Структурная прочность грунтов. Закон уплотнения. Структура и текстура грунта, структурная прочность и связи в грунте Методы определения плотности грунта
При необходимо учитывать множество факторов. Особое внимание следует уделять составу и Некоторые ее виды способны при повышении влажности в напряженном под собственной массой или от внешней нагрузки проседать. Отсюда и название таких грунтов — «просадочные «. Рассмотрим далее их особенности.
Виды
К рассматриваемой категории относят :
- Лессовые грунты (суспеси и лессы).
- Глины и суглинки.
- Отдельные виды покровных суспесей и суглинков.
- Насыпные производственные отходы. К ним, в частности, относят золу, колосниковую пыль.
- Пылевато-глинистые грунты с высокой структурной прочностью.
Специфика
На начальном этапе организации строительства
необходимо провести исследование почвенного состава участка для выявления вероятных деформаций.
Их возникновение
обуславливается особенностями процесса формирования почвы. Слои находятся в недостаточно уплотненном состоянии. В лессовом грунте такое состояние может сохраняться в течение всего времени его существования.
Повышение нагрузки и влажности вызывает, как правило, дополнительное уплотнение в нижних слоях. Однако поскольку деформация будет зависеть от силы внешнего воздействия, недостаточная уплотненность толщи относительно внешнего давления, превышающего напряжения от собственной ее массы, сохранится.
Возможность закрепления слабых грунтов определяется при лабораторных испытаниях по соотношению снижения прочности при увлажнении к показателю действующего давления.
Свойства
Кроме недоуплотненности, для просадочных грунтов характерны низкая естественная влажность, пылеватый состав, высокая структурная прочность.
Насыщение почвы водой в южных районах, как правило, составляет 0,04-0,12. В районах Сибири, средней полосы показатель находится в пределах 0,12-0,20.
Степень влажности в первом случае — 0,1-0,3, во втором — 0,3-0,6.
Структурная прочность
Она обуславливается преимущественно цементационным сцеплением. Чем больше влаги поступает в землю, тем ниже прочность.
Результаты исследований показали, что тонкие водяные пленки обладают расклинивающим воздействием на пласты. Они выступают в качестве смазки, облегчают скольжение частиц просадочного грунта. Пленки обеспечивают более плотную укладку слоев под внешним воздействием.
Сцепление насыщенного влагой просадочного грунта определяется влиянием силы молекулярного притяжения. Эта величина зависит от степени плотности и состава земли.
Характеристика процесса
Просадка является сложным физико-химическим процессом. Проявляется она в виде уплотнения грунта вследствие перемещения и более плотной (компактной) укладки частиц и агрегатов. За счет этого снижается общая пористость слоев до состояния, соответствующего уровню действующего давления.
Повышение плотности приводит к некоторому изменению отдельных характеристик.
Впоследствии под воздействием давления уплотнение продолжается, соответственно, продолжает повышаться и прочность.
Условия
Для возникновения просадки необходимы:
- Нагрузка от фундамента или собственной массы, которая при увлажнении будет преодолевать силы сцепления частиц.
- Достаточный уровень влажности. Он способствует снижению прочности.
Эти факторы должны воздействовать совместно.
Влажность определяет продолжительность деформации просадочных грунтов . Как правило, она происходит в течение относительно короткого времени. Это обусловлено нахождением земли преимущественно в маловлажном состоянии.
Деформация в водонасыщенном состоянии продолжается дольше, поскольку происходит фильтрация воды сквозь толщу почвы.
Методы определения плотности грунта
Относительную просадочность определяют по образцам ненарушенной структуры. Для этого используется компрессионный прибор — плотномер для грунта . При исследовании применяются следующие методы:
- Одной кривой с анализом одного образца и его замачиванием на конечной ступени действующей нагрузки.
С помощью этого метода можно определить сжимаемость почвы при заданной или естественной влажности, а также относительную склонность к деформации при определенном давлении. - Двух кривых с испытанием 2 образцов с равной степенью плотности. Один исследуется при природной влажности, второй — в насыщенном состоянии. Данный метод позволяет определить сжимаемость при полном и природном увлажнении, относительную склонность к деформации при изменении нагрузки от нулевой до конечной.
- Комбинированный. Этот метод является модифицированным сочетанием двух предыдущих. Испытание проводится на одном образце. Его сначала исследуют в естественном состоянии до показателя давления в 0,1 Мпа. Использование комбинированного метода позволяет проанализировать те же свойства, что и метод 2 кривых.
Важные моменты
В ходе испытаний в плотномерах для грунта
при использовании любого из вышеуказанных вариантов необходимо учесть, что результаты исследований отличаются значительной вариативностью.
В этой связи некоторые показатели даже при испытании одного образца могут отличаться в 1,5-3, а в ряде случаев и в 5 раз.
Такие существенные колебания связаны с небольшим размером проб, неоднородностью материала из-за карбонатных и прочих включений либо наличием больших пор. Значение для результатов имеют и неизбежные ошибки при исследовании.
Факторы влияния
В ходе многочисленных исследований установлено, что показатель склонности почвы к проседанию зависит преимущественно от:
- Давления.
- Степени плотности почвы при природном увлажнении.
- Состава просадочного грунта .
- Уровня повышения влажности.
Зависимость от нагрузки отражается на кривой, по которой при повышении показателя величина относительной склонности к изменениям сначала тоже достигает своего максимального значения. При последующем усилении давления она начинает приближаться к нулевой отметке.
Как правило, для давление составляет 0,2-0,5 Мпа, а для лессовидных глин — 0,4-0,6 Мпа.
Зависимость вызвана тем, что в процессе нагрузки просадочного грунта при природном насыщении на определенном уровне начинается разрушение структуры. При этом отмечается резкое сжатие без изменения водонасыщенности. Деформация по ходу усиления давления будет продолжаться, пока слой не достигнет предельно плотного своего состояния.
Зависимость от состава почвы
Она выражается в том, что при повышении числа пластичности склонности к деформации снижается. Проще говоря, большая степень изменчивости структуры характерна для суспесей, меньшая — для глины. Естественно, для выполнения этого правила прочие условия должны быть равными.
Начальное давление
При проектировании фундаментов зданий и сооружений
осуществляется расчет нагрузки конструкций на грунт. При этом определяется начальное (минимальное) давление, при котором начинается деформация при полном насыщении водой. Оно нарушает естественную структурную прочность почвы. Это приводит к тому, что процесс нормального уплотнения нарушается.
Учитывая вышесказанное, представляется, что на этапе проектирования при организации строительства величину начального давления следует принимать близкой к нулю. Однако на практике это не так. Указанный параметр следует использовать такой, при котором толща считается по общим правилам непросадочной.
Назначение показателя
Начальное давление используется при разработке проектов фундаментов на просадочных грунтах для определения:
- Расчетной нагрузки, при которой изменений не будет.
- Размера зоны, в границах которой будет происходить уплотнение от массы фундамента.
- Требуемой глубины деформации почвы или толщины почвенной подушки, полностью исключающих деформации.
- Глубины, от которой начинаются изменения от массы грунта.
Начальная влажность
Ею называют показатель, при котором грунты в напряженном состоянии начинают проседать.
За нормальное значение при определении начальной влажности принимается составляющая 0,01.
Метод определения параметра базируется на компрессионных лабораторных испытаниях. Для исследования необходимо 4-6 образцов. Используется метод двух кривых.
Один образец испытывают при естественной влажности с загрузкой до максимального давления отдельными ступенями. При нем грунт замачивается до стабилизации просадки.
Второй образец сначала насыщают водой, а затем при непрерывном замачивании загружают до предельного давления теми же ступенями.
Увлажнение остальных образцов осуществляется до показателей, которые разделяют предел влажности от начального до полного водонасыщения на относительно равные промежутки. Затем их исследуют в компрессионных приборах.
Повышение достигается за счет заливки в образцы расчетного объема воды с дальнейшим выдерживанием на протяжении 1-3 суток до стабилизации уровня насыщения.
Деформационные характеристики
В качестве них выступают коэффициенты сжимаемости и ее изменчивости, модуль деформации, относительное сжатие.
Модуль деформации используют для расчета вероятных показателей осадок фундамента и их неравномерности. Как правило, его определяют в полевых условиях. Для этого образцы почвы испытывают статическими нагрузками. На значение модуля деформации влияют влажность, уровень плотности, структурная связность и прочность грунта.
При повышении массы почвы этот показатель повышается, при большем насыщении водой снижается.
Коэффициент изменчивости сжимаемости
Он определяется как отношение способности к сжатию при установившейся или естественной влажности и характеристик грунта в водонасыщенном состоянии.
Сопоставление коэффициентов, полученных при полевых и лабораторных исследованиях, показывает, что различие между ними несущественное. Оно находится в пределах 0,65-2 раза. Следовательно, для применения на практике достаточно определить показатели в лабораторных условиях.
Коэффициент изменчивости зависит преимущественно от давления, влажности, уровня ее повышения.
При повышении давления показатель увеличивается, при увеличении естественной влажности — снижается. При полном насыщении водой коэффициент приближается к 1.
Прочностные характеристики
Ими являются угол внутреннего трения и удельное сцепление. Они зависят от структурной прочности, уровня насыщенности водой и (в меньшей степени) от плотности. При повышении влажности сцепление уменьшается в 2-10 раз, а угол — в 1,05-1,2. При увеличении структурной прочности сцепление усиливается.
Типы просадочных грунтов
Всего их существует 2:
- Просадка происходит преимущественно в пределах деформируемой зоны основания под действием нагрузки фундамента или иного внешнего фактора. При этом деформация от своего веса почти отсутствует или составляет не более 5 см.
- Возможна просадка почвы от своей массы. Она происходит преимущественно в нижнем слое толщи и превышает 5 см. Под действием внешней нагрузки может возникнуть просадка и в верхней части в границах деформируемой зоны.
Тип просадки используется при оценке условий строительства, разработке противопросадочных мероприятий, проектировании оснований, фундамента, самого здания.
Дополнительная информация
Просадка может возникнуть на любом этапе возведения или эксплуатации сооружения. Проявиться она может после повышения начальной просадочной влажности.
При аварийном замачивании грунт проседает в границах деформируемой зоны достаточно быстро — в пределах 1-5 см/сут. После прекращения поступления влаги спустя несколько суток просадка стабилизируется.
Если первичное замачивание имело место в границах части зоны деформации, при каждом последующем водонасыщении будет происходить просадка до полного увлажнения всей зоны. Соответственно, она будет увеличиваться при повышении нагрузки на почву.
При интенсивном и непрерывном замачивании просадка грунта зависит от продвижения вниз слоя увлажнения и формирования водонасыщенной зоны. В таком случае просадка начнется, как только фронт увлажнения достигнет глубины, на которой грунт проседает от собственного веса.
Совокупность твердых частиц образует скелет грунта. Форма частиц может быть угловатой и округлой. Основной характеристикой структуры грунта является
Текстура грунта зависит от условий его формирования и геологической истории и характеризует неоднородность грунтовой толщи в пласте. Различают следующие основные виды сложения природных глинистых грунтов: слоистые, слитные и сложные.
Основные виды структурных связей в грунтах:
1) кристаллизационные связи присуще скальным грунтам. Энергия кристаллических связей соизмерима с внутрикристаллической энергией химической связи отдельных атомов.
2) водно-коллоидные
связи обуславливаются электромолекулярными силами взаимодействия между минеральными частицами, с одной стороны, и пленками воды и коллоидными оболочками – с другой. Величина этих сил зависит от толщины пленок и оболочек.
Конец работы —
Эта тема принадлежит разделу:
Конспект лекций по механике грунтов
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:
Что будем делать с полученным материалом:
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
Все темы данного раздела:
Состав и строение грунтов
Грунт является трехкомпонентной средой, состоящей из твердой, жидкой и газообразной компоненты. Иногда в грунте выделяют биоту – живое вещество. Твердая, жидкая и газообразная компоне
Физические свойства грунтов
Представим себе некоторый объем трехкомпонентного грунта массой
Понятие об условном расчетном сопротивлении
Важнейшей характеристикой несущей способности грунтов является расчетное сопротивление, которое зависит от физико-механических свойств основания и геометрических параметров фундамен
Механические свойства грунтов
Под механическими свойствами грунтов понимают их способность сопротивляться изменению объема и формы в результате силовых (поверхностных и массовых) и физических (изменение влажности, температуры и
Деформируемость грунтов
Под действием нагрузок, передаваемых сооружением, грунты основания могут испытывать большие деформации.
Рассмотрим зависимость осадки штампа
Компрессионные испытания, получение и анализ компрессионных кривых
Компрессией называется одноосное сжатие образца грунта вертикальной нагрузкой при условии отсутствия его бокового расширения. Испытания проводят в компрессионном приборе – одометре (рис. 2.2.).
Деформационные характеристики грунтов
При небольшом изменении сжимающих напряжений (порядка 0,1…0,3 МПа) уменьшение коэффициента пористости грунта пропорционально увеличению сжимающего напряжения.
Коэффициент сжимаемости
Водопроницаемость грунтов
Водопроницаемостью называется свойство водонасыщенного грунта под действием разности напоров пропускать через свои поры сплошной поток воды.
Рассмотрим схему фильтрации воды в элеме
Закон ламинарной фильтрации
Экспериментально ученым Дарси было установлено, что скорость фильтрации прямо пропорционально разности напоров (
Закономерности фильтрации воды в сыпучих и связных грунтах
Закон Дарси справедлив для песчаных грунтов.
