -1 (см. лекцию 3)
  • 4. 4 Плотность породы характеризует плотность её сложения иПлотность породы характеризует плотность её сложения и позволяет косвенно судить о прочности, деформируемости ипозволяет косвенно судить о прочности, деформируемости и устойчивости.устойчивости.
  • 5. 5 Пористость песчаных и глинистых пород зависит от их дисперсности,Пористость песчаных и глинистых пород зависит от их дисперсности, отсортированности и однородности, плотности сложения, степени иотсортированности и однородности, плотности сложения, степени и характера цементации коллоидами, солями, растительными остатками, а вхарактера цементации коллоидами, солями, растительными остатками, а в обломочных породах глинистым веществом.обломочных породах глинистым веществом. а – кубическая укладка частиц; б, в – тетраэдрическая укладка частиц
  • 6. 6 Пористость песчаных и глинистых пород изменяется в широких пределах,Пористость песчаных и глинистых пород изменяется в широких пределах, обычно она больше 20%. По сравнению со скальными и полускальнымиобычно она больше 20%. По сравнению со скальными и полускальными породами песчаные и глинистые породы высокопористые.породами песчаные и глинистые породы высокопористые.
  • 7. 7 Важнейшей характеристикой физического состояния песчаных иВажнейшей характеристикой физического состояния песчаных и глинистых пород является их весовая влажность, определяемаяглинистых пород является их весовая влажность, определяемая сушкой при постоянной температуре 105сушкой при постоянной температуре 105°°С.С. Влажность характеризуется количеством воды, заполняющейВлажность характеризуется количеством воды, заполняющей поровое пространство и равняется отношению массыпоровое пространство и равняется отношению массы испарившейся воды к массе сухого вещества породыиспарившейся воды к массе сухого вещества породы W = gW = g22 / g/ g11 == ρρ // ρρdd – 1– 1,, соответственно полная влагоёмкость породысоответственно полная влагоёмкость породы WWпп = 1= 1// ρρdd - 1/- 1/ ρρss = n /= n / ρρss (1-n)(1-n) Для характеристики степени насыщения пород водой служит коэффициентДля характеристики степени насыщения пород водой служит коэффициент водонасыщения, отражающий отношение естественной влажности к их полнойводонасыщения, отражающий отношение естественной влажности к их полной влагоёмкостивлагоёмкости G = W/WG = W/Wпп == WW ρρss / e/ e00 ρρвв ( обычно( обычно ρρвв = 1 г/см= 1 г/см33 ).). Для маловлажных породДля маловлажных пород GG = 0…0.5;= 0…0.5; для влажныхдля влажных GG = 0.5…0.8;= 0.5…0.8; для насыщенныхдля насыщенных GG =0.8…1=0.8…1 Формулы списать!
  • 8. 8 Очень важной, но дополнительной, характеристикой физическогоОчень важной, но дополнительной, характеристикой физического состояния глинистых пород служит их консистенция, котораясостояния глинистых пород служит их консистенция, которая характеризует подвижность глинистых частиц при определённойхарактеризует подвижность глинистых частиц при определённой влажности под воздействием внешних усилийвлажности под воздействием внешних усилий Состояние породы Норм. название Характерные показатели влажности Wт (WL) WP (WР)
  • 9. 9 Консистенция зависит от вязкости породы, т. е. внутреннего сопротивленияКонсистенция зависит от вязкости породы, т. е. внутреннего сопротивления перемещению частиц породы в определённом объёме.перемещению частиц породы в определённом объёме. Вязкость и консистенция проявляются только при их деформации.Вязкость и консистенция проявляются только при их деформации. Консистенция во многом зависит от минерального состава глинистойКонсистенция во многом зависит от минерального состава глинистой породы, а также от состава и минерализации поровой воды.породы, а также от состава и минерализации поровой воды.
