Splošna formula modula deformacije tal. Metode za določanje modulov deformacije tal s statičnimi in dinamičnimi metodami - geotehnika
V mehaniki tal se uporablja indikator, ki označuje razmerje med tlakom in celotno deformacijo (elastično in preostalo) - modul celotne deformacije E 0, v nasprotju z modulom normalne elastičnosti E nadzor, ki izraža razmerje med tlakom in elastično deformacijo. Normalni modul elastičnosti
kje S upr - elastična deformacija; h Je debelina deformabilne plasti.
Skupni deformacijski modul
,
kje S- popolna deformacija.
Modul splošne deformacije v primerjavi z modulom normalne elastičnosti ima naslednje razlike:
1. Zaradi nelinearnosti deformacij se ta vrednost celotnega deformacijskega modula izkaže za veljavno le pri majhnih intervalih variacije obremenitve.
2. Modul celotne deformacije označuje razmerje med tlakom in deformacijami le vzdolž obremenitvene veje; za razkladalno vejo se ne uporablja.
3. Modul deformacije je spremenljiva vrednost, ki se spreminja glede na čas obremenitve, stopnjo zbitosti tal, površino in obliko žiga ter globino žiga glede na površino tal.
Zadnja od teh značilnosti ni značilna le za modul skupne deformacije, temveč tudi za modul elastičnosti tal, ki označuje obnovo elastične deformacije tal, ko se zunanja obremenitev odstrani.
Očitno bo vrednost modula elastičnosti tal, ki označuje razmerje med tlakom in samo elastično komponento deformacij, vedno večja od modula skupne deformacije istega tal.
Celotni deformacijski modul je torej posplošena značilnost tal, ki odraža tako elastične kot plastične deformacije. V nasprotju z modulom normalne elastičnosti linearno deformabilnih teles se velikost modula skupne deformacije spreminja med delovanjem obremenitve na tla:
,
(3.4)
kje E O t- modul splošne deformacije tal v obdobju obremenitve t; S t- deformacija, ki se ima čas razviti v istem časovnem obdobju t.
Iz obravnavanih značilnosti deformacij tal postane očitna konvencionalnost uporabe teorije elastičnosti na tleh. Vendar kljub dejstvu, da je lastnost elastičnih teles, da ob odstranitvi obnovijo svojo obliko zunanji vpliv ni lastna tlem, se za določanje napetosti v masi tal in za oceno njene stabilnosti uporabljajo rešitve teorije elastičnosti.
Ker je specifični pritisk konstrukcij na tla razmeroma nizek, povprečna gostota tal na dnu konstrukcij z zadostno stopnjo natančnosti upošteva zakone linearno deformabilnih teles. Pri postavljanju konstrukcij nas vedno zanima višina posedanja in ne njena obnovitev po odstranitvi obremenitve, zato tudi delna nepovratnost deformacij tal ne more biti ovira za uporabo teorije elastičnosti za izračun temeljev v majhni intervali obremenitev.
Upoštevati je treba obvezne pogoje za uporabo teorije elastičnosti za izračun tal:
1. Uporaba modula skupne deformacije kot koeficienta sorazmernosti med obremenitvijo in deformacijo s povečanjem obremenitve v ozkem intervalu namesto modula normalne elastičnosti.
2. Upoštevanje napetostnega stanja tal po koncu razvoja deformacij zaradi zunanje obremenitve.
Zato bomo z uporabo teorije elastičnosti tla obravnavali kot linearno deformabilna telesa, katerih kompresijski proces zaradi delovanja zunanje obremenitve se je že končal.
Trenutno se uporablja v mehaniki tal različni modeli talno okolje za ocenjevanje napetostno-deformacijskega stanja jedra in določanje tlaka na dnu temeljev.
Eden od kritične značilnosti tla so modul celotne deformacije, ki se uporablja za izračun posedanja zgradb in objektov. Modul deformacije je mogoče določiti iz podatkov tlačnih preskusov, statičnega obremenitvenega testiranja štampiljke na terenu, s pomočjo presiometrov in iz podatkov fizikalnih lastnosti tal.
Določanje modula deformacije po podatkih tlačnih preskusov. Relativne navpične deformacije se določijo s formulo
.
(2.22)
Izenačimo desne strani teh enakosti in to upoštevamo
,
dobimo
.
(2.23)
Če označimo 
, potem
oz 
.
(2.24)
Opozoriti je treba, da se deformacijski modul, določen iz podatkov kompresijskih preskusov, pogosto bistveno razlikuje od dejanskega, saj odvzem tal iz globine za tlačne preskuse vodi do spremembe njenega napetostnega stanja.
