Пользуясь рисунком 1, физический смысл плотности частиц можно представить выражением

Содержание

1 Основные положения……………………………………………………………..1

1.1 Физические характеристики грунтов…………………………………………..1

1.2 Оценка несущей способности…………………………………………………..8

1.3 Деформационные характеристики грунтов………………………………… .10

2 Примеры исследования физических свойств грунтов…………………………13

3 Вопросы для самопроверки……………………………………………………...17

Список использованных источников……………………………………………...18

Указания к выполнению индивидуального задания …………………………….18

Основные положения

Физические характеристики грунтов

Физические характеристики описывают физическое состояние грунтов.

С физическим состоянием грунтов непосредственно связаны его важнейшие механические свойства, такие как прочность и деформируемость. Поэтому определение физических характеристик необходимо при решении любых задач проектирования оснований и фундаментов. От правильного определения физических характеристик во многом зависят надежность и экономичность проектных решений фундаментов.

Среди физических характеристик выделяют:

- основные;

- производные.

Основные характеристики могут быть определены только путем непосредственных лабораторных исследований грунтов. К таким характеристикам относятся:

- гранулометрический состав;

- плотность частиц ρ_s;

- плотность грунта ρ;

- естественная влажность W.

Для пылевато-глинистых грунтов, кроме того, существуют еще две основные характеристики (пределы пластичности):

- влажность на границе текучести W_L;

- влажность на границе раскатывания W_P.

Производные характеристики определяются аналитически, т.к. всегда могут быть выражены через основные. К производным относятся:

- плотность сухого грунта ρ_d;

- пористость n;

- коэффициент пористости e;

- полная влагоемкость W_sat ;

- степень влажности S_R;

- удельный вес грунта.

Для пылевато-глинистых грунтов существуют также:

- индекс пластичности I_P ;

- индекс текучести I_L .

Гранулометрический состав - это относительное (по весу) содержание в грунте частиц различной крупности.

Согласно /1/ гранулометрический состав грунта определяется содержанием в нем частиц различной крупности. Частицы одинаковой крупности составляют фракцию.

Среди гранулометрических элементов принято выделять основные фракции, приведенные в таблице 1.

 

Таблица 1

Наименование частиц	Диаметр, мм
Гравелистые	10…2
Песчаные	2…0,05
Пылеватые	0,05…0,005
Глинистые	<0,005

 

По гранулометрическому составу определяется наименование грунта. Если грунт содержит менее 3% глинистых частиц, то он, как правило, относится к песчаным. Пылевато-глинистые грунты содержат 3 и более процента глинистых частиц.

Согласно /2/ песчаные грунты делятся в зависимости от гранулометрического состава на следующие виды, представленные в таблице 2:

 

Таблица 2

Содержание частиц в % по массе	Наименование песка
Масса частиц крупнее 2 мм составляет более 25 %	гравелистый
Масса частиц крупнее 0,5 мм составляет более 50 %	крупный
Масса частиц крупнее 0,25 мм составляет более 50 %	средней крупности
Масса частиц крупнее 0,1 мм составляет 75 % и более	мелкий
Масса частиц крупнее 0,1 мм составляет менее 75 %	пылеватый

Для дальнейшего рассмотрения физических характеристик мысленно выделим в грунте некоторый объем V, объем, занятый частицами V_s и объем, приходящийся на поры между ними.

В природном состоянии в порах между частицами грунта всегда присутствует некоторое количество воды, которая занимает в них объем V_w. Объем V_g , незанятый водой, занят газами (чаще всего воздухом).

Масса грунта внутри объема V равна m,частицы грунта внутри объема V_s имеют массу m_s , вода внутри объема V_w имеет массу m_w (см. рисунок 1)

 

 

Vg mg

Vw mw

Vs ms

 

Рисунок 1

 

Плотность частиц – это отношение массы частиц к занимаемому ими объему.

Пользуясь рисунком 1, физический смысл плотности частиц можно представить выражением

 

. (1)

 

Плотность частиц определяется согласно указаниям /3/.

Значение плотности частиц изменяются, как правило, в довольно узких пределах. Поэтому, при отсутствии данных лабораторных исследований, значения этой характеристики могут быть приняты по таблице 3.

 

Таблица 3–Значения плотности частиц (по Д.Е. Польшину)

 

Наименование грунта	Плотность частиц, г/см3
Песок	2,66
Супесь	2,7
Суглинок	2,71
Глина	2,72

 

Плотность грунта – это масса единицы объема грунта в его естественном состоянии.

Физический смысл плотности грунта выражается формулой

 

. (2)

Плотность грунта определяется согласно указаниям /3/

Через плотность определяется одна из важнейших характеристик грунта - удельный вес γ, кН/м³

 

, (3)

 

где g - ускорение свободного падения (9,81 м/с²).

Удельный вес грунта используется при определении расчетного сопротивления грунта основания, напряжений от собственного веса грунта, давления грунта на ограждение конструкций и т.п.