  • 10. 10 Обычно консистенцию характеризуют определённымиОбычно консистенцию характеризуют определёнными влажностями.влажностями. Эти характерные влажности называют пределами консистенции.Эти характерные влажности называют пределами консистенции. Предел текучести соответствует влажности, при которой глинистая порода при нарушении сложения переходит из пластичного состояния в текучее, т. е становится вязкой жидкостью. Предел пластичности соответствует влажности, при которой глинистая порода при нарушении сложения из полутвёрдого состояния переходит в пластичное. Между пределами текучести и пластичности глинистые породы находятся в пластичном состоянии, т. е. под действием внешней силы способны принимать различную форму и сохранять её после устранения этой силы, не изменяя объёма Для ориентировочного суждения о состоянии глинистых пород часто используют показатель консистенции IL = (W – WP)/(WL - WP), соответственно применяя нормативную классификацию ГОСТ 25100 - 97
  • 11. 11 Для оценки песчаных пород как основания, среды или материалаДля оценки песчаных пород как основания, среды или материала для различных сооружений первостепенное значение имеетдля различных сооружений первостепенное значение имеет определение плотности их сложенияопределение плотности их сложения Относительная плотность песчаных пород определяется отношением: Id = (emax – e0) / (emax – emin), где emax - коэффициент пористости песка при самом рыхлом сложении (определяется при простом наполнении мерного цилиндра сухим песком); evin – коэффициент пористости песка при самом плотном сложении (определяется трамбованием до постоянного объёма); e0 – коэффициент пористости песка естественного сложения. По плотности пески разделяют на: - плотные Id = 0.66…1.0; -средней плотности Id = 0.33… 0.66; -рыхлые Id = 0…0.33. Для оценки способности песков к уплотнению в основании сооружений или в теле земляных сооружений используют коэффициент уплотняемости песков: U = (emax – emin) / emax Чем ближе этот показатель к 1, тем большей способностью к уплотнению обладает песок
  • 12. 12 Для песчаных и глинистых пород верхних горизонтов земной коры можноДля песчаных и глинистых пород верхних горизонтов земной коры можно выделить несколько типов режима физического состояния в зависимости отвыделить несколько типов режима физического состояния в зависимости от условий обводнения и напряжённого состоянияусловий обводнения и напряжённого состояния σ = ρz σ = ρz σ = ρh + (z – h)ρ’ σ = hρв +ρz – (h+z)ρв = z(ρ – 1) h σ = ρz – h’ρв
  • 13. 13 Главнейшими водными свойствами песчаных и глинистых породГлавнейшими водными свойствами песчаных и глинистых пород являютсяявляются водоустойчивость, влагоёмкость, капиллярность иводоустойчивость, влагоёмкость, капиллярность и водопроницаемость.водопроницаемость. 1 2 Размокание Набухание Некоторые разности глинистых пород при набухании увеличивают объём на 25 – 30%, а давление набухания может достигать 0.1…1.5 МПа. Особенно сильно набухают монтмориллонитовые глины (бентонит). Самыми водонеустойчивыми породами являются лёссы и сильно пылеватые глинистые породы
  • 14. 14 Под влагоёмкостью породы понимается её способность вмещать иПод влагоёмкостью породы понимается её способность вмещать и удерживать определённое количество воды.удерживать определённое количество воды. Различают породы:Различают породы: - влагоёмкие (глины и суглинки);- влагоёмкие (глины и суглинки); - средне- средне влагоёмкие (супеси, пески мелкозернистые и тонкозернистые;влагоёмкие (супеси, пески мелкозернистые и тонкозернистые; - невлагоёмкие (пески, галечники, щебень).- невлагоёмкие (пески, галечники, щебень). Применительно к породам невлагоёмким следует говорить об их водоёмкости, т. е. способности вмещатьПрименительно к породам невлагоёмким следует говорить об их водоёмкости, т. е. способности вмещать определённое количество воды.определённое количество воды. У влагоёмких пород различают влагоёмкость полную, капиллярную и молекулярнуюУ влагоёмких пород различают влагоёмкость полную, капиллярную и молекулярную Водоотдачей обладают неглинистые песчаные, гравийные, щебенистые породы и галечники. Она зависит от состава пород и продолжительности их дренирования. Водоотдача пород примерно равна разности между полной их влагоёмкостью и максимальной молекулярной W отд. = Wп - Wмм