Določanje modula deformacije po podatkih preskušanja tal s statično obremenitvijo v jami ali vrtini. Najbolj natančne vrednosti deformacijskega modula je mogoče dobiti iz podatkov testiranja žiga z velikostjo več kot 5000 cm 2 na terenu (slika 2.13).
Slika 2.13. Preskušanje tal s statično obremenitvijo v jami:
a - shema namestitve;
b - odvisnost posedanja od obremenitve;
2 - trdi žig;
Skupni deformacijski modul je določen s formulo
,
(2.25)
kje w- koeficient, vzet za okrogle toge znamke, enak 0,8; d- premer matrice; R- prirast obremenitve; S- povečanje razburjenja matrice, ko se tlak spremeni za P.
Formula (2.25) je uporabna v okviru linearne odvisnosti grafa “ugrez – obremenitev”.
Določitev skupnega deformacijskega modula na podlagi rezultatov testa s žigosanjem pilotov ob upoštevanju spremembe lastnosti tal zaradi zabijanja pilotov.
Za kupovno grmovje 
,
(2.26)
Za temelje trakovnih pilotov
,
(2.27)
kjer je 0 brezdimenzionalna vrednost v tabeli ob upoštevanju vzorcev prenosa obremenitve vzdolž bočne površine in v ravnini konice, koeficienta bočnega raztezanja tal 0, zmanjšane širine pilotskega temelja in zmanjšane globine meje jedra (povzeto iz tabel zgornje monografije).
Skupni deformacijski modul je mogoče določiti z drugimi metodami:
a) glede na podatke o testiranju tal v triosnih kompresijskih napravah (stabilometer):
,
(2.28)
kjer je 1 prirast aksialnega tlaka; z- prirast vertikalnih deformacij;
b) po podatkih presiometričnih testov. Gumijasti valj (slika 2.14), napolnjen s tekočino, se spusti v izvrtano vrtino. Ko se tlak v cilindru poveča, se poveča tudi njegov premer. Glede na P/d in ustrezne formule določajo splošni modul deformacije;
Slika 2.14. Preskušanje tal iz vrtine z uporabo presiometra:
1 - merilnik pritiska;
2 - gumijasti ovoj
c) v skladu s tabelami SNiP, odvisno od fizikalnih značilnosti tal (tabele I.1, I.3 Dodatka I).
Modul celotne deformacije je koeficient sorazmernosti med relativno deformacijo in navpičnim tlakom.
Celotni deformacijski modul se uporablja za izračun posedanja temeljev. Standardna metoda določitev kompresijskih lastnosti
Potrebna oprema:
Kompresijska naprava Komplet uteži.
Filtrirni papir
Oprema za določanje fizikalnih lastnosti tal
(slika 5.).
Priprava na test deformacijskega modula
1. Predhodno določimo fizikalne značilnosti tal.
2. Kompresijska naprava je nameščena v laboratoriju na togi podlagi, ki izključuje vibracije.
3. Določite premer in višino delovnega obroča na 0,01 mm natančno in ga stehtajte.
4. Vzorec tal za testiranje se izreže s tekalnim obročem brez tvorbe rež med tlemi in tekalnim obročem.
Pred izkušnjo obroč z zemljo
so stehtani.
Slika 5. Diagram kompresijske naprave števca kilometrov:
1 - indikator z delitvijo skale 0,01 mm za merjenje navpičnih deformacij vzorca tal; 2 - cilindrično držalo; 3 - delovni obroč notranji premer več kot 71 mm in višina več kot 20 mm; 4 - paleta s posodo za vodo in perforiranim vložkom za obroč; 5 - perforiran bat; 6 - mehanizem navpične obremenitve na vzorec tal
5. Vzorec zemlje v obroču je na obeh straneh prekrit z mokrimi filtri in nameščen v kompresijsko napravo.
6. Indikatorske roke postavite v začetni položaj.
Testni postopek
1. Preizkus je, da se vzorec zemlje v delovnem obroču stisne s postopno naraščajočim tlakom
20 korakov. Povečanje tlaka povzroči spremembo višine vzorca tal, ki jo indikator zabeleži in zabeleži v testni dnevnik.
Stopnje tlaka za preskušanje tal se vzamejo, kot sledi:
za 0,1 MPa za 0,2 MPa za 0,3 MPa
1- 0,01 MPa 1- 0,02 MPa 1- 0,03 MPa
2- 0,02 MPa 2- 0,04 MPa 2- 0,06 MPa
3- 0,03 MPa 3- 0,06 MPa 3- 0,09 MPa
4- 0,04 MPa 4- 0,08 MPa 4- 0,12 MPa
2. Po uporabi vsake stopnje tlaka je treba odčitke indikatorjev zabeležiti vsakih 0,25; 0,5; ena; 2; 5; 10; dvajset; trideset; 60 minut, nato še
1 uro med delovnim dnevom, nato pa na začetku in na koncu delovnega dne, dokler se ne doseže pogojna stabilizacija deformacij.