В глинистых грунтах при относительно небольших значениях градиента напора фильтрация может не возникать. Постоянный режим фильтрации устанавливается пос
Сопротивление грунтов при одноплоскостном срезе
Сдвиговой прибор (рис. 2.6.) позволяет при различных заданных нормальных напряжениях определить предельные сдвигающие напряжения, возникающие в момент разрушения образца грунта. Сдвиг (разрушение)
Сопротивление сдвигу при сложном напряженном состоянии. Теория прочности Кулона-Мора
Теория Кулона-Мора рассматривает прочность грунта в условиях сложного напряженного состояния. Пусть к граням элементарного объема грунта приложены главные напряжения (рис. 2.8, а). При постепенном
Прочность грунтов в неконсолидированном состоянии
Изложенное выше соответствует проведению испытаний грунтов в стабилизированном состоянии, т. е. когда осадка образца от действия сжимающего напряжения прекратилась.
При незавершенной консо
Полевые методы определения параметров механических свойств грунтов
В тех случаях, когда сложно или невозможно отобрать образцы грунта ненарушенной структуры для определения деформационных и прочностных характеристик используют полевые методы испытаний.
Определение напряжений в массивах грунтов
Напряжения в массивах грунтов, служащих основанием, средой или материалом для сооружения, возникают под воздействием внешних нагрузок и собственного веса грунта.
Основные задачи расчета на
Модель местных упругих деформаций и упругого полупространства
При определении контактных напряжений важную роль играет выбор расчетной модели основания и метода решения контактной задачи. Наибольшее распространение в инженерной практике получи
Влияние жесткости фундаментов на распределение контактных напряжений
Теоретически эпюра контактных напряжений под жестким фундаментом имеет седлообразный вид с бесконечно большими значениями напряжений по краям. Однако вследствие пластических деформаций грунта в дей
Распределение напряжений в грунтовых основаниях от собственного веса грунта
Вертикальные напряжения от собственного веса грунта на глубине z от поверхности определяются формулой:
Определение напряжений в грунтовом массиве от действия местной нагрузки на его поверхности
Распределение напряжений в основании зависит от формы фундамента в плане.
В строительстве наибольшее распространение получили ленточные, прямоугольные и круглые фундаменты. Таким об
Задача о действии вертикальной сосредоточенной силы
Решение задачи о действии вертикальной сосредоточенной силы, приложенной к поверхности упругого полупространства полученное в 1885 г. Ж. Буссинеском, позволяет определить все компоненты напряжений
Плоская задача. Действие равномерно распределенной нагрузки
Схема для расчета напряжений в основании в случае плоской задачи при действии равномерно распределенной нагрузки интенсивностью
Пространственная задача. Действие равномерно распределенной нагрузки
В 1935 г. А. Лявом были получены значения вертикальных сжимающих напряжений в любой точк
Метод угловых точек
Метод угловых точек позволяют определить сжимающие напряжения в основании по вертикали, проходящей через любую точку поверхности. Возможны три варианта решения (рис.3.9.).
Влияние формы и площади фундамента в плане
На рис.
3.10. построены эпюры нормальных напряжений по вертикальной оси, проходящей чере
Прочность и устойчивость грунтовых массивов. Давление грунтов на ограждения
При определенных условиях может происходить потеря устойчивости части грунтового массива, сопровождающаяся разрушением взаимодействующих с ней сооружений. Это связано с формирование
Критические нагрузки на грунты основания. Фазы напряженного состояния грунтовых оснований
Рассмотрим график зависимости на рис. 4.1, а.
Для связного грунта начальный уча
Начальная критическая нагрузка соответствует случаю, когда в основании под подошвой фундамента в единственной точке под гранью фундамента возникает предельное состояние.
Выберем в основани
Нормативное сопротивление и расчетное давление
Если допустить под подошвой центрально нагруженного фундамента шириной b развитие зон предельного равновесия на глубину
Предельная критическая нагрузка ри соответствует напряжению под подошвой фундамента, при котором происходит исчерпание несущей способности грунтов основания (рис.
4.1), что привод
Практические способы расчета несущей способности и устойчивости оснований
Принципы расчета оснований фундаментов по I предельному состоянию (по прочности и несущей способности грунтов).
Согласно СНиП 2.02.01-83* несущая способность основания считается обеспеченн
Устойчивость откосов и склонов
Откосом называется искусственно созданная поверхность, ограничивающая природный грунтовый массив, выемку или насыпь. Откосы образуются при возведении различного рода насыпей (дамбы, земляные плотин
Понятие о коэффициенте запаса устойчивости откосов и склонов
Коэффициент устойчивости часто принимается в виде:
, (4.13)
где
Простейшие методы расчетов устойчивости
4.4.1. Устойчивость откосов в идеально сыпучих грунтах (ϕ ≠0; с=0)
Имеется откос с углом заложения α, при заданном φ для песка, слагающе
Учет влияния фильтрационных сил
Если уровень подземных вод находится выше подошвы откоса, возникает фильтрационный поток, выходящий на его поверхность, что приводит к снижению устойчивости откоса.
В этом случае при рассм
Метод круглоцилиндрических поверхностей скольжения
Предполагается, что потеря устойчивости откоса (склона) может произойти в результате вра
Мероприятия по повышению устойчивости откосов и склонов
Одним из наиболее эффективных способов повышения устойчивости откосов и склонов является их выполаживание или создание уступчатого профиля с образованием горизонтальных площадок (берм) по высоте от
Понятия о взаимодействии грунтов с ограждающими конструкциями (давление покоя, активное и пассивное давление)
Ограждающие конструкции предназначены для удерживания от обрушения находящихся за ними грунтовых массивов. К таким конструкциям относится подпорная стенка, а также стены подвалов и
Определение пассивного давления
Пассивное давление возникает при перемещении стенки в сторону грунта засыпки (рис. 4.9).
Постановка задачи
Расчетные схемы к задаче определения конечной стабилизированной осадки основания от действия нагрузки, передаваемой на грунты через подошву фундамента, представлены на рис.
5.1.
Определение осадок линейно-деформируемого полупространства или слоя грунта ограниченной мощности
Используются строгие решения о распределении напряжений в однородном изотропном массиве грунтов от нагрузок, приложенных на его поверхности. Зависимость между осадкой подошвы центрально-нагруженног
Практические методы расчета конечных деформаций оснований фкндаментов
5.2.1. Расчёт осадок методом послойного суммирования.
Метод послойного суммирования (без учёта возможности бокового расширения грунта) рекомендован СНиП 2.02.01-83*.
Расчет осадок методом эквивалентного слоя
Эквивалентный слой – это слой грунта толщиной hэ, осадка которого при сплошной нагрузке на поверхности р0 будет равна осадке грунтового полупространства под возд
Лекция 9
5.3. Практические методы расчёта осадок оснований фундаментов во времени.
Если в основании фундаментов залегают водонасыщенные глинистые гр
Выше была рассмотрена деформация грунта, не обладающего структурной прочностью, т.
е. уплотняющегося под действием даже небольшого давления. Такое явление обычно свойственно очень слабым грунтам.
В большинстве случаев грунты природного сложения уплотнены давлением вышележащих слоёв. В результате уплотнения частицы грунта сблизились и между ними образовались водно-коллоидные связи. В процессе длительного существования грунтов при определённых условиях в них дополнительно могли возникнуть хрупкие кристаллизационные связи. Суммарно эти связи придают грунту некоторую прочность, которую называют структурной прочностью грунта p str .
При давлении меньшем структурной прочности (p
), когда оно воспринимается водно-коллоидными и кристаллизационными связями, уплотнение практически не развивается. Лишь при p>p str
происходит уплотнение грунта. Установить точно значение структурной прочности затруднительно, так как частичное нарушение структуры грунтов происходит уже при отборе образцов, кроме того, при сжатии образца разрушение структуры происходит вначале в отдельных наиболее напряжённых точках контактов частиц даже при незначительных давлениях.
По мере увеличения давления разрушение в точках контактов быстро возрастает, и процесс переходит в стадию уплотнения грунта во всём объёме образца (рис. 3.4.а.).
Рис. 3.4. Компрессионные кривые грунта, обладающего структурной прочностью, в простой (а) и полулогарифмической (б) системе координат.
Более чётко выявляется начало первичного сжатия грунта при использовании компрессионной кривой, построенной в полулогарифмических координатах (рис. 3.4.б). В этом случае компрессионной кривой первичного сжатия будет прямая СД . Продолжение этой прямой вверх до пересечения с горизонтальной (пунктирной) линией ЕС» , соответствующей значению начального коэффициента пористости е о , позволяет найти величину р о , которую можно рассматривать как значение структурной прочности.
Структурную прочность грунта можно также определить по результатам изменения бокового давления грунта при испытании его в приборе трёхосного сжатия (по Е.И. Медкову) или по моменту возникновения давления в поровой воде.
Уравнение компрессионной кривой с определённым приближением может быть представлено, как показал К. Терцаги, в виде логарифмической зависимости:
, (3.11)
Баллов: 1/1
Расчет оснований по несущей способности в случае, если его нельзя выполнить аналитически, допускается производить графоаналитическими методами с использованием круглоцилиндрических или ломаных поверхностей скольжения, если:
Выберите один ответ.
Баллов: 1/1
Зависят ли контрольные значения коэффициента уплотнения грунта от общей толщины отсыпки?
Выберите один ответ.
Баллов: 0.9/1
Необходимо ли производить расчет по деформациям оснований сооружений от внешних нагрузок и собственного веса грунта при оценке предельных состояний первой группы?
Выберите один ответ.
Баллов: 0.9/1
Как осуществляется переход от одной отметки к другой для смежных плитных фундаментов, расположенных на разных отметках?
Выберите один ответ.
Баллов: 1/1
Необходимо ли производить расчет по прочности материалов конструкции фундаментов при оценке предельных состояний первой группы?
Выберите один ответ.
Баллов: 1/1
На какое сочетание нагрузок должен производиться расчет основания по несущей способности?
Выберите один ответ.
| a. на основное сочетание нагрузок | ||
| b. на основное и особое сочетание нагрузок | ||
| c. на особое сочетание нагрузок |
Определение характеристик прочности грунта — ГЕОЛОГ
Наша компания ООО «Геолог» специализируется на исследовании характеристик грунта и грунтовых вод по всей территории Московской области и в других регионах страны. Исследования по определению характеристик прочности грунта являются одними из самых важных на предпроектной стадии строительства любых объектов. Руководствуясь полученными результатами исследований, проектировщики могут определиться с типом фундамента, его глубиной заложения, этажностью и габаритами здания, другими его характеристиками.
Грунт является, по сути, основание ем здания, он не виден, так как расположен под сооружением, но его роль в строительстве невозможно переоценить. Прочность основания влияет на срок службы здания, сколько землетрясений оно сумеет выдержать. На показатели устойчивости и долговечности будущего построенного сооружения оказывают влияние прочностные характеристики грунта, отвечающие за не проседание и не устойчивость здания.
На прочность основания влияет то, с каким напряжением оно сможет справиться, при этом не смещаясь и не деформируясь.
Для того. чтобы не происходили всевозможные казусы, грунт должен находиться в соответствии с определенными стандартами – ГОСТами. Если бы строителям и архитекторам не приходилось считаться с деформационными свойствами почвы и воздействием внешних факторов, то количество руин возросло. Нужно руководствоваться всеми возможными факторами влияния на будущие здания, но также осуществить точный расчет максимального значения этого влияния.
В физике прочность грунтов характеризуют условием прочности Кулона-Мора.
Определение прочностных характеристик грунта выполняется на основании таких показателей сил трения: угла внутреннего трения и сцепления. С учетом этих характеристик можно построить устойчивое здание высокой надежности.
Состояние земли не может быть статичным, в нем происходят изменения под влиянием природных и искусственных факторов. Из-за того, что состояние почвы переменчиво, необходимо заниматься изучением ее свойств и взаимодействий с внешней средой.
Существуют некоторые прочностные характеристики грунтов, от совокупности показателей которых зависит надежность и прочность основания. Человек, не имеющий отношения к физике или строительству, не сможет самостоятельно разобраться, но он может рассчитывать на помощь профессиональных строителей и геодезистов. Подготовка к строительству является трудоемким и ответственным процесс, качество строительства влияет на жизнь будущих жильцов дома.
Гранулометрическим составом почвы называют долю частиц разного размера, образующих данную почву.
Объемной массой называют величину массы земли, объем которой 1 куб. см.
Объемную массу считают одной из главных характеристик, определяющих прочность грунтов. На нее влияет влажность и пористость земных пород.
Естественной влажностью называют количество воды в почве при естественных условиях.
Пористостью грунтов называют соотношение между объемом пор почвы и всем ее объемом, выражающимся в процентах.
Пластичностью грунтов называют показатель возможной нагрузки, с которой грунт может справиться без разрыва сплошности.
Клейкостью или липкостью грунтов называют способность почвы в зависимости от содержания в них воды прилипать к инструментам и строениям.
Прочность, устойчивость и уплотнение грунтов земляного полотна автомобильных дорог. Хархута Н.Я., Васильев Ю.М. 1975 | Библиотека: книги по архитектуре и строительству
В книге анализируется работа грунтов земляного полотна автомобильных дорог. Рассмотрены деформации, связанные с увлажнением и промерзанием грунтов при одновременных воздействиях переменных и постоянных нагрузок.
Показаны способы повышения прочности и устойчивости грунтов в различных дорожно-климатических зонах. Обоснованы требования к плотности грунтов земляного полотна, дан метод прогноза возможных деформаций и рекомендованы мероприятия по их снижению. Большое внимание уделено процессу уплотнения как наиболее дешевому и эффективному способу повышения прочности и устойчивости грунтов земляного полотна. Изложены основы теории уплотнения грунтов машинами, приведены практические рекомендации по выбору типа машин, рациональных режимов и технологии их работы. Рассмотрены вопросы организации работ и контроля за уплотнением грунтов. Книга рассчитана на научных работников, инженеров и техников.
Предисловие
Глава I. Грунты земляного полотна и факторы, определяющие условия их работы
1. Природа грунтов, их прочность и устойчивость
2. Погодно-климатические факторы
3. Нагрузки, действующие на грунты земляного полотна
4. Реологические свойства грунтов
5.