  • 15. 15 Мелкозернистые, тонкозернистые пески и глинистые породы могутМелкозернистые, тонкозернистые пески и глинистые породы могут увлажняться за счёт капиллярных сил выше уровня грунтовых вод. Зонаувлажняться за счёт капиллярных сил выше уровня грунтовых вод. Зона капиллярного поднятия может достигать поверхности земли и вызыватькапиллярного поднятия может достигать поверхности земли и вызывать заболачивание.заболачивание. Сила капиллярного поднятия определяется по формуле Лапласа Рк =2σ/r, где σ- поверхностное натяжение воды (7.5 Па); r – радиус капилляра
  • 16. 16 К числу основных водных свойств горных пород относитсяК числу основных водных свойств горных пород относится водопроницаемость,водопроницаемость, т. е. способность пропускать через себя воду подт. е. способность пропускать через себя воду под действием напора (см. рисунок)действием напора (см. рисунок)
  • 17. 17 Скорость движения воды через пористые породы прямо пропорциональнаСкорость движения воды через пористые породы прямо пропорциональна гидравлическому градиенту, т. е. отношению действующего напора к длинегидравлическому градиенту, т. е. отношению действующего напора к длине пути фильтрациипути фильтрации Важнейший закон водопроницаемости песчаных и глинистых породВажнейший закон водопроницаемости песчаных и глинистых пород – закон ламинарной (плоскопараллельной) фильтрации:– закон ламинарной (плоскопараллельной) фильтрации: V = Q/FV = Q/F илиили Q = kQ = kфф××FF××II припри F = 1F = 1 ии I = 1I = 1 KKфф == QQ мм33 /сут/сут Скоростное выражение коэффициента фильтрации (см. лекцию 3)Скоростное выражение коэффициента фильтрации (см. лекцию 3) Q/F = V = kQ/F = V = kфф ×× II припри I = 1I = 1 V = kV = kфф м/сутм/сут Q –Q – количество фильтрующейся воды. мколичество фильтрующейся воды. м33 /сут;/сут; F –F – площадь поперечного сечения породы, мплощадь поперечного сечения породы, м2.2. .. Действительная площадь фильтрации водыДействительная площадь фильтрации воды FFдд<F<F, так как часть, так как часть сечения породы занята агрегатами и и частицами, отсюдасечения породы занята агрегатами и и частицами, отсюда действительный коэффициент фильтрациидействительный коэффициент фильтрации kkф.д.ф.д. == kkф.ф.// nn,, гдегде n –n – пористость породы в доляхпористость породы в долях единицыединицы
  • 18. 18 Характеристики водопроницаемости необходимы дляХарактеристики водопроницаемости необходимы для проектирования дренажных мероприятий любых территорийпроектирования дренажных мероприятий любых территорий
  • 19. 19 Механические свойстваМеханические свойства горных пород определяют их поведение подгорных пород определяют их поведение под воздействием внешних усилий – нагрузки. В песчано-глинистыхвоздействием внешних усилий – нагрузки. В песчано-глинистых породах под влиянием внешних усилий происходит изменениепородах под влиянием внешних усилий происходит изменение внутреннего сложения и объёма, т. е. уменьшение пористости ивнутреннего сложения и объёма, т. е. уменьшение пористости и увеличение концентрации частиц в единице объёма. В лабораторииувеличение концентрации частиц в единице объёма. В лаборатории этот процесс моделируется в компрессионных камерах (одометрах).этот процесс моделируется в компрессионных камерах (одометрах). Когда под влиянием внешних усилий возникают касательные напряжения, превышающие силы сопротивления сдвигу, породы начинают разрушаться, наступает потеря прочности. Внимание! Следовательно, механические свойства песчано-глинистых пород, как и любых других, характеризуются их деформируемостью и прочностью!
  • 20. 20 Под влиянием внешней нагрузки породы находятся в напряжённомПод влиянием внешней нагрузки породы находятся в напряжённом состоянии. Если породы водонасыщены, напряжения в них могут бытьсостоянии. Если породы водонасыщены, напряжения в них могут быть подразделены на два вида:подразделены на два вида: - действующие в поровой воде;- действующие в поровой воде; - непосредственно передающиеся на скелет породы.- непосредственно передающиеся на скелет породы. Поровое давление, возникшие под действием внешней нагрузки, постепенноПоровое давление, возникшие под действием внешней нагрузки, постепенно рассеивается, что определяется водопроницаемостью породы.рассеивается, что определяется водопроницаемостью породы. Внимание! Только эффективное напряжение действует на скелет породы, вызывая её сжатие и уплотнение! σ1 σ2 = σ3
  • 21. 21 В условиях обводнения и движения поровой воды на напряжённое состояниеВ условиях обводнения и движения поровой воды на напряжённое состояние породы влияет фактор гидродинамического давления (см. схему).породы влияет фактор гидродинамического давления (см. схему). Поровое давление U = (H1+z)ρв Эффективное давление σ’ = zρ’ Полные напряжения σ = U + σ’ В случае движения воды σ = U + σ’ ±Dгд
  • 22. 22 В условиях объёмного сжатия, рассматривая горные породы как линейноВ условиях объёмного сжатия, рассматривая горные породы как линейно деформируемые тела, зависимость между напряжениямидеформируемые тела, зависимость между напряжениями σσzz σσxx σσyy и соответствующими им относительными деформациямии соответствующими им относительными деформациями определяется из теории сопротивления материалов.определяется из теории сопротивления материалов. εεzz = 1/= 1/EE00[[σσzz –– μμ((σσxx ++ σσyy)])] εεxx = 1/= 1/EE00[[σσxx –– μμ((σσzz ++ σσyy)])] εεyy = 1/= 1/EE00[[σσyy–– μμ((σσzz ++ σσxx)])] Параметры, входящие в эти уравнения:Параметры, входящие в эти уравнения: -- Модуль общей деформации ЕМодуль общей деформации Е00 - Коэффициент ПуассонаКоэффициент Пуассона μμ являются количественными характеристиками механическихявляются количественными характеристиками механических свойств пород, т. е. их способности деформироваться при сжатии.свойств пород, т. е. их способности деформироваться при сжатии. Модуль общей деформацииМодуль общей деформации ЕЕ00 == σσzz // εεzz Коэффициент Пуассона (поперечного расширения)Коэффициент Пуассона (поперечного расширения) μμ == εεyy // εεzz (0,27…0,42)
  • 23. 23 По компрессионным данным:По компрессионным данным: Модуль общей деформации определяют полевыми и лабораторными испытаниями и вычисляют по формуле ЕЕ00 == ββ (1+е(1+е11)/а,)/а, гдегде ЕЕ00 – модуль общей деформации, МПа;– модуль общей деформации, МПа; ее11 – коэффициент пористости, соответствующий по компрессионной– коэффициент пористости, соответствующий по компрессионной кривой нагрузкекривой нагрузке σσ11;; а - коэффициент сжимаемости, 1/МПа, определяемый поа - коэффициент сжимаемости, 1/МПа, определяемый по компрессионной кривой в интервале нагрузоккомпрессионной кривой в интервале нагрузок σσ11 ииσσ22;; ββ – множитель для перехода к условиям объёмного сжатия:– множитель для перехода к условиям объёмного сжатия: - для песков 0,76;для песков 0,76; - для супесей 0,72;для супесей 0,72; - для суглинков 0,57;для суглинков 0,57; - для глин 0,43для глин 0,43 ββ = 1- 2= 1- 2μμ22 /(1 –/(1 – μμ))
  • 24. 24 Сопротивление песчано-глинистых породСопротивление песчано-глинистых пород сдвигу.сдвигу. Сопротивление сдвигу характеризует прочностьСопротивление сдвигу характеризует прочность песчаных и глинистых пород, т. е. ихпесчаных и глинистых пород, т. е. их способность сопротивляться разрушению.способность сопротивляться разрушению. Последнее выражается в нарушенииПоследнее выражается в нарушении сплошности породы по одной или несколькимсплошности породы по одной или нескольким поверхностям скольжения или ослабления.поверхностям скольжения или ослабления. Разрушение породы наступает тогда, когдаРазрушение породы наступает тогда, когда касательные напряжения превышаюткасательные напряжения превышают внутренние силы сопротивления.внутренние силы сопротивления.
