Главная страница
Навигация по странице:

  • Объемный вес грунта

  • Удельный вес грунта

  • Влажность грунта

  • Коэффициент пористости и коэффициент водонасыщеннвсти.

  • Зерновой состав

  • Физические свойства и классификационные показатели грунтов. Муфтайдинов Н. Н. Тпгс20(21)(Д) Физические свойства и классификационные показатели грунтов


    Скачать 40.38 Kb.
    НазваниеМуфтайдинов Н. Н. Тпгс20(21)(Д) Физические свойства и классификационные показатели грунтов
    Дата19.04.2023
    Размер40.38 Kb.
    Формат файлаdocx
    Имя файлаФизические свойства и классификационные показатели грунтов.docx
    ТипДокументы
    #1074857

    Муфтайдинов Н.Н.

    ТПГС-20(21)(Д)

    Физические свойства и классификационные показатели грунтов

    Сложность строения природных грунтов и влияние на них физи­ко-геологических процессов (часто весьма длительных) вызывают необходимость при оценке грунтов определять их свойства или в ус­ловиях естественного залегания, или по образцам естественной не­нарушенной структуры.

    Основным отличием природных грунтов от скальных пород (мас­сивно-кристаллических) является отсутствие спайности (относитель­но малое число кристаллизационных связей) и значительная по­ристость (обусловленная их раздробленностью).

    Для определения ф и з и ч е с к и х свойств грунтов (порис­тости, водонасыщенности и пр.) необходимо знать три простейших показателя:   — объемный вес грунта естественной структуры;   уд — удельный вес твердых частиц грунта; W — природную влаж­ность грунта.

    Объемный вес грунта   определяется по образцам, взятым из буровых скважин специальным прибором «грунтоносом» с мини­мальным нарушением структуры или из шурфов — особым режу­щим кольцом, и должен вычисляться с достаточной точностью (до 0,01 Г/смг), так как он является важнейшей исходной характери­стикой грунтов, без знания которой невозможно определить целый ряд показателей, входящих в уравнения механики грунтов. Величи­на объемного веса грунта обусловливается геологической историей формирования и последующего существования грунта и должна оп­ределяться по образцам ненарушенной структуры особенно тща­тельно.

    Удельный вес грунта   уд является показателем, главным обра­зом, минералогического состава данного грунта и определяется пикнометрически. Для большинства грунтов он меняется в незначи­тельных пределах — от 2,50 до 2,80 и в среднем равен для песков 2,65 и для глин — 2,70.

    Влажность грунта W определяется по результатам взвешивания естественной пробы грунта и после ее полного высушивания (при 105° С).

    Для уяснения применяемых в дальнейшем терминов обозначим для некоторого объема грунта: V1—объем твердых частиц; V2 — объем пустот (пор); g1 — вес твердых частиц; g2 — вес воды в порах грунта (вес воздуха по незначительности не учитываем).

    Условимся далее называть объемным весом грунта отношение веса всего грунта (со всеми включениями) к его объему, т. е.

     =   .

    удельным весом - отношение веса твердых частиц грунта только к их объему, т. е.

     уд

    влажностью грунта (весовой) - отношение веса воды к весу высу­шенного грунта (или к весу твердых частиц), т. е.

    W = 

    Введем дополнительные понятия: объемный вес скелета грунта   ск - отношение веса твердых частиц ко всему объему грунта, т. е.

     ск

    объемный вес воды ув — отношение веса воды в некотором объеме к величине этого объема, равный

     в = 1 Г/см3 == 0,001 кг/см3.

    Отметим, что нам пришлось остановиться на приведенных эле­ментарных определениях лишь ввиду важности в дальнейшем их правильного определения.

    Коэффициент пористости и коэффициент водонасыщеннвсти. Коэффициентом пористости грунта е называется отношение объема пор грунта к объему его скелета, т. е.

     =   , (1-1)

     

    где n — объем пор в единице объема грунта; m — объем твердых частиц также в единице объема грунта.

    Очевидно, что n+m=1.

    Объем твердых частиц т грунта будет равен отношению веса твердых частиц в единице объема (численно равного   ск) к их удельному весу   уд, т. е.

    m =   .

    Тогда, принимая во внимание, что n=1- m, получим

     =   . (12)

    Что касается объемного веса скелета грунта   ск, то его легко определить, учитывая, что влажность грунта W равна отношению веса воды   -   ск к весу скелета грунта   ск, т. е.

    W=   ,

    откуда объемный вес скелета грунта равен

     ск  . (1.3)

    Здесь и в дальнейшем весовая влажность грунта W берется в долях единицы (например, W=0,20 и т. д.).

    Формулы (1.2) и (1.3) позволяют определить для условий ес­тественного залегания грунтов величину их коэффициента пористос­ти - эту важнейшую характеристику природной уплотненности грунтов, играющую важную роль в механике грунтов (при расчете осадок оснований сооружений и др.).

    Величина коэффициента пористости   для грунтов меняется в довольно широких пределах (примерно от   = 0,20 до   =1,5 и для органо-минеральных грунтов — до 2—12). Для достаточно уплотнен­ных грунтов   <1, если же   >1, то это показывает, что грунт весьма рыхлого, неуплотненного сложения, и строительство на таких грун­тах жилых зданий и промышленных сооружений требует специаль­ных мер по искусственному их упрочнению.

    Отметим важное соотношение, вытекающее из определения ко­эффициента пористости. Имеем

       =   или   = 

    n+m=1

    Решая систему уравнений (а) относительно п и т, получим: объем пор грунта в единице его объема

    n =   . (1.4)

    и объем твердых частиц

    m =   . (1.5)

     

    Коэффициентом водонасыщенности грунтов Iв (или по СНиПу, степенью влажности С) называется отношение природной влажнос­ти W грунта к его полной влагоемкости Wп.в, соответствующей полному заполнению пор грунта водой, т. е.

    Iв

    При полном заполнении пор грунта водой влажность будет рав­на отношению веса воды в объеме пор (     ) к весу твердых

    частиц (     ), т. е.

    Wп.в.  или Wп.в.  (б)

    Подставляя полученное значение Wп.в.в выражение (1.6), полу­чим для коэффициента водонасыщенности (по СНиПу, степени влажности О) выражение

    Iв  (1.6)

    Из выражения (б), полагая объемный вес воды   в=1 Г/см3, по­лучаем новое выражение для коэффициента пористости полностью водонасыщенных грунтов:

     = Wп.в   уд, (1.7)

    т. е. коэффициент пористости полностью водонасыщенного грунта равен произведению влажности на удельный вес.

    Коэффициент водонасыщенности природных глинистых грунтов близок к единице. Однако во многих случаях вследствие наличия в грунтовой воде пузырьков газов он несколько меньше единицы, что в высокой степени сказывается на сжимаемости поровой воды. При учете сжимаемости поровой воды коэффициент водонасыщенности должен быть определен с высокой степенью точности (до 0,1%).

    Несвязные (сыпучие) грунты, по классификации СНиПа, раз­деляются на следующие группы:

    Маловлажные............ при Iв   0,5

    Влажные............... при 0,5< Iв   0,8

    Насыщенные............. при Iв   0,8

    При неполном водонасыщении (Iв<1) грунт будет представлять трехфазную систему частиц: твердые минеральные частицы, вода и газы; при полном же водонасыщении (Iв=1) неуплотненные грун­ты (в большинстве случаев залегающие ниже уровня грунтовых вод) - пески, супеси, илы, слабые суглинки и глины при наличии в порах свободной, гидравлически непрерывной воды представляют особый класс двухфазных грунтов, так называемую грунтовую мас­су, для которой применима специальная теория фильтрационной консолидации (уплотнения) грунтов.

    Следует отметить, что для грунтов, залегающих ниже уровня грунтовых вод и находящихся в состоянии грунтовой массы, скелет грунта будет испытывать взвешивающее действие воды.

    Учитывая для единицы объема грунта вес твердых частиц в во­ле (   уд   в) и их объем (   ), получим для объемного веса грунта, облегченного весом вытесненной им воды, выражение

     ' =   , (1.8)

    а учитывая, что   =1- n, будем иметь другое выражение для (   '):

     ' =(   )(1-n). (1.8')

    Классификационные показатели грунтов приме­няются для отнесения грунтов к той или иной категории, чтобы предусмотреть в самых общих чертах поведение грунтов при воз­ведении на них сооружений и выбрать нормативные давления на грунтовые основания (для назначения предварительных размеров фундаментов), а в отдельных случаях и установить возможность применения в расчетах тех или иных теоретических решений меха­ники грунтов (теории сыпучих тел, фильтрационной теории консо­лидации, теории ползучестии пр.).

    К классификационным показателям грунтов мы относим веще­ственный состав грунтов (зерновой и минералогический, влажность и газосодержание) и характеристики физического состояния (плот­ность - для песчаных и консистенцию - для глинистых). Послед­ние характеристики являются в известной мере условными, позволя­ющими косвенным путем определить приближенно некоторые рас­четные показатели механических свойств грунтов, использовав, например, нормативные данные (СНиП) и другие материалы.

    Зерновой состав песчаных и крупнообломочных грунтов, по ко­торому в зависимости от крупности частиц присваивается то или иное наименование, был указан в § 2.

    Для глинистых же грунтов первостепенное значение имеет не общий зерновой состав, а содержание мелких и мельчайших частиц (плоскочешуйчатых или тонкоигольчатых — мономинеральных час­тиц размером менее 0,005 мм) и, главное, диапазон влажности, в котором грунт будет пластичным.

    Содержание глинистых частиц в грунте определяется специаль­ными лабораторными анализами, методика которых излагается обычно в курсах грунтоведения; диапазон же влажности, при кото­ром грунт будет пластичным, может быть найден весьма простым испытанием. Этот диапазон характеризуется так называемым чис­лом пластичности Wпл и равен разности между двумя весовыми влажностями, выраженными в процентах, характерными для гли­нистых грунтов: границей текучести WТ и границей пластичности (раскатывания) Wр:

    Wпл = WТ - Wр. (1.9)

    Первая граница WТ соответствует влажности, при которой грунт переходит в текучее состояние. Эта влажность определяется услов­ным стандартным испытанием путем нахождения влажности такой густоты грунтовой пасты (искусственно замешанного с водой грун­та), при которой стандартный балансирный конус (по ГОСТ 5184_49) весом 76 Г с углом при вершине в 30°) погружается в грунт от собственного веса на глубину в 10 мм.

    Вторая граница (раскатывания) Wр соответствует влажности, при которой грунт теряет свою пластичность. Она приблизительно равна влажности жгута, сделанного из грунта и раскатываемого на бумаге до потери им пластичности, т. е. когда жгут диаметром 3 мм, подсыхая во время раскатывания, начинает крошиться, тогда кусочки грунта, потерявшие пластичность, собирают, взвешивают, высу­шивают, вновь взвешивают и вычисляют влажность Wр.

    Продолжая далее опыт, визуально определяют минимальный диаметр, на который удается раскатать грунт. Как показали специ­альные опыты, этот диаметр различен для разных грунтов и соот­ветствует определенному весовому содержанию в грунте физической глины.

    Несмотря на весьма элементарное и условное определение гра­ниц текучести и раскатывания (первоначальное понятие о которых было предложено в Швеции проф. Аттербергом), эти границы в со­поставлении их с природной влажностью грунтов хорошо характе­ризуют физическое состояние глинистых грунтов и рекомендуются СНиПом.

    На основании многочисленных исследований грунтоведов и ин­женеров-строителей земляных сооружений, учитывая изложенное о характерных влажностях глинистых грунтов, можно рекомендовать для строительных целей упрощенную гранулометрическую класси­фикацию грунтов


    написать администратору сайта