Чему равен угол внутреннего трения и удельный сцепления грунта для грунта известняка
Приветствую Вас! Возник вопрос, при расчете фундамента в проге BASE. надо вписать угол внутреннего трения и удельный сцепления грунта для грунта известняка — ракушечника М 25, но согласно геологии тама нету этих значении (угол внутреннего трения и удельный сцепления грунта) какое значение надо брать для ракушечника.
Просмотров: 53766
Регистрация: 23.09.2007
Сообщений: 4,370
Тама и не должно их быть,тк это показатели для несвязных грунтов
Регистрация: 26.07.2011
Сообщений: 294
известняк — это скальный грунт. основным показателем для него является прочность на сжатие Rc.
Сообщений: n/a
Сообщение от igr
Тама и не должно их быть,тк это показатели для несвязных грунтов
Маленькая поправочка: для дисперсных, как связных, так и не связных. Правда, для песчаных грунтов сцепление «стремится к нулю».
Регистрация: 23.09.2007
Сообщений: 4,370
Согласен, но известняк это не дисперсный, а какая то то сцементированная порода.Там всяеие ракушки
Регистрация: 20.11.2007
Ростов-на-Дону
Сообщений: 539
Вот кое-что из архивов
| metodicheskie_rekomendatsii_po_sboru_inzhenerno-geologicheskoi_informatsii.pdf (332.7 Кб, 7602 просмотров) |
Оснащение проходки горных выработок, ПОС, нормоконтроль, КР, АР
Регистрация: 30.01.2008
Сообщений: 18,648
Говорят Париж на известняке построен. Поспрашивайте французов.
Кроме того для решения в МКЭ потребуется скорее всего ещё модуль деформации.
Для аналитических решений не знаю. Может и только Rсжатия.
__________________
«Безвыходных ситуаций не бывает» барон Мюнхаузен
Регистрация: 14.11.2007
Сообщений: 1,052
Часть ответов найдете в Табл. 4 СНиП 2.02.02–85
Сообщений: n/a
Сообщение от di12
Часть ответов найдете в Табл. 4 СНиП 2.02.02–85
Вот вы даёте, я вам поражаюсь.
Никогда не поверю, что при изысканиях, согласно нормативам, определять угол внутреннего трения и сцепление для скальных грунтов не требуется, а вот при проектировании — без них никуда. Ведь и изыскания и проектирование — все в одной нормативной и методической системе!
Нет же, вы ищите какие-то «костыли», уловки, коэффициенты и формулы перевода. Неужели нельзя рассчитать фундамент на скальном основании без этого, пользуясь только данными инженерно-геологических изысканий?
Регистрация: 29.06.2006
Одесса,Украина
Сообщений: 283
AlphaGeo если вы подскажете как рассчитать) мы будем благодарны. Насколько он скальный — эт вопрос еще тот. по известняку вечно больная голова..никто ничего толком не может сказать..все тока теоретически. Е, фи и це(с) и какова величина коэффициента трения по боковой поверхности сваи в ракушке. вечно вопросы на которые нет ответов. Модуль деформации может быть в огромном диапазоне, если он замочен то совершенно другие числа, дальше возникают вопросы блоки известняка на склонах могут быть на глубине в различном пространственном расположении (то есть блок ракушечника может быть повернут так что нагрузка может быть приложена вдоль и поперек напластования материала ракушки). кого не спрашиваешь никто ниче толком не может сказать. а формула есть формула. положено фи и це ставить. надо откуда то брать данные.
__________________
саша
Сообщений: n/a
Сообщение от sasa.od
AlphaGeo если вы подскажете как рассчитать) мы будем благодарны.
Нет уж, это дело не моё. Но всё высказанное ранее по этому поводу — точка зрения здравого смысла.
Сообщение от sasa.od
Насколько он скальный — эт вопрос еще тот.
Ответ на этот вопрос в отчете об изысканиях и таблице Б.1 ГОСТа 25100-95.
Сообщение от sasa.od
по известняку вечно больная голова..никто ничего толком не может сказать..все тока теоретически. Е, фи и це(с) и какова величина коэффициента трения по боковой поверхности сваи в ракушке. вечно вопросы на которые нет ответов.
Так а может, это не те вопросы? Может и не нужно искать на них ответ?
Известняк, кстати, не обязательно является ракушечником. Он может быть и хемогенным, представлять из себя массив сросшихся кристаллов кальцита (с примесью иных, разумеется).
