Назначение и формула расчета коэффициента сжимаемости грунта

Грунт под влиянием внешних сил и собственного веса может деформироваться, уменьшится в объеме. Происходит его уплотнение. Это свойство получило название «сжимаемость». Показатель учитывается при строительстве. Для определения пригодности участка к застройке проводят бурения пробных скважин, исследования отобранных пород в лабораторных условиях.

Показатели сжимаемости грунта

Характеристики почвы на деформацию определяются двумя методами:

1. В жестких, не поддающихся растяжению, компрессионных устройствах. В них полностью исключается боковое расширение.
2. В условиях возможного бокового расширения.

К показателям деформирования породы относят:

• коэффициент сжимаемости;
• относительной сжимаемости;
• модуль деформации;
• структурную прочность.

Коэффициент сжимаемости

Первый показатель, изменение рыхлости породы под давлением, крайне важен. Он определяет зависимость конечного деформирования почвенной смеси от давления и дает возможность установить формат осадка основания строения.

Коэффициент относительной сжимаемости

Это параметр деформации относительно единицы давления. При определении этого показателя учитывают: усадку образца под разным нажимом от 0 до p1, начальную высоту исследуемого материала в мм и уровень пористости.

Коэффициент сжимаемости, m0, связан с модулем поперечной деформации E0 (упругости). Степень поперечного расширения для разных песков, супесей, суглинков, глин, отличается.

Выделяют три категории грунта:

1. сильно сжимаемый – m₀ > 0,5 (МПа)^-1
2. средне сжимаемый – 0,1>m₀ > 0,5 (МПа)^-1
3. мало сжимаемый – m₀ < 0,5 (МПа)^-1

Модуль упругости

Эта величина переменная. Она меняется: от степени сдавливания, времени воздействия, плотности породы, площади штампа. Чтобы спрогнозировать поведение почвенного слоя в условиях сдавливания, необходимо знать эти показатели.

Структурная прочность

Степень уплотнения зависит от структуры почвы, рыхлости, наличия кристаллизационных связей. Структурная прочность – это параметр напряженности, при котором происходит разрушение связей. Небольшие нагрузки вызывают легкую деформацию, при этом коэффициент пористости практически остается неизменным. При усилении нагрузок и достижении структурной прочности происходит перекомпоновка частиц, уплотнение и уменьшение пористости.

Формула расчета коэффициента сжимаемости

По итогам тестов составляется график компрессионной кривой. Параметр сжимаемости рассчитывается по формуле:

Чтобы его вычислить, необходимо определить соответствующий интервал давлений.

• Р₁ – напряжение от собственного веса грунта
• Р – дополнительное давление от внешней нагрузки
• Р₂ – полное напряжение (Р₂ = Р₁ + Р)
• е_1, е₂ – коэффициенты пористости

Окончательно:

Согласно СНиП, полученный результат:

• меньше 0,005 – грунт, мало подающийся сжиманию;
• равен 0,005 – средне сжимаемый;
• свыше 0,05 – сильно деформируемый.

Приборы для определения сжимаемости

Устройство состоит из: корпуса, компрессионного кольца, штампов и индикаторов. При каждой степени нагрузки считывают показатели.

По результатам бокового давления, объему выделенной жидкости в водонасыщенных почвах определяют: коэффициент уплотнения, модуль деформации, структурную прочность.

Второй прибор, определяющий степень деформации, – стабилометр. Устройство представляет собой цилиндрическую камеру. Различают стабилометры с вертикальной или горизонтальной нагрузкой.

Минус лабораторных исследований в том, что нарастание давления в приборах происходит быстрее, чем в естественной среде. Это дает несколько завышенные показатели.

Факторы, влияющие на показатель сжимаемости

На способность почвы изменяться в объеме влияют следующие факторы:

• состав почвенных смесей, песчаная почва отличается малой сжимаемостью, глина с элементами натрия более сжимаема, чем с элементами кальция;
• скорость нагрузки;
• увеличение давления.

Последние два фактора способствуют большему уплотнению пород.