Закон ламинарной фильтрации.

Движение подземных вод по порам и трещинам наз. фильтрацией. Просачивание осадков сверху - инфильтрацией. Потоки под землей подчиняются 2 законам: 1) если вода движется параллельными струйками (ламинарное движение), подчиняется Закону Дарси; 2) если имеются группы пустот, то движение воды будет хаотичным (турбулентное движение). Движения воды могут быть установившимися и неустановившимися. Закон Дарси: кол-во фильтрующейся воды в ед. времени пропорционально коэф-ту фильтрации, характеризующего фильтрационные свойства породы, площади поперечного сечения, разности напоров и длине пути фильтрации.

;

где Q-расход воды; F-площадь сечения; l-длина пути; K-коэффициент фильтрации; I-напорный градиент, V-скорость потока.

На значение коэф. фильтрации влияют вязкость и плотность воды, минеральный состав грунтов, степень засоленности. Вязкость воды, в свою очередь, зависит от температуры, поэтому нередко вводится поправочныйкоэф. (0,7÷0,03) для приведения водопроницаемости к единой t=10ºC.

Сжимаемость грунтов

Учитывая, что зависимость между напряжениями и деформациями пропорционально, согласно закону Гука, рассмотрим решение теории упругости применительно к грунтам.

Образец грунта под подошвой фундамента испытывает трехосное сжатие. Зависимость напряжения от деформацией характеризуется системой уравнений, т.к напряжение по оси х,у,z в пределах активной зоны переменной, то прямое выражение для расчета осадки получить трудно. В настоящий момент с развитием компьютерных технологий применяется моделирование напряженного деформированного состояния грунтового основания, но в теории механики грунтов этот подход не используется, т.к. является сложным. При компрессионном сжатии модуль деформации образца грунта: Ez=S/h Компрессионное сжатие-сжатие без возможности бокового расширения. При решении системы уравнений 3остного напряженного состояния для случая компрессионного сжатия получим простую зависимость осадки от нагрузки, которое широко используется в механике грунтов: S=Phβ/E (Е -модуль деформации грунта основания, Р - напряжение (давление), h - мощность сжимаемой толщи, β - безразмерный коэффициент)

Приборы компрессионного сжатия – одометры, для которых основной частью является кольцо Терцаги.

Диаметр кольца Терцаги 71мм или 87мм для стандартных испытаний, по площади = 40 см² или 60см² соответственно, высота кольца 35мм.

Образец грунта нагружают ступенчато по 5-10% от общей нагрузки(σ_mt). Каждая ступень нагрузки выдерживается во времени до наступления условной стабилизации осадки. Только после этого прикладываются следующие ступени нагрузки. За условную стабилизацию осадки принимают приращение осадки не больше 0,01мм за последние 30 минут наблюдения для песков и 12 часов для пылевато-глинистых грунтов.

В классической механике грунтов компрессионная кривая выражает зависимость коэффициента пористости от нагрузки. Компрессионная кривая характеризует процесс сжатия грунта с увеличением нагрузки. Значение коэффициента пористости при увеличении нагрузки: e_i=e₀-S_i(1+e₀)/h_i (e₀ - начальное значение коэффициента пористости; e_i - каждое последующее значение при соответствующей ступени нагрузке; S_i - осадка грунта; h_i - высота образца грунта).

Для количественной оценки сжимаемости используют 2 показателя: коэффициент сжимаемости и модуль деформации грунта.

Коэффициент сжимаемости: cc=tgα=e1-e2/P2-P1 (P1-давление в грунте от собственного веса(природное напряжение);P2-напряжение под подошвой фундамента) В зависимости от коэффициента сжимаемости грунты различают: слабо сжимаемые(сс<0,0005), средней сжимаемости,(0,005-0,0005), сильно сжимаемые(>0,005). В расчетах чаще используют модуль деформации: Eocd=(1+e0)β/cc (Eocd -компрессионный модуль деформации; e0 -коэффициент пористости грунта в природных условиях; β -безразмерный коэффициент, принимаемый в зависимости от вида грунта) Модуль деформации грунта обычно составляет от 1-100МПа (Е< 5МПа-слабое основание, Е>10МПа-хорошее основание).