Деформирование грунтов повторяющимися нагрузками
6. Напряжения и деформации в грунтах при быстродействующих и ударных нагрузках
7. Тиксотропные изменения грунтов
Глава II. Деформации грунтов под воздействием нагрузок и погодно-климатических факторов
8. Деформации, связанные с повышением влажности
9. Деформации морозного пучения
10. Деформации грунтов при их оттаивании
Глава III. Повышение прочности и устойчивости грунтов
11. Влияние плотности грунта на сопротивляемость его внешним нагрузкам. Критерии уплотнения
12. Требуемые плотности грунтов насыпей. Допустимые влажности
13. Повышение устойчивости грунтов естественных оснований
14. Некоторые вопросы экономики уплотнения грунтов
15. Насыпи, возведенные в зимнее время
16. Использование переувлажненных грунтов при возведении насыпей
Глава IV. Повышение морозоустойчивости земляного полотна
17. Прогноз морозного пучения грунтов
18.
Выбор толщины морозозащитных слоев
19. Устройство морозозащитных слоев из местных грунтов, укрепленных цементом
Глава V. Основы теории уплотнения грунтов машинами
20. Методы и средства уплотнения грунтов. Параметры воздействия рабочих органов машин на грунты
21. Пределы прочности грунтов
22. Влияние на уплотнение грунтов контактных давлений
23. Оптимальная толщина уплотняемых слоев
24. Производительность и достижение плотной и прочной структуры грунта
25. Особенности уплотнения грунтов естественного сложения
26. Особенности уплотнения грунтов, укрепленных неорганическими и органическими вяжущими материалами
Глава VI. Машины и технология уплотнения грунтов
27. Выбор средств уплотнения
28. Уплотнение грунтов катками с гладкими и кулачковыми вальцами
29. Уплотнение грунтов катками на пневматических шинах
30. Уплотнение грунтов решетчатыми катками
31. Уплотнение грунтов трамбующими машинами
32.
Уплотнение грунтов вибрационными машинами
Глава VII. Организация работ по уплотнению. Контроль качества
33. Организация линейных работ по уплотнению грунтов
34. Уплотнение грунтов в особых условиях
35. Организация и методы контроля за уплотнением грунта
Список литературы
Предметный указатель
Предисловие
Рост интенсивности и скорости движения автомобилей предъявляет к дорожному строительству повышенные требования. В частности, большое значение приобретает ровность поверхности дорожных покрытий. В настоящее время дорожное строительство развивается в направлении увеличения прочности и долговечности дорог, что обусловливает применение для устройства дорожных одежд дорогостоящих материалов и усложняет технологию. Однако вложенные средства и затраченные усилия оказываются напрасными, если земляное полотно недостаточно устойчиво. В этих случаях быстро утрачивается также и приданная в процессе строительства ровность дорожного покрытия.
Поэтому в условиях современного строительства устройству прочного и устойчивого земляного полотна, являющегося фундаментом сооружения, уделяется особенно большое внимание. Уплотнение грунтов — наиболее дешевый и вместе с тем действенный метод повышения прочности и устойчивости земляного полотна.
Большая исследовательская работа, направленная на решение наиболее актуальных вопросов, связанных с возведением земляного полотна автомобильных дорог, ведется в Ленинградском филиале Союздорнии. Результаты этой работы послужили основой для написания книги. Вместе с тем в книге обобщен также большой опыт строительства и эксплуатации земляного полотна.
Работоспособность земляного полотна автомобильных дорог зависит от многих факторов, и поэтому се обеспечение представляет собой весьма многогранную и сложную проблему. Здесь рассматривается лишь часть этой проблемы, которая менее всего освещена в литературе, хотя и является весьма важной. Это относится прежде всего к влиянию различных факторов на прочность и устойчивость грунтов земляного полотна и их уплотнению.
При рассмотрении ряда вопросов учитываются реологические свойства грунтов. Однако как эти свойства, так и тиксотропные превращения грунтов исследованы в недостаточной мере и поэтому их учет еще не может быть полным. В книге делается попытка объяснить некоторые изменения в прочности и деформативной способности грунтов с позиций усталости.
Наряду с анализом работы грунтов в земляном полотне и изложением основ теории уплотнения их машинами авторы большое внимание уделили практической стороне затронутых вопросов. Поэтому книга содержит рекомендации по повышению прочности и устойчивости грунтов и их уплотнению. Наряду с линейными работами по уплотнению в книге описано уплотнение грунтов в так называемых «узких» местах — в траншеях, вблизи конструктивных элементов искусственных сооружений и т. п. В ней отражены также вопросы укрепления грунтов, однако лишь постольку, поскольку оно применяется для повышения устойчивости верхней части земляного полотна по отношению к морозным и водным воздействиям.
Книга написана коллективом авторов: д-ром техн. наук проф. Н.Я. Хархута написаны п. 4, 5, 7, 20, 22—24, 27, 33; п. 1—3, 8—12, 14, 21 написаны им совместно с канд. техн. наук Ю.М. Васильевым; п. 26, 29 — с инж. Ю.Я. Андрейченко; п. 6 и 31 — с канд. техн. наук М.П. Костельовым; п. 32 — с канд. техн. наук В.Н. Владимировым; п. 25 — с канд. техн. наук В.М. Иевлевым; п. 30 — с Ю.М. Васильевым и М.П. Костельовым и п. 13, 15 — с Ю.М. Васильевым и В.М. Иевлевым; канд. техн. наук Ю.М. Васильевым написаны п. 16—18; п. 19 написан совместно с инж. М.Г. Мельниковой; п. 34 — с М.П. Костельовым и п. 35 — с инж. В.Н. Гайворонским. Общее редактирование выполнил Н.Я. Хархута.
Прочность грунта – обзор
9.2.2 Прочность на сдвиг и тиксотропия
Прочность грунта определяет его способность выдерживать нагрузку здания или сохранять устойчивость на склоне холма. Инженеры должны учитывать прочность грунта при проектировании зданий, насыпей, выемок дорог и других строительных работ.
Прочность грунта также определяется его способностью сопротивляться касательным напряжениям. Как правило, при превышении прочности грунта на сдвиг происходят смещения по поверхностям сдвига.
При испытаниях на сдвиг сопротивление сдвигу увеличивается с сдвигом, пока не достигнет напряжения разрушения τ .Это τ называется пиковой прочностью на сдвиг (Das, 1998). После того, как напряжение разрушения достигнуто, сопротивляющееся напряжение сдвига уменьшается по мере увеличения смещения сдвига, пока, наконец, не достигнет постоянного значения, называемого предельным пределом прочности или остаточной прочностью на сдвиг (рис. 9.2).
Рисунок 9.2. Типичные кривые напряжение-деформация с пиковой и остаточной прочностью на сдвиг.
Мор и Кулон обнаружили, что разрушение грунта происходит, когда напряжения ( τ и σ ) в любой плоскости таковы, что
τ=c′+σtanϕ
при разрушении c ′ — эффективное (дренированное) сцепление, ϕ — эффективный угол трения и σ — эффективное нормальное напряжение при разрушении.
Нормальные напряжения и соответствующие напряжения сдвига при разрушении нанесены на рис. 9.3 на графике, по которому можно определить параметры прочности на сдвиг ( c ′ и ϕ ) по огибающей разрушения (Das, 1998) .
Рисунок 9.3. Диаграмма разрушения для нормально и переуплотненной глины, полученная в результате испытаний осушенного прямого сдвига (по Das, 1998).
Наибольшее сопротивление сдвигу наблюдается в плотных гранулированных грунтах и жестких связных грунтах (Das, 1998).Вот почему жесткие связные грунты можно выкапывать с вертикальными откосами выемки. Чем мелкозернистее почва и больше глины, тем меньше наклон оболочки разрушения (Митчелл и Сога, 2005).
Зернистые грунты, такие как гравий и песок с небольшим содержанием глины или без него, не обладают эффективным сцеплением ( c ′ = 0) и высокими эффективными углами трения. Прочность на сдвиг несвязных грунтов ограничена фрикционной составляющей. Напротив, связные грунты, такие как глина, или грунты с высоким содержанием глины демонстрируют значительное эффективное сцепление и низкие эффективные углы трения.
В несвязных грунтах прочность в основном определяется трением обломочных частиц друг о друга; в связных (глинистых) грунтах прочность определяется в основном силами между частицами глинистых минералов. Из ряда исследований, цитируемых в Mitchell and Soga (2005), считалось, что общая прочность глины состоит из двух отдельных частей: когезионная часть, зависящая только от коэффициента пустотности или содержания воды, и доля трения, зависящая только от нормальное эффективное напряжение. Оценка этих двух частей проводилась путем измерения прочности двух образцов при одном и том же коэффициенте пустотности или содержании воды, но при разных уровнях эффективного напряжения.Это условие было получено при использовании одного нормально консолидированного и одного сверхконсолидированного образца. Определенные таким образом параметры прочности показывают увеличение сцепления и уменьшение трения с увеличением пластичности и активности глины. Таким образом, в целом прочность грунтов на сдвиг зависит главным образом от количества зернистых материалов, таких как песок и гравий, а также от истории консолидации (рис.
9.3). Для сверхконсолидированных глин пиковая прочность слабо связана с их пластичностью (Atkinson, 2007), и сообщается об анизотропии прочности на сдвиг, которая становится еще сильнее с глубиной (Nishimura et al., 2007).
Вода является еще одним очень важным параметром, так как прочность на сдвиг обычно уменьшается с содержанием воды. Поскольку сцепление также уменьшается с увеличением содержания воды, c ′ = 0 для связных грунтов пастообразной консистенции (Prinz and Straus, 2006). Таким образом, прочность на сдвиг сильно зависит от того, происходит ли деформация грунта в полностью дренированных условиях, в недренированных условиях или при некотором промежуточном состоянии дренажа. В каждом случае будут возникать разные избыточные поровые давления, приводящие к различным эффективным напряжениям и прочности, соответственно.Механические испытания почвы обычно проводятся для проверки краткосрочных (недренированных) и долгосрочных (полностью осушенных) условий для оценки устойчивости почвы.
Измерение прочности на сдвиг, как правило, сложнее для связного грунта, чем для несвязного материала. В то время как определение углов трения для связных грунтов относительно не зависит от экспериментальных условий, значения сцепления в значительной степени зависят от истории консолидации и условий дренажа (Prinz and Straus, 2006).Основные отличия связаны с важной ролью поровой воды в связном грунте. Большинство связных грунтов в полевых условиях находятся на уровне или близком к насыщению из-за их низкой водопроницаемости. Когда нагрузка прикладывается к связному грунту, нагрузка поддерживается за счет увеличения порового давления воды до тех пор, пока поровая вода не сможет стекать в области с более низким давлением. В этот момент частицы грунта сближаются, и прочность увеличивается, как и в несвязном грунте. Однако из-за очень низкой проницаемости для выхода воды требуется больше времени.Таким образом, наиболее критическое состояние несущей способности фундамента на связных грунтах обычно наступает сразу после строительства.
При быстром воздействии нагрузки на глинистую почву, которая почти непроницаема, мы имеем недренированные условия. В этом случае прочность на сдвиг в недренированном состоянии в основном равна когезии c ′. Только по прошествии длительного периода времени (который может составлять месяцы или годы для глин с низкой проницаемостью) поровая вода будет медленно рассеиваться, что приводит к дренированной прочности на сдвиг. Для недренированного испытания на сдвиг график зависимости нормального напряжения от напряжения сдвига приведет к горизонтальной линии, потому что частицы глины не могут быть сдвинуты ближе друг к другу без дренирования поровой воды.
Прочность на сдвиг в недренированном состоянии c u обычно используется в механике грунтов для характеристики прочности связных грунтов. Его также можно применять для расчета значений прямой несущей способности (Kiekbusch, 1999, цитируется в Prinz and Straus, 2006). Прочность на сдвиг в недренированном состоянии (в кН/м 2 ) можно классифицировать в соответствии с таблицей 9.
7 (Prinz and Straus, 2006). Таблица 9.8 показывает, что c u также сильно зависит от консистенции почвы.Прочность на сдвиг в недренированном состоянии увеличивается более или менее линейно с глубиной и показывает значительно более высокие значения для переуплотненной глины, чем для нормально уплотненной.
Таблица 9.7. Класс прочности на сдвиг в недренированном состоянии (в кН/м 2 ) (Prinz and Straus, 2006)
| Очень низкая | < 20 |
| Низкий | 20-40 |
| 40-75 | 40-75 |
| Высокий | 75-150 |
| Очень высокий | & GT; 150 |
Таблица 9.8. Оценочные отношения между непреднамеренной прочностью сдвига C U , I C и консистенция (Prinz and Streauß, 2006)
| I C | 1 Консистенция 8||
|---|---|---|
| 15 | 0. 25 | Pasty |
| 25 | ||
| 25 | 0.50 | Soft |
| 100 | 1.00 | Жесткий/полутвердый |
| 200 | > 1,00 | Полутвердый |
Поскольку прочность на сдвиг недренированных водонасыщенных грунтов явно зависит от пределов консистенции, для нормально консолидированных глинистых грунтов можно установить следующее соотношение (Engel, 2002, цитируется в Prinz and Straus , 2006):
cu=σv0,11+0,37Ip
с σ v эффективное пластовое давление и I p индекс пластичности.
Прочность на сдвиг в недренированном состоянии c u можно измерить в лаборатории при испытании на одноосное или трехосное сжатие или в полевых условиях с помощью крыльчатого зонда и пенетрометра соответственно. Средние значения параметров прочности на сдвиг для связных грунтов приведены в таблице 9.9.