  • 25. 25 Сопротивление сдвигу песчаных и глинистых пород зависит от ряда факторов, ноСопротивление сдвигу песчаных и глинистых пород зависит от ряда факторов, но главным образом от нормального уплотняющего давления.главным образом от нормального уплотняющего давления. Для песчаных и вообще рыхлых несвязных пород этаДля песчаных и вообще рыхлых несвязных пород эта зависимость была установлена Кулоном в 1773 году изависимость была установлена Кулоном в 1773 году и имеет видимеет вид ττ == tgtgφφ×σ×σнн В общем виде, в данном уравнении может появитьсяВ общем виде, в данном уравнении может появиться параметр С, характеризующий начальное сопротивлениепараметр С, характеризующий начальное сопротивление сдвигу и обусловленное явлениями зацепления зёрен исдвигу и обусловленное явлениями зацепления зёрен и обломков друг за друобломков друг за друга, с затратой сдвигающих усилийга, с затратой сдвигающих усилий на опрокидывание, вращение и перемещение в зонена опрокидывание, вращение и перемещение в зоне сдвига (дилатансия):сдвига (дилатансия): ττ == tgtgφφ×σ×σнн + С+ С Это математическое выражение закона Кулона справедливоЭто математическое выражение закона Кулона справедливо и для глинистых пород, только здесь параметри для глинистых пород, только здесь параметр линейности С обусловлен всеми видами структурныхлинейности С обусловлен всеми видами структурных связей.связей. Если обе части приведённого уравнения разделить наЕсли обе части приведённого уравнения разделить на σσнн , а, а отношениеотношение ττ//σσнн обозначить черезобозначить через tgtgψψ,, тото tgtgψψ == ττ//σσнн == f +C/f +C/σσнн ,, гдегде tgtgψψ - коэффициент сдвига.- коэффициент сдвига. Для песчаных породДля песчаных пород tgtgψψ величина постоянная и равнаявеличина постоянная и равная коэффициенту внутреннего трения, для глинистыхкоэффициенту внутреннего трения, для глинистых породпород tgtgψψ величина переменная: с увеличениемвеличина переменная: с увеличением нормального уплотняющего давления он уменьшается.нормального уплотняющего давления он уменьшается. Существенное влияние на сопротивление сдвигу оказываетСущественное влияние на сопротивление сдвигу оказывает поровое давление, поэтомупоровое давление, поэтому для песчаных породдля песчаных пород ττ == f(f(σσнн – u),– u), для глинистых породдля глинистых пород ττ = С += С + f(f(σσнн – u),– u), С = 0 tgφ = tgψ tgφ = f(σн)+C С = tgφ×Рс Рс = С/ tgφ Рс – прочность структурных связей
  • 26. 26 Основные уравнения прочности песчано – глинистыхОсновные уравнения прочности песчано – глинистых породпород (по теории Кулона)(по теории Кулона) ττ == tgtgφφ×σ×σнн (для песчаных пород)(для песчаных пород) ττ == tgtgφφ×σ×σнн + С (для глинистых пород)+ С (для глинистых пород) tgtgψψ == ττ//σσнн == f +C/f +C/σσнн (обобщённый параметр – коэффициент(обобщённый параметр – коэффициент сдвига переменная величина для глинистыхсдвига переменная величина для глинистых пород и постоянная для песчаных)пород и постоянная для песчаных) ττ == f(f(σσнн –– u)u) (для песчаных пород с учётом порового давления(для песчаных пород с учётом порового давления ττ = С += С + f(f(σσнн –– u)u) (для глинистых пород с учётом порового давления)(для глинистых пород с учётом порового давления)
  • 27. 27 Показатели сопротивления сдвигу существенно зависят от режимаПоказатели сопротивления сдвигу существенно зависят от режима испытаний и прежде всего от способа подготовки, проведения и ииспытаний и прежде всего от способа подготовки, проведения и и условий дренирования породусловий дренирования пород Испытания по схеме быстрого сдвига без предварительного уплотнения, при уплотняющих нагрузках не превышающих структурной прочности пород, природного давления или веса сооружения. Испытания по схеме медленного сдвига в условиях свободного оттока воды (открытая система) и завершённой консолидации, при уплотняющих давлениях, соизмеримых с весом сооружения. Испытания в условиях невозможности оттока воды (закрытая система) с замером порового давления. Реализация уравнения ττ = С += С + f(f(σσнн –u)–u) Существуют специальные схемы испытаний пород в срезных приборах, моделирующие различное состояние пород и условия их взаимодействия с сооружениями (схема Н. Н. Маслова, схема А. А. Ничипоровича).
  • 28. 28 Механические свойства глинистых пород, как и большинстваМеханические свойства глинистых пород, как и большинства полускальных пород, зависят от изменения напряжённо-полускальных пород, зависят от изменения напряжённо- деформируемого состояния во времени.деформируемого состояния во времени. Это реологические свойства! - Способность медленно пластически деформироваться при неизменном напряжённом состоянии, часто при нагрузках, меньших , чем разрушающие (ползучесть). - Уменьшение (расслабление) напряжения, необходимого для поддержания постоянной деформации породы (релаксация). - Способность снижать прочность при увеличении времени воздействия нагрузки (длительная прочность). Реологические свойства определяются тем обстоятельством, что глинистые породы занимают промежуточное положение между жидко-или вязкотекучими и твёрдыми телами, что может быть наглядно представлено в виде различных моделей!
  • 29. 29 Механические свойства песчано- глинистых пород тесно связаны со всей историей их формирования и развития в земной коре, где они переходят из одной зоны в другую, постепенно утрачивая одни признаки и приобретая новые. Таким образом, показатели физико- механических свойств песчано-глинистых пород следует всегда рассматривать в тесной связи со степенью их литификации.