Сообщение от sasa.od
Модуль деформации может быть в огромном диапазоне, если он замочен то совершенно другие числа
Модуль тоже при изысканиях не определяют. Но то что, он изменяется при замачивании (как и величина сопротивления одноосному сжатию), так это нормально. Скальные грунты как раз и классифицируются по Rc в водонасыщенном состоянии. Вот на водонасыщенное состояние и нужно считать основание.
А разве для дисперсных грунтов вы берете значения «це» и «фи» не для состояния полного водонасыщения?
Сообщение от sasa.od
дальше возникают вопросы блоки известняка на склонах могут быть на глубине в различном пространственном расположении (то есть блок ракушечника может быть повернут так что нагрузка может быть приложена вдоль и поперек напластования материала ракушки). кого не спрашиваешь никто ниче толком не может сказать. а формула есть формула. положено фи и це ставить. надо откуда то брать данные.
Ну дык.
Вообще, если трещиноватость грунтов явно наблюдается и носит систематических характер, это должно отражаться в отчете об ИГИ. Описывается, что-куда падает и простирается, каких размеров и с какой интенсивностью.
Регистрация: 29.06.2006
Одесса,Украина
Сообщений: 283
AlphaGeo насколько я помню у меня в городе он полускальный) так подскажите как для него определить фи и це))) а полное водонасыщение))ха. тут же временной фактор. иногда берешь его в руку и в чуть ли не в мокрую жижу руками растираешь..
Ведь и изыскания и проектирование — все в одной нормативной и методической системе. эт ошибочное мнение)))
__________________
саша
Сообщений: n/a
Сообщение от sasa.od
AlphaGeo насколько я помню у меня в городе он полускальный)
ИМХО, тоже неплохой вариант. Лучше каких-нибудь сапропелей в пойме речек или лёссов на водоразделах под сооружениями с текущими коммуникациями или мокрыми технологическими процессами. (крамольные вещи пишу, для геолога не должно быть плохих или хороших грунтов)
Сообщение от sasa.od
так подскажите как для него определить фи и це)))
Не могу, религия методика изысканий не позволяет.
Сообщение от sasa.od
а полное водонасыщение))ха. тут же временной фактор. иногда берешь его в руку и в чуть ли не в мокрую жижу руками растираешь..
Если грунт действительно теряет большую часть кристаллических связей между минералами при водонасыщении, то геологи должны задуматься над тем, не переквалифицировать ли его в элювиальный дисперсный грунт со всем вытекающими. Такое часто бывает, что в верхней части скального массива грунты выветрены до состояния «нестояния».
Однако, по поводу замечания на счёт рассыпающегося в руках водонасыщенного грунта. Не следует рассматривать кусок скального грунта, оказавшегося у Вас в руках, аналогично всему массиву. Очень часто бывает, что скальный массив обладает достаточной пористостью за счёт трещиноватости и является водонасыщенным. Отобранные из скважин образцы грунта испытывают в лаборатории в воздушно-сухом состоянии (иногда в состоянии естественной влажности) и в замоченном состоянии. Так вот, при замачивании образцов из водонасыщенного массива они могут разрушиться. Но при этом массив-то на месте, не разваливается на куски и порой служит хорошим основанием для уже существующих сооружений.
Сообщение от sasa.od
Ведь и изыскания и проектирование — все в одной нормативной и методической системе. эт ошибочное мнение)))
Тады ой, и я совершенно не понимаю необходимости проводить изыскания для проектирования. Может отменим это всё?!
Угол внутреннего трения скального грунта
Угол внутреннего трения характеризует трение между частицами грунта и в большей степени зависит от величины вертикального давления на грунт. Значение его для разных грунтов колеблется от 15 до 43°. Угол внутреннего трения и сцепление С вместе составляют сопротивление грунтов сдвигу.
По ее величине назначается безопасная крутизна откосов выемок и насыпей. Сопротивление грунта внешним сдвигающим силам определяется по закону Кулона:
Р — нормальная сжимающая нагрузка;
Словарь специальных терминов
Угол внутреннего трения φ° характеризует трение между частицами грунта и в большей степени зависит от величины вертикального давления на грунт. Значение его для разных грунтов колеблется от 15 до 43°. Угол внутреннего трения φ°и сцепление С вместе составляют сопротивление τ грунтов сдвигу. По ее величине назначается безопасная крутизна откосов выемок и насыпей. Сопротивление грунта внешним сдвигающим силам определяется по закону Кулона:
τ = Ptg φ + C
где Р – нормальная сжимающая нагрузка;
tg φ – коэффициент трения.