Таблица 9.9. Средние значения параметров прочности сдвига для сплоченных и органических почв (Prinz and Streauß, 2006)
| Φ (°) | 9 C (KN / M 2 ) 1 C U (кН/м 2 )||||
|---|---|---|---|---|
| Грунты слабосвязные | 25–27.5 | 0-5 | 0-40 | |
| Высокие сплоченные почвы | 15-25 | 10-25 | 20-100 | |
| Органические почвы | 5-15 | 0-5 | 5–20 |
При заданном содержании воды прочность снижается в зависимости от типа глинистого минерала в порядке каолинит > иллит > смектит, причем наибольшее значение имеет кварц. Высокие уровни набухающих глинистых минералов значительно снижают прочность на сдвиг (Prinz and Straus, 2006).В то время как значения дренированных углов трения обычно находятся в диапазоне 30–50° для несвязных грунтов, наибольшее из значений угла трения для глинистых минералов значительно меньше.
Наклон оболочки разрушения для естественных почв часто является результатом различий в структуре, адсорбированных катионах, pH и коэффициенте чрезмерного уплотнения (Mitchell and Soga, 2005). Спаньоли и др. (2012) обнаружили, что прочность недренированных глин на сдвиг значительно возрастает, если поровая жидкость имеет высокий или низкий pH.Это наблюдение может быть использовано для улучшения почвы в гражданском строительстве.
Определение прочности на сдвиг очень важно не только для расчета устойчивости откосов и разрушения глинистых откосов и дамб, но и для предотвращения разрушения при сдвиге под действием нагрузки на фундамент. Когда происходит оползень, это свидетельствует о том, что напряжение в массиве грунта превысило сопротивление сдвигу грунта во время разрушения. Многие глинистые откосы не имеют резкого обрушения, но существуют в состоянии остаточной прочности на сдвиг, что может привести к медленному сползанию откосов (Скемптон, 1985; Старк и Эйд, 1994; Грачев и др.
, 2005). Для остаточной прочности на сдвиг на плоскостях скольжения ϕ часто уменьшается до 1/3-1/2, и сцепление больше не существует (Prinz and Straus, 2006).
Прочность связного грунта для переформованного образца существенно ниже, чем для грунта в ненарушенном состоянии (Prinz and Straus, 2006). Потеря прочности может быть объяснена перераспределением частиц глины при переформовке.
Отношение прочности на сжатие без ограничений в ненарушенном состоянии (пиковая прочность на сжатие в ненарушенном состоянии S до ) к прочности в восстановленном состоянии ( S ur ), определяемое испытанием на сжатие без ограничений, первоначально использовалось Терзаги (1944 г.). ) в качестве количественного показателя чувствительности почвы S tv .Для определения чувствительности грунта можно также использовать значения испытаний на прочность на сдвиг в недренированном состоянии, поскольку существует прямая зависимость между прочностью на сдвиг в недренированном состоянии и прочностью на сжатие в ненагруженном состоянии (Prinz and Straus, 2006).
Тогда чувствительность представляет собой отношение между ненарушенной и полностью переформованной недренированной прочностью на сдвиг (Rankka et al., 2004).
Поскольку в литературе существуют несколько иные классификации чувствительности к глине, сводка значений S tv приведена в Таблице 9.10. Для быстрых глин характерны высокие значения чувствительности (см. раздел 9.3.2). Грунты с высокой чувствительностью очень неустойчивы и могут очень быстро переходить в переформованное или дисперсное состояние с резкой потерей прочности. Катастрофические движения склонов обычно следуют за этими преобразованиями (Venkatramaiah, 2006).
Таблица 9.10. Классификация чувствительности глины S TV После разных источников
| ROSENQVIST (1953) 9028 | ISO 14 688-2 | Venkatramaiah (2006) 9028 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Нечувствительные глины | ± 1. 0 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Немного чувствительных глины | 1-2 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Средние чувствительные глины | 2-4 | Низкий чувствительный | & LT; 8 | Нормальный или менее чувствительный | 2-4 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Очень чувствительные глины | 4-8 | 4-8 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| слегка быстрые глины | 8-16 | Средний чувствительный | 8-30 | Extra Sensitive | 8-16 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 1 | 16-32 | 9-32 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Очень быстрые глины | 32-64 | высокий чувствительный | & GT; 30 | ||
| Сверхбыстрые глины | > 64 | Быстрый | > 50 | Быстрый | > 16 |
Некоторые глины обладают тиксотропными свойствами.
Тиксотропность — это свойство некоторых гелей или коллоидов, благодаря которому они разжижаются при воздействии вибрации (напряжения сдвига) и снова затвердевают, когда их оставляют стоять. Затем им требуется определенное время, чтобы вернуться в более вязкое состояние (Das, 1998; Venkatramaiah, 2006). Тиксотропия очень характерна для глин, отложившихся в морских условиях. Сотрясение от землетрясений или вибрационных машин вызывает дефлокуляцию, и глины становятся жидкими. В состоянии покоя они возвращаются в исходное состояние. Тиксотропное поведение глины также может быть полезным в структурном и геотехническом проектировании.Тиксотропные свойства бентонитов используются в буровых растворах, так как в статическом состоянии раствор твердый и, таким образом, оказывает поддерживающее действие на стенку скважины, но разжижается во время динамического бурения и действует как смазка.
Прочность почвы | ВРО | Сельское хозяйство Виктория
Цвет почвы | Частицы почвы | Склеивание и агрегация | Пористость | Изменение структуры почвы | Прочность почвы
Что придает почве силу?
Механическая прочность грунта является важным понятием при рассмотрении (и прогнозировании) поведения грунта.
Сила используется для представления реакции грунта на приложенную силу. Высокопрочные грунты сопротивляются деформациям (особенно уплотнению), дроблению (сдвигу и осыпанию), проскальзыванию. Однако высокопрочные почвы также сопротивляются проникновению корней и исследованию.
Прочность придается грунту за счет:
- силы сцепления между частицами; а также
- сопротивление трению, встречаемое частицами, которые вынуждены скользить друг по другу или перемещаться из заблокированных положений.
Здоровая почва имеет сложные требования к прочности. Он должен быть устойчивой структурой, чтобы поддерживать растительность и определенный уровень движения, а также защищать огромное количество пор и трещин. Но в то же время он хочет поддержать земледелие фермером, земляные работы почвенной фауной и исследование корней, воды и газов. Ему нужна крепкая рыхлость. Он не хочет имитировать бетон.
Специалисты по почвам разработали термин «консистенция» (см. ниже), чтобы помочь справиться с этой сложной потребностью.
Как на прочность грунта влияет содержание воды?Тип и состав глины влияют на прочность благодаря своей роли в сцеплении. Содержание воды существенно изменяет их сцепление. По мере увеличения содержания воды сцепление уменьшается. Это связано с тем, что увеличение содержания воды вызывает большее отделение частиц глины (и, следовательно, более легкое проскальзывание) и, кроме того, вызывает размягчение цемента почвы.
Следующий график иллюстрирует последствия:
Уплотняемость почвы можно использовать в качестве примера того, как могут взаимодействовать содержание влаги, прочность и управление.Более сильное уплотнение
происходит при движении по влажным почвам, чем по сухим. Один проход трактора по влажной почве вызвал сокращение скорости инфильтрации, эквивалентное четырем проходам по сухой почве. Сухая почва имеет гораздо большее сопротивление структурным изменениям, потому что она имеет более высокую прочность.
Это демонстрируется «кривой критического содержания влаги», где для данной силы уплотнения эффект уплотнения увеличивается по мере увеличения влажности до точки, когда почва становится настолько влажной, что уплотнения опадают.«Критическая влажность» для уплотнения приходится на вершину кривой – это наиболее нежелательная влажность для траффика на почве. Критическое содержание влаги в любой почве будет зависеть от множества факторов, включая структуру почвы и содержание органических веществ.
Дополнительная информация доступна в другом месте на этом сайте – см. уплотнения и трафик.
Таким образом, содержание воды в почве через ее влияние на прочность почвы будет влиять на:
Что такое консистенция?
Консистенция является полезным способом приближения к прочности грунта путем проверки силы, необходимой для того, чтобы просто вызвать разрушение или деформацию 20-миллиметрового куска грунта (в виде грунта или заполнителя) при приложении «сжимающей силы сдвига» между большим пальцем и указательный палец.
Стандартные рейтинги, используемые применительно к сухому образцу почвы, таковы:
| Свободно | Сила не требуется. Отдельные частицы, такие как свободные пески | очень слабые силы | очень маленькие силы почти Nil | маленькая, но значительная сила | 40081 | умеренная или твердая сила | очень прочная | сила, но под силу большому и указательному пальцам | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Сильный | За пределами силы большого и указательного пальцев.Давит под ногами твердую плоскую поверхность с небольшим усилием | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Очень сильный | Давит под ногами твердую плоскую поверхность при медленном приложении всего веса тела | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Жесткий | Консистенция является полезным индикатором изменения состояния почвы. Как прочность почвы влияет на продуктивность?Прочность почвы влияет на устойчивость заполнителя и структуру почвы. Высокая прочность почвы, в зависимости от того, где в профиле почвы, может:
Почвы с низкой прочностью:
Как измерить прочность почвы? Инженеры-геологи используют ряд методов для измерения прочности грунта.Обычный способ заключается в приложении силы сдвига и записи силы, необходимой для того, чтобы структура грунта разрушилась или разрушилась. Но нас как землеустроителей, вероятно, больше интересуют деформации (например, дезагрегация, уплотнение или размазывание плугом), чем разрушение блоков.  Сопротивление проникновению является полезной концепцией, поскольку ее можно использовать для косвенного измерения прочности грунта и легкого определения изменений в грунте. Кроме того, он может оценить величину образования корки, уплотнение и появление плуга.Зонд вдавливается в почву, и сопротивление его проникновению является сопротивлением проникновению. Удобно думать об этом как о том, с чем может столкнуться корень (или предприимчивый червь), исследующий почву. На самом деле существует сильная отрицательная связь между скоростью удлинения корня и сопротивлением пенетрометра.Простой пенетрометр показывает прочность и влажность почвы Какова прочность грунта на сдвиг?Какова прочность грунта на сдвиг? Это ключевой вопрос для наземных инженеров, и он жизненно важен для любого проектного проекта.Причина, по которой это так важно, заключается в том, что в какой-то момент все, что построено, соприкасается с землей и передает на нее нагрузку.
Молотый кофе «Спроси Эндрю» Эпизод 5: Эндрю Лис объясняет, что такое прочность почвы на сдвиг.  Это то, что известно как сдвиг. Когда частицы движутся поперек друг друга, сила сопротивления (или сдвига) представляет собой трение. Сопротивление сдвигу или прочность на сдвиг связаны с физическими характеристиками почвы, включая размер частиц, форму, распределение и ориентацию, а также с напряжениями, действующими на почву в этом месте.Таким образом, ключевым элементом прочности на сдвиг является трение. Для объектов, находящихся в контакте, сила трения вдоль плоскости зависит от давления, действующего перпендикулярно плоскости (известного как нормальное напряжение). По мере увеличения нормального напряжения увеличивается сопротивление трению или напряжение сдвига. Это подчеркивает, что прочность грунта не является единой цифрой, а зависит от напряжений, действующих на грунт. Для зернистых грунтов соотношение между напряжением сдвига и нормальным напряжением представляет собой прямую линию, определяемую углом (ø), известным как угол трения. При рассмотрении прочности грунта важно знать угол трения, а также напряжения, которые будут действовать на грунт. Глинистые почвы также состоят из частиц, хотя частицы чрезвычайно малы. Между этими мелкими частицами действуют электростатические заряды (силы притяжения), а поверхностное натяжение поровой воды удерживает частицы вместе даже без приложения внешних ограничивающих сил, поэтому глинистые грунты обладают некоторой прочностью на сдвиг, даже когда нормальное напряжение равно нулю. Эта дополнительная сила известна как кажущаяся сплоченность. Однако это не является фундаментальным свойством почвы. При рассмотрении прочности зернистых грунтов, даже с некоторым содержанием глины, сцеплением в большинстве случаев можно пренебречь, поскольку ключевым является угол трения. Влияние грунтовых вод на сопротивление сдвигу грунтаНаличие грунтовых вод также оказывает заметное влияние на прочность грунта. Почвы могут быть насыщенными, когда все пустоты между частицами заполнены водой, или частично насыщенными, когда в пустотах присутствует определенный процент пузырьков воздуха. Создаваемое поровое давление влияет на напряжение между частицами и, следовательно, на трение между частицами почвы. Когда к насыщенному грунту прикладывается нагрузка, давление поровой воды (воды в пространствах) сразу возрастает, поскольку вода несжимаема.Гранулированный грунт имеет относительно большие соединительные пустоты между частицами. Когда, как это обычно бывает в строительстве, нагрузки медленно воздействуют на зернистый грунт, можно предположить, что вода свободно стекает, рассеивая любое повышенное поровое давление и позволяя приложенной нагрузке передаваться скелету грунта. Следовательно, эффектом поровой воды можно пренебречь. Глина реагирует иначе, так как пустоты микроскопически малы и плохо связаны между собой. Влияние состояния грунта на относительную прочность грунта Еще одним фактором, влияющим на прочность гранулированного грунта, является степень уплотнения частиц или состояние грунта. Там, где зернистые грунты уже плотно уплотнены, происходит незначительное сжатие или его отсутствие, и частицы слипаются. По мере увеличения нагрузки, прежде чем частицы смогут столкнуться друг с другом, они должны разойтись вдоль плоскости сдвига, разблокировав блокировку. Это известно как дилатация. Сила сдвига, необходимая для преодоления расширения, называется «пиковой прочностью» (ø пик ).После расширения частицы могут легче перемещаться друг по другу, что требует меньшей силы сдвига, чем на пике, что называется прочностью при постоянном объеме ø cv . В ситуации, когда сдвиг грунта не ожидается, например, структурная засыпка в армированной грунтовой стене, при расчете следует использовать пиковую прочность. Чтобы узнать больше о наших системах TensarTech для подпорных сооружений, фундаментов насыпей и рабочих платформ, посетите наш веб-сайт здесь. У вас есть животрепещущий вопрос о геотехническом проектировании? Почему бы не отправить нам электронное письмо по адресу [email protected], и ответ на ваш вопрос может появиться в одном из следующих выпусков сериала «Земленый кофе»! Основы механики грунтовОсновы механики грунтов Нагрузки от фундаментов и стен создают напряжения в грунте.Осадки вызваны деформациями грунта. Для анализа условий внутри материала
под нагрузкой мы должны учитывать поведение напряжение-деформация . Отношения между
напряжение и
напряжение называется жесткостью .