Merilo za pogojno stabilizacijo deformacij tal pri dani ravni tlaka je treba vzeti kot deformacijo, ki ne presega 0,01 mm za gline.
tla v 16 urah; za prašni in drobni pesek v 4 urah. Med preskusom je treba vsako stopnjo tlaka držati 5-10 minut.
3. Razkladanje vzorca tal se izvaja tudi v tlačnih korakih v obratnem vrstnem redu nakladanja.
4. Po zaključku preskusa se tla posušijo pri temperaturi 105 ± 2? С in določi se masa suhe zemlje. Vsi rezultati meritev in tehtanja se zabeležijo v testni dnevnik.
Obdelava rezultatov
1. Določite vrednost absolutne deformacije tal? Hi, mm, glede na razliko med končnim in začetnim odčitkom indikatorja za vsak tlak.
2. Določite vrednost relativne deformacije tal? i z natančnostjo do 0,001 pri ustreznih vrednostih tlaka, MPa, po formuli? ja =? zdravo/h. (trinajst)
3. Zgradite graf odvisnosti relativnih deformacij od navpičnega tlaka? = f (P).
4. Določite vrednost koeficienta poroznosti ei na vsaki tlačni stopnji pi po formuli ei = e0 -? i (1 + e0), (14)
kjer je e0 začetni koeficient poroznosti tal (1,1).
5. Zgradimo graf odvisnosti koeficienta poroznosti od tlaka e = f (p), t.j. kompresijska krivulja.
6. Določite koeficient stisljivosti m0, MPa-1, v vsakem intervalu tlaka po formuli m0i = (ei - ei + 1) / (pi + 1 - pi). (15)
7. Določite koeficient relativne stisljivosti mV, MPa -1, v vsakem tlaknem intervalu po formuli mVi = m 0i / (1 + ei), (16) kjer je ei vrednost koeficienta poroznosti pri tlaku pi.21
8. Določite modul celotne deformacije tal, MPa, v ustreznih intervalih tlaka po formuli Еi = (pi + 1 - pi) / (?? i + 1 -? I)? (17)
ali Еi =? / mVi, (18) kje? jaz in? i + 1 - vrednosti relativne kompresije, ki ustrezajo tlakoma pi in pi + 1; ? - sprejeta sprememba za meljasti in drobni pesek - 0,8; peščena ilovica - 0,7; ilovica - 0,5; glina - 0,4.
9. Rezultati izračuna so zabeleženi v tabeli. Na podlagi dobljenih rezultatov se sklepa o stopnji stisljivosti tal
(tabela z uporabo podatkov iz tabele 12.
Tabela 12
Rezultati preskusov stiskanja tal Navpični tlak p, MPa Čas od začetka uporabe stopnje tlaka t, min Deformacija vzorca? H1, mm
Relativna deformacija?
Koeficient poroznosti e
Faktor stisljivosti m0, MPa-1
Skupni deformacijski modul E0, MPa
Tabela 13
Stopnja stisljivosti tal
Stopnja stisljivosti tal mo, MPa-1 E0, MPa
Nestisljiva< 0.01 Eo >100
Nizka tlačna 0,01 - 0,05 Eo 30 - 1000
Povprečna stisljivost 0,05 - 0,1 Eo 15 - 30
Visoka stisljivost 0,1 - 1 Eo 5 -15
Zelo stisljiva> 1 Eo<5
Določanje togosti tal oziroma deformacijskih modulov je potrebno za reševanje enega od glavnih teoretičnih problemov inženiringa temeljev, to je napovedovanje posedanja temeljev. Metode izračuna poravnave so podane v SP 50-101-2004 "Projektiranje in gradnja temeljev in temeljev zgradb in objektov".
Priporočljivo je določiti modul deformacije z laboratorijskimi in terenskimi metodami testiranja tal. Metoda stiskanja in triaksialnega določanja deformacijskih modulov je podana v GOST 12248-96. Metoda za določanje deformacijskega modula na terenu je določena v GOST 20276-85 "Metode za terensko določanje značilnosti deformabilnosti". Podobne laboratorijske preskusne metode so opisane tudi v AASHTO TP -46, ASTM D 1195 in ASTM D 1196.
V danih GOST-ih je priporočljivo določiti deformacijski modul, ki upošteva tako elastično kot trajno deformacijo. Iz teh preskusov je mogoče ločiti popolnoma elastični modul deformacije le z uporabo razbremenitvene veje odvisnosti "napetost-deformacija".