Заложение откосов (З. о.) — обеспечение устойчивости земляных сооружений (насыпей, выемок). Крутизна откосов характеризуется отношением высоты земляного сооружения к заложению, т.е. коэфф. откоса. Крутизна откоса сооружения зависит от угла естественного откоса грунта, при котором он находится в состоянии предравновесия. На угол естественного откоса влияет угол внутр. трения, сцепления и давления вышележащего слоя грунта. При отсутствии сцепления пред. угол естественного откоса равен углу внутр. трения. В фунтах, имеющих сцепление, угол естественного откоса изменяется от максимальной величины в верхней части выемки или насыпи до минимальной — в нижней, приближаясь к углу внутр. трения. В связи с этим З.о. высоких насыпей, выемок осуществляется с перем. крутизной, с более пологим очертанием внизу. Откосы насыпей постоянных земляных сооружений делают более пологими, чем откосы выемок. Более крутые откосы допускаются при устройстве врем, котлованов и траншей. Напр., при суглинистых грунтах и глубине выемок до 3 м в постоянных сооружениях крутизна З.о. принимается 1:1,25; в постоянных насыпях — 1:1,5; в котлованах и траншеях—1:0,67.
Научное обоснование физической, механической и математической сущности угла внутреннего трения грунта Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»
МЕХАНИКА / УГОЛ / СУЩНОСТЬ / ТРЕНИЕ / СТЕПЕНЬ / ФУНКЦИЯ / ИНФОРМАЦИЯ / РАВНОВЕСИЕ / СВЯЗНОСТЬ / СЦЕПЛЕНИЕ / ЗАЦЕПЛЯЕМОСТЬ / ПЛОЩАДКА / СКОЛЬЖЕНИЕ / СИЛА / ГРУНТ / ГЛИНА / СУГЛИНОК / СУПЕСЬ / ПЕСОК / НАПРЯЖЕНИЕ / MECHANICS / ANGLE / NATURE / FRICTION / DEGREE / FUNCTION / INFORMATION / BALANCE / COHESION / ADHESIVE BOND / SITE / SLIP / POWER / SOIL / CLAY / LOAM / LOAMY SAND / SAND / STRESS
Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Борозенец Леонид Михайлович
Приведены результаты ретроспективных исследований физической сущности угла внутреннего трения грунта . Определена триединая сущность угла внутреннего трения грунта : физическая, механическая и математическая. Анализом исходных данных нормативных прочностных характеристик различных видов грунтов и их теоретическим исследованием выявлены факторы, представляющие физическую сущность угла внутреннего трения грунта φ; открыты новые разновидности классификации пылевато-глинистых грунтов : суглинопесь и супылепесь; впервые обнаружены значения показателей степени функции тангенса угла внутреннего трения грунта , определяющих значения сил сопротивления зацепляемости при сдвиге суглинопесей, супесей, супылепесей и песков. С использованием моделей наклонно-плоскостных механизмов определены факторы механической сущности угла внутреннего трения грунта . Математическая сущность угла внутреннего трения грунта представляется тем, что он определяется обратной степенной функцией тангенса с аргументом отношения предельного касательного напряжения сдвига грунта к постоянному нормальному напряжению его сжатия при сдвиге. Сделаны выводы по содержанию результатов исследования.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Похожие темы научных работ по строительству и архитектуре , автор научной работы — Борозенец Леонид Михайлович
Теория напряжения нелинейного упругопластическивязкого взаимодействия нагружаемой одиночной сваи с грунтами основания
Взаимосвязь между прочностными характеристиками слагающего грунта и геометрией однородного ненагруженного откоса в предельном состоянии
Геоэкологическая оценка формирования прочности песчаных грунтов (в аспекте физико-химической теории эффективных напряжений)
Экспериментальные исследования прочностных характеристик золошлаковой смеси
Изучение особенностей развития пластических деформаций в грунтах
i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
SCIENTIFIC BASIS OF PHYSICAL, MECHANICAL AND MATHEMATICAL NATURE OF SOIL INTERNAL FRICTION ANGLE
The results of retrospective studies of the physical nature of soil internal friction angle are given in the paper. The triune nature of the soil internal friction angle is determined: physical, mechanical and mathematical. With the help of the analysis of the initial data of normative strength characteristics of different types of soils and their theoretical study, the factors representing the physical nature of the soil internal friction angle φ are identified; new types of classification of silty-clayed soils are discovered: loamy clayed sand and loamy dusty sand ; the values of the degree of tangent function of the soil internal friction angle , determining the values of resistance power of adhesive bond in the shear of loamy clayed sand , loamy sand , loamy dusty sand and sand are discovered for the first time. Using the models of inclined plane mechanisms, the factors of mechanical nature of the soil internal friction angle are defined. Mathematical nature of the soil internal friction angle is represented by the fact that it is determined by the reverse tangent power function with the ratio argument of critical shear stress of soil to a constant normal stress of its compression in shear. The conclusions on the study results are made.