Напряжения и деформации возникают во всех направлениях, и для анализа осадки и устойчивости часто необходимо связать напряжения в определенном направлении с напряжениями в других направлениях.
Обратите внимание, что сжимающие напряжения и деформации положительны, касательное напряжение и деформация против часовой стрелки положительны, и что это тотальные стрессы (см. эффективное напряжение).
В обычных испытаниях грунтов используются цилиндрические образцы, в которых осевые и радиальные напряжения и деформации главные напряжения и деформации.Для анализа данных испытаний и разработки теорий механики грунтов обычно их объединяют в средние (или нормальные) компоненты, влияющие на изменение объема, и компоненты девиатора (или сдвига), которые влияют на изменение формы. 
В построении круга Мора t’ радиус круг и s’ определяет его центр.
Сопротивление сдвигу материала проще всего описать как максимальное напряжение сдвига, которое он может выдержать: когда напряжение сдвига t увеличивается, увеличивается деформация сдвига g; будет предельное состояние, при котором деформация сдвига становится очень большой и материал разрушается; тогда напряжение сдвига t f представляет собой сопротивление материала сдвигу.
Материалы могут разрушаться при различных условиях нагрузки. Однако в каждом случае разрушение связано с предельным радиусом круга Мора, т.е. с максимальным напряжением сдвига. Следующие распространенные примеры показаны в терминах полных напряжений: Стрижка
Одноосное растяжение
Одноосное сжатие
Примечание:
Критерий прочности представляет собой формулу, связывающую прочность материала с некоторыми другими параметрами: это параметры материала и могут включать другие напряжения. Для грунтов есть три важных критерия прочности: правильный критерий зависит от характер почвы и от того, является ли загрузка дренированной или недренированной. В целом, грубозернистые почвы будет очень быстро (с инженерной точки зрения) «истощаться» после загрузки. Поэтому развития избыточного порового давления не произойдет; изменение громкости связанные с приращениями эффективных напряжений будут контролировать поведение и критерии Мора-Кулона будут справедливы. Мелкозернистые насыщенные почвы
первоначально реагируют на нагрузку, создавая избыточное поровое давление воды и
оставшийся на постоянный объем .На этом этапе критерии Трески, которые
использует общий стресс для представления неистощенного поведения.
Прочность не зависит от нормального напряжения, так как реакция на нагрузку простая увеличивает поровое давление воды, а не эффективное напряжение. Прочность на сдвиг т ф является параметр материала, который известен как недренированная прочность на сдвиг с и . т ж = (s a — s r ) = константа
Прочность увеличивается линейно с увеличением нормального напряжения и равна нулю, когда нормальное напряжение равно нулю. В критерии Мора-Кулона параметром материала является угол трения f, и материалы, соответствующие этому критерию, называются фрикционными. Прочность увеличивается линейно с увеличением нормального напряжения и положительна, когда нормальное напряжение равно нулю. В грунтах критерий Мора-Кулона применяется, когда нормальное напряжение является эффективным нормальным напряжением. В грунтах сцепление по критерию эффективного напряжения Мора-Кулона отличается от сцепления (или прочности в недренированном состоянии s u ) по критерию Треска.
Часто значение c’
выведено из результатов лабораторных испытаний (в аппарате для испытаний на сдвиг)
может показаться, что это указывает на некоторую прочность на осколки при s’ = 0.
Экспериментальное исследование закона и механизма изменения параметров прочности грунта на сдвиг вдоль склона Под действием просачивания дождевых вод, геологического происхождения и деятельности человека параметры прочности грунта на сдвиг будут иметь пространственную изменчивость вдоль направления склона.После отбора проб илистой глины на склоне в районе водохранилища Три ущелья в качестве объекта исследования на участке были проведены не только крупномасштабные испытания на прямой сдвиг, но и испытания на прямой сдвиг, испытание на содержание воды, испытание на плотность и анализ гранулометрического состава проводили в лаборатории с ненарушенной почвой. Исследованы закон и механизм изменения параметров прочности грунта на сдвиг вдоль склона. 1. Введение Параметры прочности на сдвиг грунта очень важны при расчете устойчивости грунтового откоса. Точность параметров прочности на сдвиг напрямую влияет на достоверность результатов расчета устойчивости откосов [1–5]. Однако из-за воздействия осадков, деятельности человека и геологического генезиса на грунт склона параметры прочности на сдвиг имеют пространственную изменчивость не только в направлении глубины, но и в направлении склона [6-8]. В последние годы учеными проведен ряд исследований пространственной изменчивости и вероятностного распределения параметров прочности грунта на сдвиг склона. Луо и др. В работе [9] в качестве примера использован однородный откос насыпи. Установлено, что различный уровень варьирования параметров прочности грунта на сдвиг оказывает существенное влияние на запас прочности откоса. Degroot и Baecher [10], Chiasson et al. [11], Cafaro и Cherubini [12], Chenari и Farahbakhsh [13], а также Lin et al. [14] провели полевые испытания и исследования глины на различных участках и обнаружили, что параметры прочности на сдвиг показали очевидные линейные изменения по глубине залегания.Ван и др. В работе [15] изучен средний гранулометрический состав горной породы и грунта в откосе отвала на основе полевых исследований и лабораторных испытаний и установлена связь между гранулометрическим составом и углом трения породно-грунтовой массы. Вышеупомянутые исследования в основном сосредоточены на моделях пространственной изменчивости и распределения вероятностей параметров прочности на сдвиг региональных склонов, и большинство из них сосредоточено на различии параметров прочности на сдвиг различных типов грунтов в направлении погребенной глубины, в то время как несколько исследований проводились по варьированию параметров прочности на сдвиг вдоль склона одного и того же геологического слоя в одном склоне. 2. Разработка схемы испытаний2.1. Схема испытаний на месте2.1.1. Выбор места для испытаний на местеМеста для испытаний были выбраны на основе следующих принципов: ① Места для испытаний должны быть относительно плоскими, и это должно быть удобно для размещения испытательного оборудования и проведения испытаний на прямой сдвиг на месте. ② Чтобы изучить закон вариации, между соседними тестовыми точками должна быть достаточная разница высот, и они должны находиться на одной линии в направлении склона. На основе вышеизложенных принципов были выбраны 4 испытательных участка для крупномасштабного испытания на прямой сдвиг на месте. 2.1.2. Подготовка образцов на местеПри подготовке образцов для испытаний на прямой сдвиг на месте сначала удалите покровный слой толщиной около 30 см с поверхности, затем начертите на земле квадрат размером 510 мм × 510 мм, выкопайте канавки по окружности квадрат и обработайте его в образец размером 500 мм × 500 мм × 400 мм, как показано на рисунке 2. 2.1.3. Оборудование для испытаний на месте Испытания на прямой сдвиг на месте проводились с использованием самодельной системы испытательного оборудования, как показано на рис. 3. Система испытательного оборудования включает следующее: ① Верхний и нижний ящики для сдвига, соединенные скользящими дорожками. ② Домкраты, применяющие нормальную силу и горизонтальную нагрузку, три образца XCZJ1, XCZJ2, XCZJ3 и XCZJ4 в каждом испытательном месте, соответственно, подвергались трем нормальным напряжениям 20,00 кПа, 33,33 кПа и 46. 2.2. Схема лабораторных испытаний2.2.1. Подготовка лабораторных образцов Четыре пластиковых ящика для хранения были использованы для герметизации нетронутой почвы в четырех тестовых точках на площадке, а затем были доставлены обратно в лабораторию. В соответствии со стандартами [23] кольцевые ножи с площадью отбора проб 3000 мм 2 , внутренним диаметром 61,8 мм и высотой 20 мм использовались в лаборатории для отбора проб ненарушенного грунта в пластиковых ящиках для хранения. 2.2.2. Лабораторное испытательное оборудованиеЧетверной прибор прямого сдвига ZJ с регулируемой деформацией был использован в лабораторных испытаниях на прямой сдвиг, который может одновременно выполнять испытания на сдвиг четырех образцов при различных нормальных напряжениях. Нормальное напряжение применялось соответственно при 100 кПа, 200 кПа, 300 кПа и 400 кПа. Прибор прямого сдвига показан на рисунке 4. 3. Анализ результатов испытаний3.1. Анализ результатов испытаний на местеОбразцы в прямых испытаниях на месте после разрушения при сдвиге показаны на рисунке 5.Кривые напряжения сдвига в зависимости от смещения сдвига для четырех разных мест испытания на подъем при трех разных нормальных напряжениях показаны на рисунке 6. Из рисунка 6 видно, что кривые соотношения напряжения сдвига и смещения сдвига показывают одинаковые характеристики пластической деформации. Кривые пиковой прочности для четырех различных мест проведения подъемных испытаний показаны на рис. 7 при трех нормальных напряжениях. Из рисунка 7 видно, что при том же нормальном напряженном состоянии пиковая прочность сначала уменьшается, а затем увеличивается с уменьшением высоты места испытания; пиковая прочность увеличивается с увеличением нормального напряжения при различных условиях нормального напряжения. На основе критерия Мора-Кулона были проанализированы результаты испытаний на прямой сдвиг на месте в четырех разных точках высотных испытаний при различных нормальных напряжениях, и были получены углы сцепления и трения в четырех местах испытаний, как показано в таблице. 1.
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Понимание того, что влияет на прочность грунта, и ее количественная оценка всегда являются первыми шагами, которые необходимо предпринять. 
При сравнении различных типов гранулированного грунта угол трения является единственным свойством, определяющим прочность. Угол трения имеет решающее значение при поиске материалов для конструкционного заполнения армированных грунтовых конструкций и важен для таких применений, как рабочие платформы и основания дорог. Следует также помнить, что любое изменение угла трения может потребовать изменения конструкции.
Поэтому вода может двигаться только с гораздо меньшей скоростью, а дренаж очень медленный, поэтому, когда к глинистой почве прилагается нагрузка, поровое давление воды не может рассеяться.Поскольку вода несжимаема, поровое давление воды несет нагрузку, и напряжения между частицами в глине не увеличиваются. Кратковременное насыщенное напряжение сдвига глины, таким образом, является постоянной величиной, называемой недренированным напряжением, обозначаемым c u или s u . При рассмотрении несущей способности глинистых грунтов прочность на сдвиг в недренированном состоянии имеет решающее значение. Это чрезвычайно распространено в Великобритании, где почвы с высоким содержанием глины встречаются на многих строительных площадках.Со временем вода будет стекать с глины, а поровое давление будет медленно снижаться и, следовательно, прочность глинистых грунтов будет увеличиваться, однако это очень долгосрочный эффект. 
Когда к рыхлому, неуплотненному грунту прикладывается нагрузка, частицы сближаются по мере того, как грунт сжимается. После сжатия почвы происходит сдвиг, когда частицы начинают двигаться друг над другом.Прочность почвы на сдвиг увеличивается по мере уплотнения частиц, в конечном итоге сохраняя постоянный уровень и постоянную плотность или объем. 
Если речь идет о условиях высокой деформации, предпочтительным вариантом, скорее всего, будет прочность при постоянном объеме. Важным соображением является обеспечение того, чтобы в отчете о материалах была указана соответствующая прочность для целей проектирования.
Максимальное значение напряжения, которое может быть выдержано, называется прочностью . 
В общем случае напряжения на другой плоскости будут другими.
Показанный здесь простой тип отказа связан с пластичными или пластичными материалами. Если материал хрупкий (например, кусок мела), разрушение может быть внезапным и катастрофическим с потерей прочности после разрушения. 
Это
краткосрочная или немедленная реакция на нагрузку. Как только поровое давление спадет,
через некоторое время действующие напряжения возрастают и
Критерий Мора-Кулона будет описывать мобилизованную силу. Это
длительная реакция на нагрузку. 
В грунтах критерий Мора-Кулона применяется, когда нормальное напряжение является эффективным нормальным напряжением. 
то есть частицы «слипаются» вместе или каким-то образом «цементируются». Часто
это связано с установкой линии c’, f’
к экспериментальным данным, и можно сделать вывод о «кажущейся» когезии из-за
всасывания или дилатансии. 
Результаты показывают следующее: (1) Коэффициент вариации параметров прочности на сдвиг вдоль склона относительно велик.С уменьшением высоты места испытания значение сцепления имеет тенденцию к увеличению, в то время как угол трения имеет тенденцию к ухудшению. 2. Определен механизм закона изменения параметров прочности грунта на сдвиг вдоль склона, который в основном обусловлен уменьшением высоты, уменьшением ребер и углов между частицами, увеличением содержания глины. (3) Предлагается модель изменения параметров прочности на сдвиг вдоль склона, которая может служить ориентиром для соответствующих проектов.
Хуанг и др. [16] изучали изменчивость параметров прочности грунта на сдвиг и предположили, что когда изменчивость углов сцепления и трения велика, они следуют логнормальному распределению и t -распределению соответственно.Ли и др. [17] проанализировали геологические данные почти 400 оползней в районе водохранилища Три ущелья и пришли к выводу, что сцепление зоны скольжения подчиняется логнормальному распределению, а угол трения подчиняется нормальному распределению. Исследование Луо и др. было [18] основано на статистическом анализе угла сцепления и трения 1074 грунтов зоны скольжения в районе Ваньчжоу в районе водохранилища Три ущелья и пришло к выводу, что сцепление и угол трения грунта зоны скольжения в эта область подчиняется нормальному распределению.Су и др. [19] на основе прочности на сдвиг шанхайского мягкого грунта, используя статистический анализ K-S, пришли к выводу, что логарифмическое нормальное распределение является более разумным и удобным для параметров прочности на сдвиг.