Hkrati je mogoče modul elastičnosti izmeriti v laboratoriju z dinamičnim triosnim testiranjem ali resonančnim testiranjem vzorcev pri enoosnem stiskanju. Vendar je to povezano z izbiro vzorcev in ni vedno možno ali priročno za množično in potrebno hitro določanje.
Deformacije tal temeljev stavb in objektov se določijo s pomočjo elastičnih parametrov: deformacijski modul E; strižni modul G , prostorni modul K in Poissonovo razmerje. V večini primerov je osnova večplastna in moduli elastičnosti se lahko od plasti do sloja močno razlikujejo, praviloma naraščajo z globino.
Glavna elastična parametra sta deformacijski modul in Poissonovo razmerje. S pomočjo rešitev teorije elastičnosti določimo preostale module z izrazi, podanimi v tabeli. eno.
Tab. 1. Razmerje med deformacijskimi moduli
| Strižni modul, G | Modul elastičnosti, E | Modul M | Volumetrični modul, K | Konstantno hrom, | Poissonovo razmerje, | |
Modul deformacije se uporablja za določitev posedanja temeljev, na primer z uporabo izraza (5.14) SP 50-101-2004 pod delovanjem statičnih obremenitev zaradi teže zgradb ali objektov. Vrednosti modula deformacije kot funkcije globine lahko ocenimo iz empirične korelacije med rezultati laboratorijskih preiskav vzorcev tal nemotene strukture in rezultati terenskih preizkusov.
Laboratorijske metode
Modul deformacije ali kot se imenuje v kontinuumski mehaniki - Youngov modul je koeficient sorazmernosti razmerja "deformacija-napetost", ki ga je predlagal Hooke v obliki
(1)
pri katerem vsak enak prirast enoosne napetosti ustreza sorazmernemu povečanju deformacije.
Tabela 2 prikazuje laboratorijske metode za določanje modula deformacije.
Tab. 2. Moduli deformacije
| Vrsta testa | Opis | diagrami | ||
| Enoosna kompresija | Povečajte s konstantno. Pot nakladanja OA. Določanje modula deformacije, E |
|
||
| Hidrostatična (vsestranska) kompresija | Povečajte, prav tako. NST nakladalna pot. Določanje modula volumetrične deformacije, K |
|
||
| Preprost premik | Po hidrostatski obremenitvi ostane konstantna, vendar se drugi dve napetosti spremenita. Pot nalaganja SST. Določanje strižnega modula, G |
|
||
| Stiskanje - nova kompresija | Povečanje z nezmožnostjo bočne ekspanzije. Določanje kompresijskega modula deformacije, E d |
|
||
| Standardna triaksialna kompresija |
Po hidrostatski obremenitvi se do, poveča in
 pred uničenjem. Pot nalaganja STST.
Določanje tangencialnega modula deformacije, Е t pri stiskanju
|
|
||
| Standardna triosna ekspanzija | Po hidrostatski obremenitvi se do, poveča in. Pot nalaganja STET. Določanje strižnega modula deformacije, Е t med raztezanjem |
|
||
riž. 1. Trajektorije napetosti, realizirane v stabilometru
Hookeov zakon je bil najprej razvit za opis homogenih in izotropnih materialov z upoštevanjem elastičnega obnašanja kovin pri napetosti. Tla kažejo linearno elastično obnašanje do relativno majhnih obremenitev. Vendar tudi pri tem med razkladanjem v tleh pride do trajne deformacije. Zato pri obremenitvah do meje sorazmernosti za tla velja tudi linearna Hookeova odvisnost, pri velikih obremenitvah pa so deformacije v tleh nelinearno odvisne od napetosti. To je še posebej pomembno pri načrtovanju visokih stavb, ko je tlak na dnu temeljev lahko 600-800 kPa.
Preizkusi vzorcev tal v stabilometru omogočajo določanje tangencialnega deformacijskega modula, podobnega Youngovemu modulu. Podobnost deformacijskega modula Youngovemu modulu omogoča uporabo rešitev teorije elastičnosti pri izračunu posedanja temeljev.) in plastične številke PI kar je mogoče določiti s terenskimi in laboratorijskimi preiskavami. V zavihek. 3 prikazuje tipične vrednosti deformacijskega modula.
Tab. 3. Vrednosti deformacijskega modula
| Vrsta tal | Modul deformacije, E s, MPa |
| Zelo mehke gline | 0,5 - 5,0 |
| Mehke gline | 5,0-20,0 |
| Poltrde gline | 20,0-50,0 |
| Trde gline | 50,0-100,0 |
| Peščene gline | 25,0-200,0 |
| Ohlapni pesek | 10,0-20,0 |
| Gost pesek | 25,0-100,0 |