Текст научной работы на тему «Научное обоснование физической, механической и математической сущности угла внутреннего трения грунта»
НАУЧНОЕ ОБОСНОВАНИЕ ФИЗИЧЕСКОЙ, МЕХАНИЧЕСКОЙ И МАТЕМАТИЧЕСКОЙ СУЩНОСТИ УГЛА ВНУТРЕННЕГО ТРЕНИЯ ГРУНТА
Тольяттинский государственный университет, г. Тольятти
Приведены результаты ретроспективных исследований физической сущности угла внутреннего трения грунта. Определена триединая сущность угла внутреннего трения грунта: физическая, механическая и математическая. Анализом исходных данных нормативных прочностных характеристик различных видов грунтов и их теоретическим исследованием выявлены факторы, представляющие физическую сущность угла внутреннего трения грунта ф; открыты новые разновидности классификации пылевато-глинистых грунтов: суглинопесь и супылепесь; впервые обнаружены значения показателей степени функции тангенса угла внутреннего трения грунта, определяющих значения сил сопротивления зацепляемости при сдвиге суглинопесей, супесей, супылепесей и песков. С использованием моделей наклонно-плоскостных механизмов определены факторы механической сущности угла внутреннего трения грунта. Математическая сущность угла внутреннего трения грунта представляется тем, что он определяется обратной степенной функцией тангенса с аргументом отношения предельного касательного напряжения сдвига грунта к постоянному нормальному напряжению его сжатия при сдвиге. Сделаны выводы по содержанию результатов исследования.
Ключевые слова: механика, угол, сущность, трение, степень, функция, информация, равновесие, связность, сцепление, зацепляемость, площадка, скольжение, сила, грунт, глина, суглинок, супесь, песок, напряжение.
1. Результаты ретроспективных исследований физической сущности угла внутреннего трения грунта
Механика грунтов изучает напряжение и деформацию в грунтах при приложении к ним силовых воздействий. Модели механики грунтов базируются на теоретических положениях физики. Каждому методу принадлежит соответствующая механическая модель. Механические модели описываются с помощью математики. Показатели механических характеристик грунтов в математических уравнениях имеют определяющее значение для разработки объективных методов расчета. Поэтому исследование сдвиговых прочностных характеристика грунта является важнейшей проблемой.
Известные прочностные параметры ф — угол внутреннего трения и с — удельное сцепление грунта применяются с 1773 года, со времени введения этих характеристик французским ученым Ш. Кулоном. Несмотря на то, что проблемой раскрытия физической сущности занимались как сам Кулон, так и его многочисленные последователи, она до сих пор остается нерешенной. Наибольшее распространение в мировой практике имеет метод определения сдвиговых прочностных характеристик Кулона — Терцаги, называемый методом кон-солидированно-дренированных испытаний. Параметры ф и с зависимости предельных касательных напряжений от постоянных нормальных в этом случае определяются из графического построения и называются авторами «кажущимися» углом трения и сцеплением. Как отмечают многие исследо-
ватели по данным В.Д. Казарновского [1] в кажущиеся показатели ф и с нельзя вкладывать физический смысл угла внутреннего трения и сцепления. Другой метод консолидированно-недренированных испытаний используется для определения «истинных» угла трения и сцепления. Идея заключается в том, чтобы приблизить характеристики ф и с к параметрам, которым можно придать физический смысл.
Построения по методам М. Хворслева [2] и К. Терцаги [3] для определения угла внутреннего трения по мнению И. Одэ [4] имеют чисто геометрическую природу и не несут его физической сущности.