Основываясь на модели нестационарного случайного поля, Цзян и Хуанг [20] обнаружили, что среднее значение и стандартное отклонение параметров прочности недренированного грунта на сдвиг увеличиваются с увеличением глубины залегания. Чжан и др. [21] установили совместную функцию плотности вероятности сцепления и угла трения грунта на основе байесовской модели.Гонг и др. В работе [22] предложен метод нормальной диффузии информации для оценки вероятностного распределения параметров прочности на сдвиг породы и грунта, практически не зависящий от изменения емкости образца. 
В данной работе в качестве объекта исследования была взята илистая глина осадочного склона в городе Шачжэньси в районе водохранилища Трех ущелий. соответственно были приняты тесты на просеивание. Исследованы закон и механизм изменения показателей прочности грунта на сдвиг по направлению склона (от высокого к низкому). 
Числа варьировались от высоких до низких, обозначенных как XCZJ1, XCZJ2, XCZJ3 и XCZJ4, и соответствующие высоты составляли 285 м, 271 м, 251 м и 224 м. Высота подножия склона составила 183 м, как показано на рисунке 1. 
67 кПа. ③ Индикаторы часового типа для измерения горизонтальных и нормальных перемещений и несколько магнитных опор для фиксации индикаторов часового типа. ④ Реактивные рамы, обеспечивающие противодействие обычным и тангенциальным домкратам. Чтобы обеспечить стабильную нормальную силу, для испытательного оборудования установлены 4 стальные колонны, нижний конец каждой стальной колонны закреплен на нижней коробке сдвига, а верхний конец прикреплен к земле проволочным тросом. 
и выполнить испытание на прямой сдвиг. Тесты на содержание воды, тесты на естественную плотность и тесты на просеивание частиц также проводились на ненарушенной почве в лаборатории.
; то есть напряжение сдвига быстро увеличивается на ранней стадии и замедляется на более поздней стадии, а наклон кривых непрерывно изменяется от большого к малому. При том же нормальном напряжении, чем ниже высота места испытания, тем раньше появляется пик прочности.
66 
с использованием ненарушенных образцов, взятых с участка.
19 Это видно из таблицы 2 и Рисунок 11, что сплоченность имеет тенденцию к увеличению с уменьшением высоты расположения испытаний. Чем ниже отметка, тем больше общая степень упрочнения и степень ступенчатого упрочнения. Угол трения уменьшается с уменьшением высоты места испытания. Когда высота ниже, общая степень износа и степень износа стадии сначала увеличиваются, а затем уменьшаются, и общая тенденция уменьшается.Изменение углов сцепления и трения, полученных при лабораторном испытании на прямой сдвиг вдоль направления склона, такое же, как и при испытании на прямой сдвиг на месте.
3.2.2. Evolution Mechanism Analysis
Основными факторами, влияющими на параметры сдвига грунта, являются минеральный состав грунта, градация частиц, влажность и плотность [24–26]. Поскольку минеральный состав почвы в одной и той же толще склона в основном одинаков, в данной работе изучается механизм изменения параметров прочности на сдвиг в зависимости от градации частиц почвы, содержания воды и плотности.
Принят тот же принцип нумерации, что и для лабораторных испытаний на прямой сдвиг. Номера испытаний на содержание воды: SNHS1, SNHS2, SNHS3 и SNHS4; номера испытаний на естественную плотность: SNMD1, SNMD2, SNMD3 и SNMD4; номера тестов для анализа просеивания частиц: SNKF1, SNKF2, SNKF3 и SNKF4. Результаты теста на содержание воды приведены в таблице 3, а результаты теста натуральной плотности приведены в таблице 4.
Тест на содержание воды в таблице 3 показывают, что содержание воды в образцах в разных тестовых местах составляет от 18,14% и 18,42%, а стандартное отклонение 0,111, почти без разницы. Результаты испытаний на естественную плотность в таблице 4 показывают, что естественная плотность образцов в разных местах испытаний составляет от 2. Кривые сортировки грунтов в разных местах проведения испытаний показаны на рисунке 12. Частицы с диаметром частиц более 2 мм называются группой гравия, а частицы диаметром 2 мм являются пороговыми с капиллярной силой или без нее.Поэтому можно считать, что процент частиц крупнее 2 мм является основным фактором, влияющим на угол трения грунта [27, 28]. Диаметр частиц 0,5 мм является предельным значением с адгезией или без нее. Можно считать, что процент частиц размером менее 0,5 мм является основным фактором, влияющим на сцепление грунта [27]. Процентное содержание частиц размером более 2 мм и менее 0,5 мм в различных точках испытаний показано в таблице 5.
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
42 
005 г·см −3 и 2,023 г·см −3 , а стандартное отклонение равно 0,007, что в основном одно и то же. Видно, что обводненность и природная плотность образцов разных местонахождений очень близки, что не является принципиальной причиной изменения показателей прочности на сдвиг. 
На рисунке 13 показан процент частиц размером более 2 мм и угол трения в зависимости от высоты места проведения испытаний.На рис. 14 показан процент частиц размером менее 0,5 мм и сцепление в зависимости от высоты места испытания. Процент частиц больше 2 мм уменьшается с уменьшением возвышения, а процент частиц размером менее 0,5 мм увеличивается с уменьшением высоты.
Это может быть вызвано просачиванием осадков, которые перемещают мелкие частицы в почве с верхних слоев на нижние. Угол трения грунта уменьшается с уменьшением доли частиц крупнее 2 мм, поскольку уменьшается угловой угол между контактом частиц грунта и уменьшается сила укуса.Сцепление увеличивается с увеличением процентного содержания частиц размером менее 0,5 мм, в основном за счет уменьшения пустот между частицами почвы, увеличения содержания глины и увеличения сцепления. Результаты теста согласуются с мнением Li et al. [29].
4. Изменение параметров прочности на сдвиг
Диапазон коэффициентов вариации угла сцепления и трения, используемый в существующей литературе, статистически обобщен в таблице 6 [30, 31], которая вместе с коэффициентами вариации угла сцепления и трения получается в Эта бумага.
| |||||||||||||||||||||||||
19-0.55
Сравнение и анализ данных в Таблице 6, можно увидеть, что коэффициенты вариации Полученные в данной работе углы сцепления и трения находятся в разумных пределах, но коэффициенты вариации велики, что свидетельствует о том, что нельзя игнорировать изменчивость параметров прочности на сдвиг грунта вдоль склона.
Предполагая, что изменение параметров прочности на сдвиг вдоль склона представляет собой непрерывный процесс, можно построить модели эволюции параметров прочности на сдвиг вдоль склона. Из-за целостности сети трещин и высокой скорости разрушения образцов большого размера параметры прочности на сдвиг, полученные при прямом испытании на сдвиг на месте, обычно меньше, чем параметры, полученные при лабораторном испытании на прямой сдвиг.
Вес результатов испытаний на месте и результатов лабораторных испытаний был принят за 50% соответственно, а угол трения и сцепление были рассчитаны для анализа закона изменения параметров прочности на сдвиг.Принимая испытательный участок 285 м в качестве эталонного, рассчитывают разницу высот, общую степень упрочнения сцепления и общую степень износа угла трения, а результаты суммируют в таблице 7. На рисунке 15 представлены кривые эволюции общего степень усиления сцепления и степень полного износа угла трения с разницей высот. Модели эволюции показаны в уравнениях (5)–(8).
модель эволюции общей степени укрепления сплоченности вдоль склона: почвы сцепления по склону до определенной отметки: Эволюционная модель степени полного ухудшения угла трения по склону: Угол трения грунта по склону до определенной отметки:где — степень полного упрочнения сцепления (кПа/м ), h — перепад высот от желаемого местоположения склона до опорной точки. 5. Выводы Этот документ основан на тесте на прямой сдвиг на месте, лабораторном тесте на прямой сдвиг, тесте на содержание воды, тесте на плотность и тесте на просеивание частиц, и основные выводы следующие: (1) Кривая изменения касательного напряжения при сдвиговом смещении показывает характеристики пластической деформации. При том же нормальном напряженном состоянии, чем ниже отметка места испытания, тем раньше проявляется пик прочности грунта. Пиковая прочность грунта обычно уменьшается с уменьшением высоты места испытания.(2) Сцепление грунта вдоль склона имеет тенденцию к постоянному укреплению с уменьшением высоты места испытания. Чем ниже отметка, тем больше общая и ступенчатая степень усиления. Доступность данныхДанные, использованные для поддержки результатов этого исследования, можно получить у соответствующего автора по запросу. Конфликт интересовАвторы заявляют об отсутствии конфликта интересов в связи с публикацией данной статьи. БлагодарностиЭто исследование спонсировалось Национальным фондом естественных наук Китая (номер.51439003) и Исследовательский фонд для отличной диссертации Китайского университета трех ущелий (№ 2018BSPY008). Электромагнитные силы и прочность грунтаВ этой статье описываются аналитические методы для выражения электромагнитных сил взаимодействия в грунтах. Включены электростатические и электродинамические силы. Подход основан на выражении сил взаимодействия через физические свойства отдельных компонентов системы (почвенные твердые тела, поровая жидкость, ионы).Подчеркнуто влияние диэлектрических свойств поровой жидкости. Представлены результаты экспериментальной программы по проверке вида аналитического решения. На tient surtout compte dans cet Статья, посвященная аналитическим методам, применяемым для определения электромагнитных сил взаимодействия, включает электростатические и электродинамические силы, которые необходимо найти в растворе. Le sujet est abordé en exprimant l’interaction de ces memes forces par rapport aux caractéristiques physiques des composants isolés du système (твердые вещества дю золь, интерстициальные жидкости, ионы). On souligne tout particulièrement la portée des éléments diélectriques des fluides interstitielles. Результаты экспериментальной программы представлены в форме проверки аналитического решения. Определение прочности почвы на питаемом водно-болотном угодье с использованием тонкослойной укладки дноуглубительных отложенийAbstract Прибрежные водно-болотные угодья подвергаются ускоренным темпам фрагментации и деградации из-за повышения уровня моря, дефицита наносов, оседания и проникновения соленой воды. Это снижает их способность приносить экосистемные выгоды, такие как затухание волн, среда обитания для перелетных птиц и поглотитель циклов углерода и азота. В 2016 году разрушенное водно-болотное угодье обратного барьера в Нью-Джерси, США, было напитано за счет тонкослойного размещения (TLP) драгированных отложений. Образец цитирования: Harris BD, Day DJ, Cadigan JA, Jafari NH, Bailey SE, Tyler ZJ (2021) Определение прочности почвы на питаемом водно-болотном угодье с использованием тонкослойного размещения драгированных отложений.ПЛОС ОДИН 16(5): e0251420. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0251420 Редактор: Джулия А. Черри, Университет Алабамы, США Поступила в редакцию: 19 августа 2020 г.; Принято: 26 апреля 2021 г .; Опубликовано: 11 мая 2021 г. Эта статья находится в открытом доступе, свободна от каких-либо авторских прав и может свободно воспроизводиться, распространяться, передаваться, изменяться, дополняться или иным образом использоваться любым лицом в любых законных целях.Работа доступна в качестве общественного достояния Creative Commons CC0. Доступность данных: Все данные представлены в прилагаемой таблице Excel. Финансирование: Автор(ы) не получали специального финансирования для этой работы. Конкурирующие интересы: Авторы заявили об отсутствии конкурирующих интересов. Введение Прибрежные водно-болотные угодья обеспечивают ряд жизненно важных экологических услуг, включая среду обитания рыб и диких животных, фильтрацию воды, секвестрацию углерода и питательных веществ, а также защиту от наводнений и штормов [1–7]. Однако из-за повышения уровня моря, гидрологических и наносных ограничений темпы фрагментации и потери водно-болотных угодий ускорились.Размещение тонкого слоя (TLP) является общей стратегией управления восстановлением, используемой на всем побережье Мексиканского залива, Атлантического и Тихоокеанского побережья Соединенных Штатов, которое направлено на улучшение биотических и абиотических условий окружающей среды путем закачки отложений, вынутых гидравлическим способом, на болотную платформу [8–17]. Внесение дноуглубительных отложений на ухудшающиеся водно-болотные угодья увеличивает высоту болота и улучшает аэрацию почвы в корневой зоне, тем самым увеличивая окислительно-восстановительный потенциал (Eh), продуктивность растений и наращивание почвы, позволяя болотам идти в ногу с относительным повышением уровня моря [9, 16, 18, 19].Тем не менее, количественная оценка устойчивости или прочности подземного грунта после TLP все еще плохо изучена, несмотря на то, что это важный параметр для прогнозирования устойчивости водно-болотных угодий (т. Лишь недавно была стандартизирована методология количественной оценки прочности водно-болотных угодий с использованием конусного пенетрометра [21]. В результате в следующем исследовании проводится тест конусного пенетрометра (CPT) для измерения прочности подземного грунта в сравнении с принятыми показателями характеристик траектории для определения влияния TLP на биотические и абиотические свойства почвы. CPT — это распространенный метод, используемый инженерами-геотехниками для определения стратиграфии и инженерного поведения грунта для инфраструктурных проектов (например, дамб, плотин и мостов) [22]. Стандартный CPT измеряет сопротивление наконечника, трение муфты и поровое давление воды [23], но могут быть добавлены дополнительные модули для измерения влажности почвы, удельного сопротивления и температуры [21]. Наряду со способностью предоставлять более широкий спектр данных основным преимуществом CPT по сравнению с другими полевыми методами (например,например, ручные ножевые лопатки или торваны) обеспечивают ли они непрерывный профиль сопротивления по глубине, что позволяет лучше оценить стратиграфию подповерхностного участка. Кроме того, CPT можно проводить быстрее, чем полевые флюгерные испытания, что позволяет получить более надежный набор пространственных данных. Внедрение CPT на водно-болотных угодьях не было обычным явлением из-за ограничений инструментовки, но стало более распространенным за последние десятилетия. В марте 2016 года Инженерный корпус Соединенных Штатов Америки (USACE) округа Филадельфия (NAP) начал восстановление прибрежных водно-болотных угодий в Нью-Джерси, США, через TLP. В общей сложности в результате восстановления было отложено 34 405 м3 (45 000 ярдов3) вынутых отложений из прибрежного водного пути Нью-Джерси (NJICW) [19] на пяти участках локализации. Осадок удерживался с помощью бревен кокосового волокна, которые были разрезаны после стабилизации вынутого грунта (примерно 6 месяцев), чтобы ускорить разрушение бревен кокосового волокна.