Модуль общей деформации грунта (понятие и особенности)

Модуль общей деформации грунта —  представляет собой обобщенную характеристику грунта, отражающую как упругие, так и пластические деформации. [Механика грунтов. Бартоломей А.А.]

Величина модуля общей деформации меняется в процессе воздействия на грунт:

E_ot = P·h / S_t ,

где E_ot — модуль общей деформации грунта в период действия нагрузки t

P — нагрузка;

h — мощность деформируемого слоя;

S_t — полная деформация, успевающая развиться за период времени t.

Модуль общей деформации по сравнению с модулем нормальной упругости имеет следующие отличия [Механика грунтов. Бартоломей А.А.]:

1. В связи с нелинейностью деформаций данное значение модуля общей деформации оказывается справедливым лишь при малых интервалах изменения нагрузки.
2. Модуль общей деформации характеризует зависимость между давлением и деформациями только по ветви загружения; для ветви разгрузки он неприменим.
3. Модуль деформации — величина переменная, изменяющаяся в зависимости от времени действия нагрузки, степени уплотнения грунта, площади и формы штампа, глубины расположения штампа относительно поверхности грунта.
4. Величина модуля упругости грунтов, характеризующая зависимость между давлением и только упругой составляющей деформаций, всегда будет больше, чем модуль общей деформации того же грунта.

Модуль деформации грунта определяют по следующим нормативным документам 

• ГОСТ 12248-2010 Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости.
• ГОСТ 20276-2012 Грунты. Методы полевого определения характеристик прочности и деформируемости

Рассмотрим немного подробнее нормирование методов определения модуля деформации.

Определение лабораторного модуля деформации согласно  ГОСТ 12248-2010:

1. Методом одноосного сжатия в соответствии с разделом 5.2. для определения модуля деформации и упругости  для полускальных и глинистых грунтов с  I_L ≤ 0,25.

Модуль деформации вычисляется по п.5.2.5.3:

Модуль деформации  E   в заданном диапазоне напряжений Δσ  вычисляют по нагрузочной ветви зависимости ε₁ = f(σ)  по формуле:

E  = Δσ / Δε₁

2. Методом трехосного сжатия в соответствии с разделом 5.3. для определения

модуля деформации любых дисперсных грунтов..

Модуль деформации вычисляется по п.5.2.5.3:

Модуль деформации  E  определяют при испытаниях, проведенных при постоянном значении напряжений σ₃ ( Δσ₃ =0)  и вычисляют по формуле:

E  = Δσ₁ / Δε₁

Δσ₁ — приращение напряжений σ₁  в заданном диапазоне;

Δε₁ — приращение относительных вертикальной деформации образца.

3. Методом компрессионного сжатия в соответствии с разделом 5.4. для песков мелких и пылеватых, глинистых грунтов, органо-минеральных и органических грунтов.

Модуль деформации вычисляется по п.5.4.6.4:

Модуль деформации  E   в заданном диапазоне напряжений Δσ  вычисляют по нагрузочной ветви зависимости ε₁ = f(σ)  по формуле:

E  = Δσ / Δε₁

5.4.6.4 Одометрический модуль деформации E_oed  и модуль деформации по данным компрессионных испытаний E_k , МПа, в заданном интервале давлений Δp (секущие модули) вычисляют с точностью 0,1 МПа по формулам:

E_oed = Δp / Δε (5.33)

E_k = E_oed· β  (5.34)

или

E_k =(1+e_o )· β / m_o  (5.35)

где Δε — изменение относительного сжатия, соответствующее Δp;

m_o — коэффициент сжимаемости, соответствующий  Δp;

β — коэффициент, учитывающий отсутствие поперечного расширения грунта в компрессионном приборе и вычисляемый по формуле:

β = 1- (2 · υ² ) / (1 — υ ) (5.36)

где υ — коэффициент поперечной деформации, определяемый по результатам испытаний в приборах трехосного сжатия по 5.3 или в компрессионных приборах с измерением бокового давления.

При отсутствии экспериментальных данных допускается принимать β равным:

• 0,8 — для песков;
• 0,7 — для супесей;
• 0,6 — для суглинков;
• 0,4 — для глин.

Определение полевого модуля деформации согласно  ГОСТ 20276-2012:

1. Методом испытания штампом в соответствии с разделом 5 для определения модуля деформации дисперсных грунтов: минеральных, органо-минеральных и органических грунтов.

Определяют по результатам нагружения грунта вертикальной нагрузкой в забое горной выработки с помощью штампа.

Модуль деформации E вычисляется по п.5.5.2:

E  = (1-ν²) · K_p· K₁· D· Δp / ΔS

где ν  — коэффициент Пуассона;

K_p — коэффициент, принимаемый в зависимости от заглубления штампа h/D  ( h — глубина расположения штампа относительно дневной поверхности грунта, см;  D — диаметр штампа, см);

K₁ — коэффициент, принимаемый для жесткого круглого штампа равным 0,79;

Δp — приращение давления на штамп;

ΔS — приращение осадки штампа, соответствующее Δp.

2. Методом испытания радиальным прессиометром в соответствии с разделом 5 для определения модуля деформации дисперсных грунтов: песков, глинистых, органо-минеральных и органических грунтов..

В состав установки для испытания грунта радиальным прессиометром должны входить:

• зонд, снабженный эластичной оболочкой с каналами для передачи давления рабочей жидкости (воздуха) под оболочку;
• устройство для создания и измерения давления в камере зонда;
• устройство для измерения перемещений оболочки зонда.

Модуль деформации E вычисляется по п.5.5.2:

E  =  K_r· r_o · Δp / Δr

где K_r — корректирующий коэффициент;

r_o — начальный радиус скважины;

Δp — приращение давления на стенку скважины;

ΔS — приращение перемещения стенки скважины (по радиусу).

Модуль деформации песчаных грунтов

Модуль деформации глинистых грунтов