По мнению В.Д. Казарновского, параметру ф нельзя придать определенного смысла с точки зрения положений теории трения. По результатам исследования Н.Н. Маслов [5] считает, что угол ф следует называть «углом трения и связности». По заключению Е.М. Сергеева [6], угол внутреннего трения с шероховатыми поверхностями скальных грунтов включает две компоненты, а несвязанных грунтов — три составляющие. Кроме рассмотренных мнений, определением физической сущности угла внутреннего трения занимались и многие другие известные исследователи.
Результаты заключения получились весьма противоречивыми: с одной стороны, утверждение в отсутствии физического смысла в сдвиговых прочностных характеристиках грунта; с другой стороны — его наличие. В связи с этим установление истины является одной из главных целей данной научно-исследовательской работы.
2. Физическая сущность угла внутреннего трения грунта
В практике для определения касательных напряжений сопротивления песчаных грунтов сдвигу используется равенство Кулона
где а — постоянное нормальное напряжение сжатия исследуемого образца грунта, ф — угол внутреннего трения грунта.
Для пылевато-глинистых грунтов для этой цели применяется равенство Кулона — Навье
т = а tg ф + с , (2)
где с — удельное сцепление грунта.
В равенствах (1) и (2) функция тангенса имеет первую степень для всех видов грунтов. Расчетными исследованиями, базирующимися на экспериментальных данных, автором получено равенство для определения значений коэффици-
ентов внутреннего трения грунта по значениям их углов [7].
где п — показатель степени функции тангенса, изменяющейся от единицы до двух, в зависимости от вида грунта, г = 1.. .5 — номер состояния предельного равновесия грунта.
С целью определения значений показателей степени п на рис. 1 выполняется построение графика зависимости его значений от удельного сцепления с и угла внутреннего трения ф. При построении графика используются максимальные значение ф и с, и значения е, взятые из нормативного источника [8], см. табл. 1.
Показатели степени п коэффициентов внутреннего трения грунта определены графоаналитическим методом для единичных значений с от 29 до 2 кПа.
Рис. 1. Графики зависимости показателя степени п коэффициентов внутреннего трения грунта от удельного сцепления с и угла внутреннего трения ф по классификации грунтов: а — традиционной, б — новационной, 1 — суглинопеси, 2 — супылепеси
Нормативные значения удельного сцепления с и угла внутреннего трения грунта ф
Вид грунта Значения max min Показатель консистенции JL Коэффициент пористости е Удельное сцепление с, кПа Угол внутр. трения ф, град
Пески пылеватые max min — 0,45 0,75 8 2 36 26
Пески мелкие max min — 0,45 0,75 6 0 38 28
Пески средней max — 0,45 3 40
крупности min — 0,65 1 35
Гравелистые max — 0,45 2 43
и крупные пески min — 0,65 0 38
Участок графика а-в является линейным и определяет показатель степени для глин и суглинков п = 1: при с равном от 81 кПа до 29 кПа для глин и для суглинков на части участка б-в при с равном от 47 кПа до 29 кПа; для участка в-е суглинков показатель степени п изменяется от 1,0 до 1,38 при с равным от 29 до 12 кПа; для участка г-д супесей при с равном от 21 до 9 кПа показатель степени п изменяется от 1,133 до 1,497; на участке к-н для пылеватых песков при с равном от 8 до 2 кПа показатель степени п изменяется от 1,534 до 2,0; для мелких песков при с равном от 5 до 2 кПа показатель степени п изменяется от 1,680 до 2,0; для песков средней крупности при с равном от 3 до 2 кПа показатель степени изменяется от 1,820 до 2,0; для гравелистых и крупных песков при с = 2 кПа показатель степени п = 2,0.
Суглинок на участке в-е с показателями степени п, изменяющимися от 1,0 до 1,380 при с равном от 29 до 12 кПа, выделен в новую разновидность глинистых грунтов, в частности, для суглинков — «суглинопесь». Супесь на участке е-д и на участке между супесью и пылеватым песком д-к с показателями п изменяющимися от 1,380 до 1,534 при с равном от 12 до 8 кПа выделен в новую разновидность пылеватых глинисто-песчаных грунтов — «супылепесь», показанные в табл. 2 и на рис. 1, б.
В глинах при с равном от 81 до 29 кПа и в суглинках при с равном от 47 до 29 кПа при их сдвиге сопротивляются факторы прочности грунтов: связанность и сцепление СХ1. Связность
физико-химической природы возникает в материалах пластического состояния контактов двух сжимаемых и сдвигаемых минеральных частиц грунта. Сцепление С^ неразрезных структурных цементационных связей физико-химической природы из затвердевших гелей осадков проявляется при их разрушении сжатием и сдвигом минеральных частиц глинистых грунтов.