Высота размещения цели, основанная на приливных и биологических ориентирах, варьировалась от 0,73 до 0,91 м (от 2,4 до 3,0 футов) NAVD88 [25, 26]. В этом исследовании 2019 года были проведены две 100-метровые трансекты в пределах одной из площадок сдерживания TLP 2016 года, перемещающейся вниз по течению от выхода земснаряда. Первая трансекта пересекала ранее запруженный участок, а вторая трансекта пересекала приливный ручей.Результаты сравниваются с эталонным участком в 500 м к северо-востоку от места питания. Это исследование является первым, в котором оцениваются преимущества дноуглубительных отложений на водно-болотных угодьях с использованием CPT и традиционных измерений характеристик траектории для количественной оценки увеличения прочности почвы при питании водно-болотных угодий. Эти результаты могут служить отправной точкой для будущих проектов восстановления, демонстрируя полезные методы мониторинга создания для прибрежных заинтересованных сторон. ФонОписание сайтаМесто проведения исследования расположено недалеко от Авалона, штат Нью-Джерси, США (рис. 1).Участки находятся в пределах комплекса приливных болот площадью 17 км2, примыкающего к Грейт-Саунд. Поступление пресной воды на участок ограничено, ближайшие реки расположены примерно в 26 км (река Грейт-Эгг-Харбор) и 56 км (река Маллика) к северу [27]. Поверхностные отложения представлены в основном солончаками эпохи голоцена и эстуарными отложениями (органические илы и глины с песком) до максимальной глубины 18 м [28, 29], выклинивающейся с востока на запад [27]. Голоценовые отложения подстилаются плейстоценовыми песчаными отложениями мощностью около 37 м с некоторыми прослоями алевритов [27, 29]. Рис. 1. Обзор участка исследования питания отложений в Авалоне, штат Нью-Джерси, США. (а) Место проведения исследования. (b) Схема исследования, ограждение бревен кокосовой койры, выемка дноуглубительных работ и расположение трубопроводов. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0251420.g001 Деградация водно-болотных угодий на территории была выявлена в результате быстрого перехода покрытых растительностью болотных площадок к неглубоким панелям без растительности в результате эрозии и нагрузки на растительность в течение десятилетий [16, 19, 30]. Первичная растительность, расположенная на водно-болотных угодьях, представляла собой низкую форму S . alterniflora , переходящий в высокорослую форму S . alterniflora по мере уменьшения высоты возле прудов и приливных ручьев (рис. 1). Растительные участки расположены на средней высоте 0.61 м NAVD88 (±0,20 м), в то время как мелководные открытые водные бассейны были обнаружены на средней высоте 0,26 м NAVD88 (±0,13 м) [16]. МетодологияЭто полевое исследование состояло из двух разрезов в пределах одного из участков питания: (1) разрез, пересекающий участок запруды, именуемый в данном документе «Разрез А», и (2) разрез, пересекающий приливно-отливный ручей , именуемый в настоящем документе «Разрез B» (рис. 1).Оба разреза простирались на 100 м от устья земснаряда с интервалом между образцами 20 м и были выбраны, чтобы показать контрастные исходные точки для последствий укоренения. Доступ в поле и сбор проб были одобрены и контролировались Институтом водно-болотных угодий. Кроме того, лица, представленные в этой рукописи, дали письменное информированное согласие на публикацию сведений об этих случаях. Конусный пенетрометр Используемый CPT был специально разработан для использования в ультрамягких заболоченных почвах, обычно встречающихся в прибрежной Луизиане, и включает как геотехнические параметры (сопротивление наконечника, трение рукава и поровое давление), так и абиотические параметры (влажность почвы, удельное электрическое сопротивление и температура). Зондирование CPT проводится вручную с заданной стандартной скоростью проходки 2 см/с [23]. Полевые образцы Вдоль разрезов были отобраны образцы почвы с использованием кернов из поливинилхлорида (ПВХ) и российского торфяного бура для проверки измерений СРТ с использованием традиционных показателей эффективности. Почвенные керны собирали, вставляя трубу из ПВХ (диаметром 15 см) примерно на глубину 30–35 см. Образцы из этих кернов были экструдированы в полевых условиях и разрезаны на 5-сантиметровые секции, упакованы в пакеты, отправлены на льду и хранились при 4°C до обработки. Образцы обрабатывали для определения подземной биомассы, объемной плотности и содержания влаги с глубиной.Четыре (4) пробы российского торфяного бура были взяты на каждом участке в пределах зоны размещения ТЛП, чтобы разграничить дноуглубительные отложения (темно-серые и однородные) и болотные отложения с растительностью (коричневые). Пример перехода от коричневого органического к темно-серому минеральному слою из недр на глубине 60 м показан на рис. 4. Глубина дноуглубления фиксировалась и собиралась в мешки для определения размера зерен отложившегося материала в соответствии с [34]. РезультатыПерераспределение отложений После питания TLP исследователи из Центра инженерных исследований и разработок USACE (ERDC) собрали образцы отложений, извлеченных из скважины вдоль разреза A, чтобы определить изменение размера зерен при движении вниз по уклону устья земснаряда.Сравнение процентного содержания мелкозернистого материала (<0,075 мм) по результатам 2016 г. и исследования 2019 г. показано на рис. 5. Отбор проб 2016 г. показал, что по мере увеличения расстояния от выхода земснаряда процент мелкозернистых отложений увеличивался. . Это связано с тем, что более грубый материал (например, песок) выпадает из взвеси быстрее, чем более мелкий материал (например, ил и глина). Однако такая же тенденция не проявляется в 2019 г., что указывает на более постоянный процент штрафов по трансекте.Это перераспределение мелких частиц может быть связано с нарастанием растительности или перемещением наносов за счет гидродинамических процессов и биотурбации [13]. Разрез A: Прочность почвы Вдоль трансекты А, короткая форма S . alterniflora оказался преобладающим типом растительности, простираясь до 40 м от устья земснаряда, затем переходя на илистую отмель до 80 м, где она превратилась в высокорослую форму S с редкой растительностью. alterniflora до 100 м.Прочность на сдвиг ( τ ) ± 1 стандартное отклонение (SD) с глубиной и мощностью дноуглубительных отложений для каждого участка через разрез А показаны на рис. 6, а в таблице 1 обобщены геотехнические и экологические данные. На выходе земснаряда и в 20-метровых точках были зарегистрированы драгированные отложения глубиной до 5 см, а прочность на сдвиг на этих участках составляла приблизительно 165 кПа. По мере увеличения количества вынутых драгированных отложений соответствующая прочность на сдвиг уменьшалась при толщине отложений 10 см и до 126 кПа на глубине 40 м, и в конечном итоге была обнаружена прочность ниже 90 кПа, когда глубина дноуглубительных отложений превышала 30 см. Разрез B: Прочность почвы Вдоль трансекты B, короткая форма S . alterniflora , по-видимому, был доминирующим типом растительности, простираясь до 40 м от устья земснаряда, а затем переходя в высокорослую форму SA на высоте 60 м. Около 80 м трансекта пересекала приливный ручей до 100 м, где она превратилась в высокую форму с редкой растительностью S . альтернифлора . Прочность на сдвиг ( τ ) ± 1 стандартное отклонение (SD) в зависимости от глубины и мощности дноуглубительных отложений для каждого участка разреза B показаны на рис. 7, а в таблице 2 обобщены геотехнические и экологические данные.На выходе земснаряда драгированные отложения были зафиксированы глубиной до 5 см, а площадка имела прочность 159 кПа. Как и в случае разреза А, пиковые значения прочности на сдвиг уменьшались по мере увеличения толщины дноуглубительных отложений при толщине отложений 10 см и прочности 146 кПа на глубине 40 м, а затем прочности менее 119 кПа для отложений дноуглубительных работ толщиной более 31 см. Эталонный сайт В рамках референтного центра КПП проводились в рамках короткой и полной формы S . alterniflora , с преобладающей растительностью короткой формы. Эталонная область считалась стабильной (т. е. без заметного ухудшения) в течение последних трех десятилетий на основе цейтраферных аэрофотоснимков. Из-за нехватки времени все оборудование для отбора керна использовалось на питаемой территории, поэтому керны почвы не собирались. Средние значения прочности на сдвиг ± 1 SD полос для обеих форм растительности показаны на рис. см.Высокая форма S . alterniflora была обнаружена на более низкой высоте, чем короткая форма, в неглубоком закрытом пруду. Пиковое сопротивление сдвигу 123 кПа было обнаружено на глубине 11 см, а влияние растительности было зафиксировано на глубине до 30 см. На участках короткой и высокой формы нижележащий грунт имел среднюю прочность на сдвиг 46 кПа. Показатели эффективностиДля количественной оценки эффективности CPT по сравнению с другими показателями производительности, подземная биомасса, объемная плотность и содержание влаги измерялись на каждом участке вдоль трансект и сравнивались с профилем прочности на сдвиг. Прочность на сдвиг и подземная биомасса демонстрировали аналогичные тенденции с глубиной, увеличиваясь от поверхности болота до глубины 13 см, где находится пик подземной биомассы, а затем аналогичная тенденция к снижению с глубиной до 30 см, рис. 9. Более высокие значения прочности на сдвиг (>75 кПа) коррелировали с образцами с более высокой подземной биомассой (>0,04 г/см3), рис. 10. Меньшие значения прочности на сдвиг обычно обнаруживались в извлеченных отложениях, в которых наблюдалось меньшее количество подземной биомассы. Рис. 10. Прочность на сдвиг по сравнению с измерениями подземной биомассы в пробах драгированных отложений и болотных отложений. Стрелка показывает траекторию движения дноуглубительных отложений до установленных болотных отложений. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0251420.g010 Сводная информация о прочности на сдвиг по отношению к подземной биомассе, объемной плотности и графикам содержания влаги, разделенная на участки дноуглубительных отложений различной толщины: ≤5 см , 5–10 см, 10–30 см и >30 см показаны на рис. Значения прочности на сдвиг на пиковой глубине были в областях> 30 см (рис. 11а).Заштрихованные области на профилях СРТ иллюстрируют изменчивость и означают, что толщины <5 см и 5–10 см демонстрируют меньший разброс (т. Рис. 11. Влияние глубины дноуглубительных отложений в различных интервалах. (a) Прочность на сдвиг, (b) подземная биомасса, (c) сухая объемная плотность и (d) содержание влаги (%) при ≤5 см (красный), 5–10 см (синий), 10–30 см (зеленый) и >30 см (серый). Заштрихованные области и горизонтальные полосы представляют собой ±1 стандартное отклонение. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0251420.g011 Обсуждение Цель этого исследования состояла в том, чтобы изучить полезность применения CPT для изучения установления сдвига водно-болотных угодий, который может предоставить лицам, принимающим решения, информацию о проверке восстановления.Ключевым наблюдением на рис. 11 является то, что пиковая прочность и подземная биомасса уменьшаются с увеличением толщины TLP, что предполагает, что живые корни и корневища могут обеспечивать резкое увеличение прочности. Другое наблюдение из рис. 11 показало, что по мере увеличения толщины TLP также увеличивается разброс CPT. Это означает, что прочность на сдвиг в драгированных отложениях значительно более изменчива из-за широкого диапазона градации частиц (от песка до глины) и различных уровней продуктивности биомассы [23].Кроме того, переход в профилях подземной биомассы происходит на уровне или около 10 см TLP, что может означать переломный момент, когда геотехнические свойства будут напоминать водно-болотные угодья с растительностью или неорганические отложения от TLP [14]. В ходе полевых исследований 2019 г. на всей территории были обнаружены следы запрудного болота (рис. 1).КПП проводились в пределах запруженных дорожек (4) и непосредственно прилегающих зон растительности (6). На рис. 12 показаны концевые сопротивления ( q t ) с глубиной для обоих условий вместе с изображением области испытаний после завершения CPT. увеличивается до пикового сопротивления, а затем снижается до нижележащего грунта. Однако заболоченные зоны указывают на то, что пик q t возникает на поверхности почвы, а затем уменьшается с глубиной, что указывает на то, что участок был нарушен из-за уплотнения.Во время подкормки участка это был обычный путь для болотных багги, перевозивших кокосовые бревна и дноуглубительные трубы, и последствия продолжающегося уплотнения все еще преобладают в болоте 3,5 года спустя. Рис. 12. Среднее сопротивление наконечника для (а) зон с растительностью и (б) запруженных зон, а также (в) мест испытаний вдоль строительных дорожек. Красные и синие кружки обозначают зоны растительности и запруды соответственно. Заштрихованные области представляют собой ± 1 стандартное отклонение. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0251420.g012 Результаты этого исследования показали, что на питаемом участке значения прочности на сдвиг были выше, чем у высокой формы S . До подкормки TLP этот участок был сильно деградирован, так как участки водно-болотных угодий с растительностью быстро превратились в неглубокие участки без растительности. Этот сдвиг высоты вниз по отношению к уровню моря вызывает более высокий уровень стресса для здоровья растительности, снижая устойчивость водно-болотных угодий к физическим стрессорам [25]. ВыводыЭто полевое исследование было выполнено с использованием совмещенных конусных пенетрометров и кернов почвы для измерения прочности водно-болотных угодий после подпитки TLP.Эти измерения сравнивались с традиционными показателями производительности (например, подземной биомассой, объемной плотностью и содержанием влаги) на двух трансектах в пределах питаемого водно-болотного угодья. Основные результаты этого исследования резюмируются следующим образом:
В этом конкретном случае исходные данные предоставили бы дополнительную информацию для более точного определения траекторий образования водно-болотных угодий, и поэтому они настоятельно рекомендуются для будущих полевых исследований. Благодарности Авторы хотели бы поблагодарить Центр инженерных исследований и разработок (ERDC) в рамках программы USACE по дноуглубительным работам и исследованиям окружающей среды (DOER), а также Министерство обороны (DoD) в рамках программы «Наука, математика и исследования в целях трансформации» ( SMART), а также грант Центра передового опыта в соответствии с Законом об устойчивости ресурсов и экосистем, туристических возможностей и возрождения экономики штатов побережья Мексиканского залива (Закон RESTORE). Каталожные номера
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(м), – сцепление грунта в желаемом месте (кПа), – сцепление грунта в контрольном месте (кПа), – предельное значение сцепления грунта (кПа), – степень полного ухудшения трения грунта угол (°/м), угол трения грунта в желаемом месте (°), угол трения грунта в эталонном месте (°) и предельное значение угла трения грунта (°).
