Критический коэффициент пористости песков. Явление разжижения » Ремонт Строительство Интерьер

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Критический коэффициент пористости песков. Явление разжижения

04.07.2021

Так как в процессе сдвига плотные пески подвергаются разуплотнению, а рыхлые — уплотнению, то, очевидно, должна существовать некоторая промежуточная плотность, при которой деформация сдвига может происходить без какого-либо изменения объема песка. Коэффициент пористости, который соответствует этой промежуточной плотности, назван Артуром Казагранде критическим коэффициентом пористости.

Для определения критического коэффициента пористости песков опыты с прямым сдвигом образца малопригодны. Для этой цели песок испытывают при полном его водонасыщении в трехосном напряженном состоянии. Изменение объема образца песчаного грунта в период испытания измеряется путем регистрации колебания уровня воды в градуированной стеклянной бюретке, присоединенной к крану 2, который должен быть при этом открытым. Для того чтобы определить критический коэффициент пористости песка при заданной интенсивности меньшего главного напряжения σ3, требуется по меньшей мере три или четыре отдельных опыта в трехосном напряженном состоянии с использованием для них песка при различной его начальной плотности. Изменение объема, отвечающее, критической нагрузке в каждом испытании, как показано на рис. 7.25, откладывается на графике в зависимости от начального коэффициента пористости, при котором образец песка был помещен в прибор для испытания (необходимо провести по меньшей мере одно испытание при весьма плотном состоянии песка и другое — при весьма рыхлом состоянии). Затем через полученные таким образом точки проводится линия, показанная на графике. Ее пересечение с линией, представляющей собой ординату нулевых изменений объема, дает значение критического коэффициента пористости еcr.

Из рис. 7.25 следует, что увеличение обжимающего давления σ3 вызывает уменьшение наблюденного значения еcr. Это означает, что если песок, подвергшийся испытаниям, отображаемым этим графиком, имел начальный коэффициент пористости, положим, 0,8, то при обжимающем боковом давлении σ3 = 1 килофунт/фут2 (0,5 т/фут2) он будет стремиться разуплотняться в процессе сдвига, в то время как при более высоком значении обжимающего бокового давления σ3 = 6 килофунт/фут2 песок будет иметь тенденцию к уплотнению.

Отмеченные выше явления имеют очень большое практическое значение в связи с разжижением водонасыщенных рыхлых песков, которое иногда приводит к так называемому оплыванию откосов насыпей или земляных плотин.

Разжижение рыхлого песка в результате резкого толчка может быть продемонстрировано в лабораторных условиях с помощью прибора, используемого при демонстрации перехода песка в плывун. Металлический короб, показанный на рис. 7.26, наполняется песком. Кран С подключается к источнику воды и полностью открывается. Вода фильтрует через пористый камень а и толщу песка с последующим ее переливом через порог d. При этом достигается полное взрыхление песка. Затем кран С закрывают, отключают от источника воды и снова открывают, с тем чтобы обеспечить дренирование песка с достаточно малой скоростью и избежать тем самым уплотнения ранее достигнутой рыхлой структуры песка. Когда уровень воды упадет приблизительно на 1/4'' ниже поверхности 1—1 песка (что видно по показанию пьезометра 6), кран С закрывают и на поверхность песка осторожно прикладывают некоторый груз W. Затем толщу песка протыкают металлическим стержнем, чтобы ударить по низу короба и вызвать его сотрясение. При этом будут наблюдаться два явления. Поверхность песка понизится на величину s до уровня 2—2 и слегка опустится ниже уровня воды. Таким образом, становится очевидным, что сотрясение вызвало уплотнение всей массы водонасыщенного рыхлого песка. Вместе с тем груз W погрузится в толщу песка ниже уровня 2—2 и его осадка будет в несколько раз больше осадки «поверхности песка. Это показывает, что непосредственно после толчка вся масса песка на некоторое короткое время была разжижена. При таких условиях она не может обладать какой бы то ни было прочностью на сдвиг и не может оказать никакого сопротивления напряжениям сдвига, которые всегда вызываются в грунте под действием нагрузки, находящейся на его поверхности.

При этом условии достаточное уплотнение песка приобретает особенно важное значение во всех тех случаях, когда динамическое воздействие на песчаную массу, связанное, например, с сейсмическими колебаниями, сотрясением от взрывов или ударами свайного молота и т. п., могут мгновенно уменьшить или даже довести до нуля сопротивление песка сдвигу. Однако трудно установить точный числовой критерий по минимуму плотности песка, при котором обеспечивается требуемая надежность сооружений. В настоящее время можно только утверждать, что опасность разжижения полностью исключается при коэффициенте пористости песка в естественных условиях его залегания значительно ниже значения еcr. При плотности песка ниже критической внезапно вызванная деформация, связанная со сдвигом, может создать тенденцию к уменьшению объема песка, что поведет к образованию в нем на некоторое время избыточного порового давления u, в силу того что избыточная для нового состояния плотности песка вода не сможет мгновенно удалиться из всех пор насыщенной водой массы песка. При этом условии сопротивление массы песка сдвигу будет уменьшаться в соответствии с выражением (7.14), что при возросшем значении u (для насыщенных песков с=0) может повести к ее разжижению. Для того чтобы установить возможные предельные величины возникающего в массе песка избыточного порового давления и и его значимости в степени устойчивости песка, необходимы полномасштабные полевые исследования с воспроизведением ударных волн, интенсивность которых соответствует значениям, возможным в действительности.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: