Теория фильтрационной консолидации

Опыт строительства сооружений на глинистых грунтах показывает, что осадка сооружения происходит не мгновенно, а развивается длительное время (десятки и сотни лет).

Замедление во времени деформаций водонасыщенных глинистых грунтов связано с процессом фильтрационной консолидации, т.е. уплотнения грунта за счёт отжатия воды из его пор. Чем выше водопроницаемость грунта, тем быстрее отжимается вода из его пор, и тем быстрее протекает осадка основания.

В процессе отжатия воды давление в воде u_w снижается, а в скелете σ_z увеличивается, что приводит к нарастанию осадки, и согласно теории фильтрационной консолидации осадка основания должна прекратиться при условии u_w = 0. Однако, как показали эксперименты, при действии u осадка продолжается за счёт ползучести скелета грунта (вторичная консолидация).

Одномерная задача фильтрационной консолидации водонасыщенного грунта при действии сплошной нагрузки

Решение данной задачи основано на следующих допущениях:

1) Рассматривается полностью водонасыщенный грунт (грунтовая масса) со свободной несжимаемой водой в порах грунта.

2) уплотнение грунта может происходить только за счёт выдавливания воды, т.е. уменьшения пористости грунта;

3) скелет грунта линейно и мгновенно деформируется (не учитывается ползучесть), в качестве уравнения связи между напряжениями и деформациями используется линейная компрессионная зависимость

;

4) грунт не обладает структурной прочностью;

5) к поверхности грунта прикладывается сплошная равномерно распределённая нагрузка;

6) изменчивостью водопроницаемости в процессе уплотнения грунта пренебрегаем, фильтрация воды в порах грунта подчиняется закону Дарси

,

v – скорость фильтрации воды в грунтах;

K_f – коэффициент фильтрации;

Н –гидравлический напор;

z – вертикальная координатная ось.

Знак «-» объясняется тем, что направление фильтрации противоположно направлению координатной оси z.

Уравнение одномерной фильтрационной консолидации грунта

;

- коэффициент консолидации.