В суглинопесях при с равном от 29 до 12 кПа, в супесях при с равном от 21 до 9 кПа, в супыле-песях при с равном от 12 до 8 кПа и в песках при с равном от 8 до 2 кПа в процессах их сдвига сопротивляются факторы их прочности: связность С№, сцепление С,я, С82 и зацепление С2. При этом в суглинопесях, супесях и супылепесях наряду с сопротивлением сцепления Он цементационных связей глинистых грунтов сопротивляется сцепление С82 разрезных кристаллизационных связей из материалов смежных, сжимаемых и сдвигаемых минеральных частиц песка по плоскостям площадок скольжения, наклонённых под углом ф к главным исходным плоскостям ортогональным к направлению действия максимального главного нормального напряжения сжатия С1 = с
Дополненные и исправленные нормативные значения удельного сцепления с и угла внутреннего трения ф
и разновидности пылевато-глинистых грунтов
Вид грунта Значения тах тт Показатель консистенции JL Коэффициент пористости е Удельное сцепление с, кПа Угол внутр. трения ф,град
Пески пылеватые тах тт — 0,45 0,75 8 2 36 26
Пески мелкие тах тт — 0,45 0,75 5 2 38 28
Пески средней крупности тах тт — 0,45 0,65 3 2 40 35
Гравелистые и крупные пески тах тт — 0,45 0,65 2 2 43 38
43°. Для песков значение показателя степени коэффициента внутреннего трения, ввиду действия по наклонной плоскости скольжения двух факторов прочности: одного суммарного, связности и сцепления С8г, и второго, зацепления Сг при одном значении максимального главного нормального напряжения сжатия сть получается суммарно увеличенным, т. е. п = 1,534.2,0 по количеству участвующих степенных коэффициентов внутреннего трения связности С№ при п = 1,0 и зацепления С2 при п = 0,534.1,0.
Дополненные и измененные значения удельного сцепления с, угла внутреннего трения грунта ф и значений показателей степени п показаны в табл. 3.
при этом значения сил сопротивления связности, удельного сцепления и зацепляемости, как составляющих величины силы трения сдвигаемого грунта; функционально значения удельного сцепления с различных видов грунтов уменьшаются, а значения показателей степени п увеличиваются при увеличении значений углов внутреннего трения грунтов ф.
3. Механическая и математическая
сущность угла внутреннего трения грунта
Механическая сущность угла внутреннего трения грунта иллюстрируется построением схемы наклонно-плоскостных механизмов, одного, при действии сдвигающего минимального главного нормального напряжения сжатия с3 параллельно главной исходной плоскости 1, ортогональной к направлению действия максимального главного нормального напряжения сжатия с1, показанного на рис. 2а, и другого, наклонно-плоскостного механизма при действии сдвигающего напряжения Р параллельно плоскости наклона 2 под углом ф к главной исходной плоскости 1, ортогональной к направлению действия максимального главного нормального напряжения сжатия ст1, представленного на рис. 2, б.
При сопротивлении связности по схеме а равенство напряжений имеет следующее выражение:
СТ3 = — = CTj tg ф . b
Для сопротивления зацепляемости С2 по схеме 2, б равенство напряжения подается в следующем виде:
P = —j— = CTj Sin ф .
Минимальное главное нормальное напряжение сжатия:
Нормативные значения удельного сцепления с и угла внутреннего трения ф и значений показателей степени п
Удельное Угол Показатель Удельное Угол Показатель Удельное Угол Показатель
сцепление внутр. степени сцепление внутр. степени сцепление внутр. степени
с, кПа трения n с, кПа трения n с, кПа трения n
ф,град ф,град ф,град
81 21 1,0 21 30,0 1,13 11 33,8 1,41
47 26,0 1,0 20 30,3 1,15 10 34,5 1,45
29 28,0 1,0 29 30,7 1,17 9 35,3 1,50
28 28,2 1,01 18 31,0 1,20 8,0 36,0 1,53
27 28,5 1,03 17 31,3 1,23 7 36,8 1,58
26 28,8 1,04 16 31,7 1,26 6 37,6 1,63
25 29,0 1,05 15 32,0 1,28 5,0 38,0 1,68
24 29,3 1,07 14 32,3 1,32 4 39,2 1,75
23 29,5 1,09 13 32,6 1,34 3,0 40,0 1,82
22 29,8 1,11 12 33,0 1,38 2,0 43,0 2,0
Рис. 2. Схемы наклонно-плоскостных механизмов с главными нормальными напряжениями 01 и Оз, действующими по наклонным плоскостям 2: на схеме а — при сопротивлении связности ^ и Сг от действия Оз параллельно главной исходной плоскости 1 и на схеме б — при сопротивлении зацепления Сz от перемещения вдоль плоскости наклона 2: R — равнодействующая составляющих
напряжений а1 и а3 = г1
С учетом формулы (5)
i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
а1 sin ф аз =-= aj tg ф .
