Теория фильтрационной консолидации
Схема совместной работы воды и грунтового скелета
XI. ПРОГНОЗ ОСАДОК ВО ВРЕМЕНИ
В грунтовой массе скелет грунта испытывает два вида давления:
1) Давление, передаваемое от одной частицы грунтового скелета к другой. Давление передается от вышележащих масс к нижележащим и является причиной уплотнения грунта (эффективное давление).
2) Давление грунтовой воды на грунтовый скелет (гидростатическое или нейтральное давление).
Процесс сжатия грунтовой массы под влиянием внешней нагрузки можно проследить на механической модели, предложенной Герсевановым. Вода находящаяся в сосуде изображает грунтовую воду, пружина – скелет грунта, отверстия в поршне – капилляры грунта. Если на поршень приложить внешнюю нагрузку, то в первый момент нагрузка воспримется полностью водой, т.к. для того, чтобы пружина могла сжаться и воспринимать некоторое давление, вода должна вытечь из сосуда. Чем меньше отверстия в поршне, тем сжатие пружины произойдет медленнее. Со временем пружина полностью воспримет внешнюю нагрузку, что будет соответствовать состоянию равновесия в грунтовой массе.
Опыт строительства сооружений на глинистых грунтах показывает, что осадка сооружения происходит не мгновенно, а развивается длительное время (десятки и сотни лет).
Замедление во времени деформаций водонасыщенных глинистых грунтов связано с процессом фильтрационной консолидации, т.е. уплотнения грунта за счёт отжатия воды из его пор. Чем выше водопроницаемость грунта, тем быстрее отжимается вода из его пор, и тем быстрее протекает осадка основания.
В процессе отжатия воды давление в воде uw снижается, а в скелете σz увеличивается, что приводит к нарастанию осадки, и согласно теории фильтрационной консолидации осадка основания должна прекратиться при условии uw = 0. Однако, как показали эксперименты, при действии u осадка продолжается за счёт ползучести скелета грунта (вторичная консолидация).
Одномерная задача фильтрационной консолидации водонасыщенного грунта при действии сплошной нагрузки
Решение данной задачи основано на следующих допущениях:
1) Рассматривается полностью водонасыщенный грунт (грунтовая масса) со свободной несжимаемой водой в порах грунта.
2) уплотнение грунта может происходить только за счёт выдавливания воды, т.е. уменьшения пористости грунта;
3) скелет грунта линейно и мгновенно деформируется (не учитывается ползучесть), в качестве уравнения связи между напряжениями и деформациями используется линейная компрессионная зависимость
;
4) грунт не обладает структурной прочностью;
5) к поверхности грунта прикладывается сплошная равномерно распределённая нагрузка;
6) изменчивостью водопроницаемости в процессе уплотнения грунта пренебрегаем, фильтрация воды в порах грунта подчиняется закону Дарси
,
v – скорость фильтрации воды в грунтах;
Kf – коэффициент фильтрации;
Н –гидравлический напор;
z – вертикальная координатная ось.
Знак «-» объясняется тем, что направление фильтрации противоположно направлению координатной оси z.
Уравнение одномерной фильтрационной консолидации грунта
;
- коэффициент консолидации.