  • 30. 30 Инженерно-геологическая классификация глинистых породИнженерно-геологическая классификация глинистых пород (по В. Д. Ломтадзе, 1984)(по В. Д. Ломтадзе, 1984) СтепеньСтепень литификациилитификации W, %W, % ρρdd г/смг/см 33 n, %n, % tgtgψψ EE00,, МПаМПа ПримечаниеПримечание II ПредельноПредельно малаямалая > 75…80> 75…80 0.60.6……0.80.8 7575…80…80 < 0.2< 0.2 Доли МПаДоли МПа ТиксотропияТиксотропия IIII МалаяМалая До 75…80До 75…80 (0.6…0.8) –(0.6…0.8) – (1.35…1.4)(1.35…1.4) (40…45) –(40…45) – (75…80)(75…80) < 0.2< 0.2 ЕдиницыЕдиницы МПаМПа ПолзучестьПолзучесть IIIIII УмереннаяУмеренная (12…14) –(12…14) – (25…30)(25…30) 1.35…1.91.35…1.9 25…4525…45 0.2…0.40.2…0.4 10…2010…20 ПолзучестьПолзучесть ЗамедленнаяЗамедленная консолидацияконсолидация IVIV ВысокаяВысокая (3…4) –(3…4) – (12…15)(12…15) 1.9…2.51.9…2.5 (4…5) –(4…5) – (25…30)(25…30) > 0.4> 0.4 ДесяткиДесятки МПаМПа БольшойБольшой периодпериод релаксациирелаксации напряженийнапряжений
  • 31. 31 Основы инженерно-геологической характеристики иОсновы инженерно-геологической характеристики и оценки техногенных грунтов (см. лекция 3 «Инженерно-оценки техногенных грунтов (см. лекция 3 «Инженерно- геологическая классификация горных пород»,геологическая классификация горных пород», слайды 1 - 6)слайды 1 - 6) Проработать самостоятельно указанную тему иПроработать самостоятельно указанную тему и представить в виде реферата, используяпредставить в виде реферата, используя библиографические источники:библиографические источники: 1.1. А. Б. Фадеев. Инженерная геология и гидрогеология.А. Б. Фадеев. Инженерная геология и гидрогеология. Учебное пособие. СПб ГАСУ, СПб, 2004. Раздел 11.7,Учебное пособие. СПб ГАСУ, СПб, 2004. Раздел 11.7, с. 94.с. 94. 2.2. В. Д. Ломтадзе. Инженерная геология. ИнженернаяВ. Д. Ломтадзе. Инженерная геология. Инженерная петрология. Л: Недра, 1984, разделпетрология. Л: Недра, 1984, раздел IX-6,IX-6, с.469 – 472.с.469 – 472.
  • 32. 32 При изучении указанной темы следует учитывать следующиеПри изучении указанной темы следует учитывать следующие основные определения (ГОСТ 25100 – 97)основные определения (ГОСТ 25100 – 97)
  • 33. 33 Основы инженерно-геологической характеристики иОсновы инженерно-геологической характеристики и оценки мёрзлых пород (см. лекция 3 «Инженерно-оценки мёрзлых пород (см. лекция 3 «Инженерно- геологическая классификация горных пород»,геологическая классификация горных пород», слайды 1 - 6)слайды 1 - 6) Проработать самостоятельно указанную тему иПроработать самостоятельно указанную тему и представить в виде реферата, используяпредставить в виде реферата, используя библиографические источники:библиографические источники: 1.1. А. Б. Фадеев. Инженерная геология и гидрогеология.А. Б. Фадеев. Инженерная геология и гидрогеология. Учебное пособие. СПб ГАСУ, СПб, 2004. Раздел 15, с.Учебное пособие. СПб ГАСУ, СПб, 2004. Раздел 15, с. 115 - 120.115 - 120. 2.2. В. Д. Ломтадзе. Инженерная геология. ИнженернаяВ. Д. Ломтадзе. Инженерная геология. Инженерная петрология. Л: Недра, 1984, разделпетрология. Л: Недра, 1984, раздел IX-IX-55,, с.457 – 469.с.457 – 469.
  • 34. 34 При изучении указанной темы следует учитывать следующиеПри изучении указанной темы следует учитывать следующие основные определения (ГОСТ 25100 – 97)основные определения (ГОСТ 25100 – 97)