где т1 — составляющая касательного напряжения т, действующего по плоскости площадки скольжения 2.
Следовательно, механическая сущность угла внутреннего трения грунта заключается в том, что он является углом наклона плоскости площадки скольжения 2 двух минеральных частиц к главной исходной плоскости 1, перпендикулярно направленного к ней максимального главного нормального напряжения сжатия, при состоянии их предельного равновесия на плоскости площадки скольжения 2, и одновременно является углом отклонения равнодействующей R от максимального главного нормального напряжения сжатия а1.
Математическая сущность угла внутреннего трения грунта заключается в том что он определяется степенной функцией arctgw с аргументом отношения предельного касательного напряжения сдвига грунта к постоянному нормальному напряжению его сжатия при сдвиге:
Ф = arc tgи (т / а). (9)
1. По результатам ретроспективных исследований физической сущности угла внутреннего трения грунта получены весьма противоречивые заключения. С одной стороны, утверждение в отсутствие физического смысла в прочностных характеристиках грунта, с другой стороны, его наличие без раскрытия физической сущности.
2. Впервые открыто и обосновано, что угол внутреннего трения грунта имеет физическую
сущность как носитель, закодированным в степенной функции тангенса, или степенном коэффициенте внутреннего трения грунта, скрытой информации о наступлении состояния предельного равновесия на плоскостях площадок скольжения между смежными сжимаемыми и сдвигаемыми минеральными частицами грунта, отражающей при этом значения сил сопротивления, связности, удельного сцепления и зацепляемости, составляющих значение единой силы трения сдвигаемого грунта; функционально значения удельного сцепления с различных видов грунтов уменьшаются, а значения показателей степени п увеличиваются при увеличении значений углов внутреннего трения грунтов ф.
3. Впервые определена механическая сущность угла внутреннего трения грунта в том, что он является углом наклона площадки скольжения двух сжимаемых и сдвигаемых минеральных частиц грунта к главной исходной плоскости, ортогонально действующего максимального главного нормального напряжения сжатия; одновременно он является углом отклонения от направления максимального главного нормального напряжения сжатия равнодействующей данного максимального и минимального главных нормальных напряжений сжатия: нормального и касательного, действующей в перпендикулярном направлении к плоскости площадки скольжения при состоянии предельного равновесия на ней.
4. Математическая сущность угла внутреннего трения грунта состоит в том, что он представляется степенной функцией аг^п с аргументом отношения предельного касательного напряжения сдвига грунта к постоянному нормальному напряжению его сжатия при сдвиге.
5. Раскрыты и введены новые разновидности классификации грунтов: суглинопесь и супыле-песь, которые необходимо включить в норматив-
ные положения [8] и внести в соответствующие разделы инженерной геологии, грунтоведения, механики грунтов, оснований и фундаментов.
1. Казарновский, В.Д. Оценка сдвигоустойчи-вости связных грунтов в дорожном строительстве / В.Д. Казарновский // Теоретические основы и практические методы. — М.: Транспорт, 1985. -168 с.
2. Hvorslev, M. Überdie Festigkeit — seingen-schaften gestorterbrindigerBöden / M. Hvorslev. -Y.E.C. Yad Vimmelskaflet, 32, Kopengagen, 1937.
3. Terzaghi, K. Theoretical soil mechanics / K. Terzaghi. — New-York, 1943. — P. 510.
4. Ohde, J. Überden qleitwiderstand der Erdstoffe. Veroffentlichungen der Forschungsanstalt fur Schiffart. Wasser und Grundban / J. Ohde. — Aca-demic-verlag, Berlin, 1956.
5. Маслов, Н.Н. Основы инженерной геологии и механики грунтов /Н.Н. Маслов. — М., 1982.
6. Грунтоведение / под ред. акад. Е.М. Сергеева. — Изд. 5-е пераб. и доп. — М.: МГУ, 1983. — 395 с.
