Закони пористості.

Виділяючи особливості грунтів як пухких гірських порід, перш за все необхідно зупинитися на закономірностях, які можна встановити, досліджуючи вплив зовнішніх впливів на породи як мінерально-дисперсні пористі тіла. До таких основних закономірностям ми відносимо:

1) стисливість , яка характеризується залежністю між тиском і зміною коефіцієнта пористості, або компресійної залежністю, - так званий закон ущільнення;

2) водопроникність і так званий закон ламінарної фільтрації, тобто залежність між напором і швидкістю фільтрації води в порах;

3) тертя і ковзання і залежність між тиском і граничним опором зрушенню в процесі ковзання, так зване випробування грунтів на зсув при прямому зрізі - закон Кулона;

4) деформованість як дискретних тіл і окремий випадок - принцип лінійної деформованості.

Перераховані закономірності характерні саме для грунтів як природних пористих мінерально-дисперсних тіл, і хоча деякі з них і можуть мати додаток до інших пористим тілам, наприклад до жорсткої пористому середовищі, але в грунтах мають свої дуже суттєві особливості.

У механіці грунтів розглядається залежність не загальної пористості від тиску, величина якої, як зазначалося раніше, обумовлена ??всією сукупністю умов утворення та історією існування даних грунтових відкладень, а лише залежність змін коефіцієнта пористості від змін зовнішнього тиску, так звана компресійна залежність, що характеризує уплотняемость грунтів.

Так, при стисненні шару грунту (без можливості його бокового розширення) силами будь-якої величини, або при дії на частину поверхні стискаючих сил, що не перевищують визначеного для даного грунту межі, спостерігається ущільнення. Процес ущільнення в загальних рисах полягає в тому, що під дією зовнішніх сил відстані між твердими частинками зменшуються, внаслідок чого зменшується об'єм пор і збільшується об'ємна вага грунту, тобто грунт набуває більш щільне складання.

Якщо пори заповнені водою, то процес ущільнення під дією стискаючих сил може відбутися тільки за умови видавлювання води з пор. Зовнішня навантаження, прикладена до породи, створює в грунтовій воді додатковий напір, внаслідок чого і відбувається фільтрація води з пор, обумовлює зменшення вологості та збільшення щільності. Швидкість ущільнення насичених водою порід буде залежати від швидкості видавлювання води з пор і від повзучості скелета грунту.

Таким чином, в механіці грунтів при вивченні компресійної залежності розглядається процес ущільнення, при цьому не ставиться завдання визначення мінімального коефіцієнта пористості, який може бути під дією зовнішньої ущільнювального навантаження будь-якої величини, а лише встановлюються зміни коефіцієнта пористості даного природного грунту при заданій зміні зовнішнього тиску (наприклад, ваги споруджуваного споруди). Слід враховувати (навіть не вдаючись у складну природу деформацій, що загальна деформація завжди має частина, обумовлену зміною пористості, а в багатьох випадках ця частина, тобто деформація ущільнення, буде основним видом деформації, визначальним осідання споруди і нерівномірність осад окремих його частин . Тому вивчення залежності між тиском і зміною коефіцієнта пористості має істотне значення у практиці розрахунків природних підстав.

Особливістю, зумовленої пористістю природних порід, є їх водопроникність. Однак і тут не можна розглядати як жорстку пористе середовище. У процесі ущільнення змінюється обсяг часу, що в свою чергу викликає зменшення їх водопроникності. Крім того, в дисперсних грунтах, особливо глинистих, фільтрація має свої надзвичайно важливі для практики розрахунків особливості, зумовлені наявністю шарів міцно зв'язаної води.


У механіці в більшості випадків вивчається фільтрація води в порах під дією напорів, що виникають від зовнішньої ущільнювального навантаження, тобто під дією напорів значної величини. Слід мати на увазі, що навіть такі мало водопроникні шари, як глини, будуть мати фільтраційної здатністю , якщо натиск перевершить деяку граничну для даного природного шару величину. Також відзначимо, що характеристики водопроникності, якими оперує механіка, можуть за своєю величиною значно викривати від характеристик, отриманих, наприклад, при польових інженерно-геологічних вишукуваннях, так як в механіці ці характеристики визначаються в умовах видавлювання води з пор, а не в умовах фільтрації її в процесі відкачки колодязями, фільтрами і т. п. Першорядне значення в питаннях теорії ущільнення (консолідації), точніше теорії розрахунків швидкості ущільнення водонасичених порід під дією зовнішнього навантаження, набуває залежність між швидкістю фільтрації та чинним напором.

Цю залежність ми вважаємо другим закономірністю, без знання якої не можна вирішити цілий ряд найважливіших завдань механіки. Третьою особливістю порід як пухких гірських порід, виявляються особини яскраво в ідеально-сипучих грунтах, є те, що опір їхньому зсуву обумовлено опором тертю частинок по поверхнях ковзання при дії сил, що зсувають. Так як в самому загальному випадку навантаження буде викликати-в грунті напруги не тільки нормальні до поверхонь ковзання, але і дотичні (зсувні), то опір зрушенню, особливо гранична його величина, буде основний міцнісний характеристикою.

Під дією зсувних зусиль окремі зерна переміщаються, при цьому опір зсуву, як показують відповідні досліди, для сипучих порід є їх внутрішнім тертям, а для зв'язкових (глинистих ) обумовлено як тертям, так головним чином і їх зв'язністю. Тертя між частинками гірських порід, а також зв'язність (молекулярна, структурна, капілярна та ін), якими володіють глинисті верстви, характерні саме для пухких гірських порід, умови рівноваги і руху яких вивчаються в механіці.

За сучасними даними, умови міцності та стійкості, а також тиск їх на підпірні стінки і гірські виробки не можуть бути визначені з достатньою точністю, якщо невідомо граничне опір зрушенню - залежність між нормальним тиском і опором зрушенню. З викладеного ясно, що остання залежність повинна розглядатися як одна з основних закономірностей в механіці. Нарешті, четвертої закономірністю механіки є загальна залежність між деформаціями та напруженнями як дискретних тіл, характерна саме тим, що при навантаженні і подальшої розвантаженні завжди спостерігаються і залишкові деформації, зумовлені взаємними незворотними зміщеннями зерен, а це може бути лише в дискретних тілах, не підкоряються закону пружності.

Основні закономірності, перераховані вище, є залежностями, які вивчаються досвідченим шляхом при випробуваннях зразків непорушеною структури. , якщо грунти розглядаються як підстави для споруд, і порушеною, якщо вони служать матеріалом для насипних земляних споруд. Ці закономірності, як всякі встановлюються досвідом, включають ті чи інші числові показники (коефіцієнти), які і є в механіці основними розрахунковими характеристиками.

Узагальнюючи вищевикладене, можна систематизувати основні закономірності механіки, їх показники та їх практичне використання так.

Коефіцієнти (ущільнення, фільтрації, тертя, модулі деформованості) є кількісними характеристиками грунтів як підстав , середовища і матеріалу для споруд, і без знання їх неможливі обгрунтовані інженерні розрахунки.

Якщо Вас цікавлять геологічні вишукування вартість проведення робіт можна дізнатися на сайті ТОВ Буровики