Угол трения показывает постоянную тенденцию к ухудшению с уменьшением высоты места испытания. При меньшей высоте общая и стадийная степени износа сначала увеличиваются, а затем уменьшаются, и общая тенденция уменьшается. тяговая сила просачивания осадков.Мелкие частицы в почве переносятся под действием тяговой силы из места с высоким уровнем в место с низким уровнем, что приводит к уменьшению краевых углов частиц почвы в месте с более низким уровнем и увеличению содержания глины и адгезии. Но не исключен эффект наложения других условий залегания почвы. Механизм не зависит от влажности и естественной плотности грунта.(4)Ввиду большого коэффициента вариации параметров прочности на сдвиг грунта вдоль склона предлагается учитывать изменчивость параметров прочности на сдвиг вдоль склона. уклон и глубина залегания при анализе устойчивости склона.В данной статье представлена модель эволюции параметров прочности на сдвиг грунта вдоль склона, которая может служить эталоном для подобных проектов.
Испытания на трехосный сдвиг, лопастной сдвиг и энергию активации для испытаний на ползучесть проводились на глинистых грунтах с поровыми жидкостями, демонстрирующими различные статические диэлектрические постоянные. Было обнаружено, что значения энергии активации и прочности на сдвиг изменяются в зависимости от статической диэлектрической проницаемости порового флюида в порядке, предсказываемом предложенной теорией.
Le cisaillement triaxial, le cisaillement avec le sissomètre et l’energie pour activer des essais au fluage sont appliqués aux sols argileux contenant des Flues interstitielles et qui démontent des Constants diélectriques переменных. Il s’avere que les valeurs enregistrées par la puissance d’activation ainsi que par la Resistance à la rupture au cisaillement varient, selon les Constants diélectriques du flue interstitiel, dans la manière prédite par la proposition en question.
В 2019 году было проведено полевое исследование с использованием конусного пенетрометра (CPT) для количественной оценки установления прочности почвы после питания отложений по сравнению с соседними эталонными участками в сочетании с традиционными показателями эффективности водно-болотных угодий. Результаты показывают, что на подкормленных участках сила слабее, чем на эталонных участках, что свидетельствует о том, что корневая система растительности все еще находится в стадии формирования. Измерения подземной биомассы коррелировали с измерениями прочности CPT, демонстрируя, что прочность на сдвиг, измеренная конусным пенетрометром, может служить заменой для мониторинга траекторий растительности водно-болотных угодий.Кроме того, участки с интенсивным транспортным движением подверглись уплотнению из-за нагрузки тяжелой техники, что затормозило развитие растительности и показало, насколько водно-болотные угодья чувствительны к антропогенным воздействиям. По мере роста потребности в более масштабных проектах по восстановлению водно-болотных угодий CPT может обеспечить быстрые измерения с высоким разрешением на больших территориях, предоставляя правительственным и управляющим агентствам жизненно важные траектории установления.
Лист 1 содержит все данные конусного пенетрометра и настроен с постоянным интервалом глубины в столбце А и данными испытаний в остальных столбцах. Лист 2 содержит данные о размере зерна. Столбец 3 содержит данные о высоте. Колонка 4 содержит значения подземной биомассы, объемной плотности и содержания воды для всех кернов.
В то время как TLP представляется эффективной стратегией восстановления, имеется ограниченная информация об эффективности извлечения отложений на укоренение растительности и прочность почвы водно-болотных угодий. 
В частности, они использовались для определения зон питания подземных вод в штате Массачусетс, США [24], и для лучшего понимания различий в устойчивости солончаков в прибрежной Луизиане, США [20].Совсем недавно [21] разработали CPT для понимания вертикальных и пространственных вариаций геотехнических свойств солончаков в Луизиане, США. 
Толщина отложений колебалась от 5,2 до 9,5 см на участках с растительностью и от 32,5 до 82,5 см на открытых водоемах через шесть месяцев после завершения дноуглубительных работ [16]. 
Аэрофотоснимки из Ортографической карты Национальной карты предоставлены Геологической службой США (2020 г.). (c) Изображение, показывающее высокие и короткие формы S . альтернифлора . Изображение сделано автором. 
На участке наблюдается полусуточный диапазон прилива 1,39 м с MHHW 0,74 м NAVD88 [30]. 
) [21].Эти сверхмягкие грунты имеют высокое содержание воды и сжимаемость, могут быть недоуплотненными и подвергаются уплотнению под собственным весом [31]. В этом исследовании сопротивление рукава считается аналогом прочности на сдвиг, поскольку цель этой методологии состоит в том, чтобы обеспечить сопоставимые значения, а не переменную инженерного проекта. Это полевое оборудование состоит из конического пьезометра, потенциометра и смонтированной на рюкзаке системы сбора данных (DAS), которой может управлять вручную экипаж из трех человек (рис. 2а).Модифицированный рукав с перпендикулярными ребрами длиной 5,2 см (рис. 2b) использовался на протяжении всего исследования для увеличения разрешения сопротивления почвы по всей растительной корневой массе и в более мягкой органической глине. Четыре (4) теста были проведены в пределах 1 м2 на каждом участке, чтобы лучше уловить изменения субстрата в укоренении корней. 
Однако скорость проталкивания может варьироваться и иногда останавливается, если встречается жесткий слой.Остановка проходки приводит к падению скорости толкания до нуля (см. рис. 3а) и последующему увеличению значений сопротивления наконечника и втулки (см. рис. 3б в местах с упорами), когда проходка конуса возобновляется из-за уплотнения грунта вокруг конуса. Скрипт Matlab удаляет эти остановки посредством применения фильтра Савицки-Голея [32], который применяет свертку для сглаживания данных без искажения тенденции сигнала [33]. Скорость проталкивания по отношению к необработанным и обработанным данным сопротивления втулки показана на рис. 3.Средняя скорость толчка на рис. 3а составляет 1,5 см/с. Необработанные данные (красные кружки на рис. 3b) показывают четкие остановки на 25 см и 50 см. Обработанные данные (черные кружки на рис. 3b) удаляют эти остановки и интерполируют между менее плотными красными кружками от 10 см до 20 см. Недостаток данных в этом диапазоне глубин связан со значительной силой, необходимой для продавливания корневого слоя, в результате чего CPT быстро прорывается в нижележащий слой почвы со скоростью, превышающей частоту дискретизации системы сбора данных.
]. 
На разрезе А сопротивление сдвигу нижележащего грунта в среднем составляло 42 кПа с глубиной. 
Прочность на сдвиг подстилающего грунта по разрезу в среднем составляла 36 кПа с глубиной. 
Прочность корней высоких форм была слабее, чем у коротких, вероятно, из-за более низкой высоты, что приводило к более длительному периоду затопления.Влияние корней на силу наблюдалось только до 30 см для высокой формы по сравнению с короткой формой с корневой зоной 40 см. 
Предполагается, что по мере дальнейшего формирования дноуглубительных отложений присутствие подземной биомассы будет увеличивать прочность, чтобы соответствовать измерениям в естественных «болотных отложениях». 
е. неопределенность). Наибольший вклад подземной биомассы ~0,8 г/см3 был обнаружен на участках, на которые было получено ≤5 см драгированных отложений (рис. 11b). Та же тенденция наблюдалась в толще от 5 до 10 см, но с более низкими значениями подземной биомассы. Напротив, наименьший вклад подземной биомассы, составляющий 0,01 г/см3, был обнаружен на участках с TLP более 30 см из-за более низкой высоты и, следовательно, более ухудшенной растительности.Объемная плотность была самой высокой в областях, которые получили TLP> 30 см, что согласуется с объемной плотностью неорганических отложений [35]. Насыпные плотности для TLP менее 10 см показывают почвы, богатые органикой [36]. При более высоких толщинах TLP объемная плотность составляет примерно 0,6 г/см3 у поверхности примерно в течение первых 15 см, но постепенно уменьшается до объемной плотности, аналогичной плотности TLP < 10 см (рис. 11c). Такое поведение может быть результатом смешивания драгированных отложений с естественными отложениями и дает еще один способ понять траекторию TLP.
Содержание влаги [ вес. (%) ] прямо противоположно объемной плотности, поскольку органический материал по своей природе содержит больше воды в порах. Содержание влаги имеет тенденцию увеличиваться с глубиной до более чем 500% для участков ≤5 см и 5–10 см, но остается постоянным с глубиной на участках, которые получили отложения >30 см (рис. 11d). Это более высокое содержание влаги является ключевым индикатором большего укоренения биомассы в районах, получающих менее 10 см отложений, тогда как более высокие поступления отложений имеют более низкое содержание влаги из-за более низких концентраций органического материала.
Эта информация может помочь определить будущее питание отложений, предоставляя расчетные ограничения на верхние пределы толщины укладки и методологию для быстрой оценки установления растительности. 
Ранее было задокументировано, как уплотнение, вызванное тяжелой техникой во время восстановления водно-болотных угодий, приводит к негативным последствиям для развития корней и производства биомассы, что было связано с увеличением объемной плотности, препятствующим проникновению корней [37, 38]. Это демонстрирует, насколько чувствительны водно-болотные угодья к антропогенным воздействиям, и при планировании и строительстве требуется тщательное рассмотрение, чтобы свести к минимуму длительное негативное воздействие, подобное этому.
alterniflora на эталонном участке, но были значительно меньше, чем пиковая прочность на сдвиг, наблюдаемая в короткой форме S . альтернифлора . Кроме того, пиковая прочность на сдвиг была обнаружена на большей глубине, чем на двух эталонных участках, что может означать, что корни растительности еще не полностью утвердились в вынутом грунте. В целом, средняя прочность на сдвиг нижележащего грунта составила 39 кПа для питаемого участка. Если два илистых участка были удалены, среднее значение увеличивается до 45 кПа, что согласуется с эталонным участком. Это показывает, что нижележащая почва обладает внутренней прочностью, которая постоянна на всех питаемых и контрольных территориях и не зависит от функций поверхностных водно-болотных угодий.
Это проявляется в более низкой прочности на сдвиг длинной формы S . alterniflora по сравнению с короткой формой, которая находится на большей высоте в приливном режиме (т.е. низкие периоды затопления). Скорость повышения уровня моря в этом районе составляет 1 см/год [39], а аккреция – 0,3 см/год [40], в результате чего дефицит высоты составляет -0,7 см/год. Среднее увеличение высоты от этого питания TLP увеличило высоту болота на 24 см, что указывает на то, что этот дефицит высоты компенсируется за 34 года. 
Представленные здесь результаты охватывают один момент в процессе создания водно-болотных угодий, питаемых наносами, и для полного понимания долгосрочного воздействия TLP на устойчивость и содержание болот необходим будущий мониторинг. В то время как в других значимых исследованиях используется удлиненный вегетационный период для понимания долгосрочных последствий размещения отложений на биологические, химические и физические зависимости, это полевое исследование продемонстрировало полезность конусного пенетрометра при оценке установления прочности водно-болотных угодий.Использование конусного пенетрометра в сочетании с традиционными показателями эффективности может обеспечить быструю оценку состояния водно-болотных угодий для методов восстановления и управления прибрежными районами. 
Кроме того, авторы хотели бы поблагодарить Джейкоба Берковица и Кристин ВанЗомерен из экологической лаборатории ERDC, а также следующих студентов LSU за помощь в проведении полевых и лабораторных испытаний: Доминиона Аджайи, Махаджебина Хака, Кэмерона Марковица и Амину Мезельхе. Лица, представленные в этой рукописи, дали письменное информированное согласие на публикацию сведений об этих случаях. 
Последствия изменения климата на экогеоморфологию прибрежных водно-болотных угодий.Эстуарии и побережья. 2008. 31(3): 477–491. 
1978. 
Эстуарии и побережья. 2006. 29:737–750. 
Экологическая инженерия 136: 197–208. 
Джафари Н. Х., Харрис Б. Д., Кадиган Дж. А., Дэй Дж. В., Сассер К. Э., Кемп Г. П. и др. (2019). «Сопротивление сдвигу водно-болотных угодий с акцентом на влияние питательных веществ, отложений и повышения уровня моря». Estuary, Coastal and Shelf Science 229: 106394. 
27–31 марта 2017 г. 
Будущее Земли. 2016. 4(4): 110–121. пмид:27819012