7. Борозенец, Л.М. Геотехника фундаменто-строения и грунтоустойчивости: моногр. / Л.М. Борозенец. — Тольятти: Изд-во ТГУ, 2015. — 588 с.
8. СП 50-101-2004. Проектирование и устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений. — М.: НИИОСП им. Н.М. Герсеванова, 2005. -130 с.
Борозенец Леонид Михайлович, кандидат технических наук, доцент кафедры «Промышленное и гражданское строительство», Архитектурно-строительный институт, Тольяттинский государственный университет (Тольятти), tsp@tltsu.ru
Поступила в редакцию 8 февраля 2017 г.
SCIENTIFIC BASIS OF PHYSICAL, MECHANICAL
AND MATHEMATICAL NATURE OF SOIL INTERNAL FRICTION ANGLE
L.M. Borozenets, tsp@tltsu.ru
Togliatti State University, Togliatti, Russian Federation
The results of retrospective studies of the physical nature of soil internal friction angle are given in the paper. The triune nature of the soil internal friction angle is determined: physical, mechanical and mathematical. With the help of the analysis of the initial data of normative strength characteristics of different types of soils and their theoretical study, the factors representing the physical nature of the soil internal friction angle 9 are identified; new types of classification of silty-clayed soils are discovered: loamy clayed sand and loamy dusty sand; the values of the degree of tangent function of the soil internal friction angle, determining the values of resistance power of adhesive bond in the shear of loamy clayed sand, loamy sand, loamy dusty sand and sand are discovered for the first time. Using the models of inclined plane mechanisms, the factors of mechanical nature of the soil internal friction angle are defined. Mathematical nature of the soil internal friction angle is represented by the fact that it is determined by the reverse tangent power function with the ratio argument of critical shear stress of soil to a constant normal stress of its compression in shear. The conclusions on the study results are made.
Keywords: mechanics, angle, nature, friction, degree, function, information, balance, cohesion, adhesive bond, site, slip, power, soil, clay, loam, loamy sand, sand, stress.
1. Kazamovskij V.D. Ocenka sdvigoustojchivosti svjaznyh gruntov v dorozhnom stroitel’stve (Teoreticheskie osnovy i prakticheskie metody) [Estimation of Shear Stability of Cohesive Soils in Road Construction (Theoretical Foundations and Practical Methods)]. Moscow, Transport Publ., 1985. 168 p.
2. Hvorslev M. J. [Über die Festigkeitseigenschaften Gestörter Bindiger Böden]. Samfund, Ingenirvidenska-belige Skrifter. Copenhagen, Ser. A, no. 45. 1937.
3. Terzaghi K. [Theoretical Soil Mechanics]. New-York, 1943. 510 p.
4. Ohde J. [Überden qleitwiderstand der Erdstoffe. Veroffentlichungen der Forschungsanstalt fur Schiffart. Wasser und Grundban]. Berlin, Academic-verlag, 1956.
5. Maslov N.N. Osnovy inzhenernoj geologii i mehaniki gruntov [Fundamentals of Engineering Geology and Soil Mechanics]. Moscow, 1982.
6. Сергеев Е. М., Голодковская Г. А., Зиангиров Р. С. Gruntovedenie [Ground Science]. Moscow, MGU Publ., 1983. 395 p.
7. Borozenec L.M. Geotehnika fundamentostroenija i gruntoustojchivosti [Geotechnics of Foundation Engineering and Primer Stability]. Tol’jatti, TGU Publ., 2015. 588 p.
8. SP 50-101-2004. Proektirovanie i ustrojstvo osnovanij i fundamentov zdanij i sooruzhenij [Design and Construction of Footings and Foundations of Buildings and Structures]. Moscow, NIIOSP im. N.M. Gersevanova Publ., 2005. 130 p.
Received 8 February 2017
Борозенец, Л.М. Научное обоснование физической, механической и математической сущности угла внутреннего трения грунта / Л.М. Борозенец // Вестник ЮУрГУ. Серия «Строительство и архитектура». — 2017. — Т. 17, № 2. — С. 27-33. DOI: 10Л4529/ЬшМ170204
Borozenets L.M. Scientific Basis of Physical, Mechanical and Mathematical Nature of Soil Internal Friction Angle. Bulletin of the South Ural State University. Ser. Construction Engineering and Architecture. 2017, vol. 17, no. 2, pp. 27-33. (in Russ.). DOI: 10.14529/build170204