 

Естественная влажность - это отношение массы воды, содержащийся в грунте, к массе твердых частиц

. (4)

 

Влажность определяется согласно указаниям /3/.

Естественная влажность используется для расчета производных физических характеристик.

Плотность сухого грунта - это отношение массы частиц к общему объему грунта природного сложения

 

. (5)

 

Величина плотности сухого грунта определяется расчетом

 

. (6)

 

Пылевато-глинистые грунты со значениями ρ_d≤1,6 г/см³ считаются недостаточно уплотненными.

Пористость - это отношение объема пор к общему объему грунта

 

. (7)

Пористость рассчитывается по формуле

 

. (8)

Коэффициент пористости - это отношение объема пор к объему частиц грунта

 

. (9)

 

Коэффициент пористости рассчитывается по формуле

 

. (10)

 

Коэффициент пористости используется для оценки плотности сложения песчаных грунтов. В таблице 4 приведена классификация песчаных грунтов по коэффициенту пористости согласно /3/.

 

Таблица 4

 

Наименования песка по крупности	Наименование по плотности сложения
плотный	средней плотности	рыхлый
Гравелистый, крупный или средней крупности	e < 0,55	0,55 ≤ e ≤ 0,70	e > 0,70
Мелкий	e < 0,60	0,60 ≤ e ≤ 0,75	e > 0,75
Пылеватый	e < 0,60	0,60 ≤ e ≤ 0,80	e > 0,80

 

Полная влагоемкость - это максимальная влажность возможная для данного грунта, т.е. его влажность при заполнении всех пор водой

 

W_sat=W_max. (11)

 

Полная влагоемкость рассчитывается по формуле

 

. (12)

 

Степень влажности - это степень заполнения пор грунта водой

 

. (13)

 

Так как влажность грунта не может быть больше его полной влагоемкости, то степень влажности не может быть больше единицы.

Величина степени влажности определяется по формуле

 

, (14)

 

где ρ_w - плотность воды, принимаемая равной 1 г/см³.

В зависимости от степени влажности песчаные грунты подразделяются по /3/ на маловлажные, влажные и насыщенные водой (см. таблицу 5).

 

Таблица 5

 

Значение степени влажности	Наименование песка
0 < SR ≤ 0,5	маловлажный
0,5 < SR ≤ 0,8	влажный
0,8 < SR ≤ 1,0	насыщенный водой

 

По величине степени влажности можно косвенно судить и о плотности сложения грунта. Так, при значениях S_R<0,6 грунт считается недостаточно уплотненным.

Пылевато-глинистые грунты отличаются от песчаных по физическим свойствам прежде всего тем, что они обладают свойством пластичности, т.е. свойством изменять при механических воздействиях свою форму без нарушения сплошности. Такой способностью пылевато-глинистые грунты обладают тогда, когда их влажность не ниже влажности на границе раскатывания и не выше влажности на границе текучести.

Таким образом, влажность на границе раскатывания - это минимальная влажность, при которой пылевато-глинистый грунт обладает свойством пластичности; а влажность на границе текучести - это максимальная влажность, при которой пылевато-глинистый грунт обладает свойством пластичности.

При понижении влажности ниже влажности на границе раскатывания грунт переходит в твердое состояние.

При повышении влажности выше влажности на границе текучести грунт переходит в текучее состояние, т.е. фактически превращается в тяжелую жидкость.

Пределы пластичности определяются согласно указаниям /3/. С величиной пределов пластичности связаны индекс пластичности I_P и индекс текучести I_L.

Индекс пластичности - это интервал влажности, в котором пылевато-глинистый грунт обладает свойством пластичности

 

. (15)

 

По индексу пластичности определяется наименование пылевато-глинистого грунта (см. таблицу 6)

 

Таблица 6

 

Наименование пылевато-глинистого грунта	Значение индекса пластичности
супесь	0,01 ≤ IP ≤ 0,07
суглинок	0,07 < IP ≤ 0,17
глина	IP > 0,17

Индекс текучести указывает в каком состоянии по консистенции находится пылевато-глинистый грунт.

Он определяется по формуле

 

. (16)

В зависимости от индекса текучести выделяются следующие состояния пылевато-глинистых грунтов, приведенные в таблице 7.

 

Таблица 7

 

Наименование и консистенция	Индекс текучести
Супесь	твердая	IL < 0
пластичная	0 ≤ IL ≤ 1
текучая	IL > 1
Суглинок или глина	твердые	IL < 0
полутвердые	0 ≤ IL ≤0,25
тугопластичные	0,25 < IL ≤ 0,50
мягкопластичные	0,50 < IL ≤ 0,75
текучепластичные	0,75 < IL ≤ 1
текучие	IL > 1

 

Индекс текучести широко используется при проектировании фундаментов для определения расчетного сопротивления и модуля общей деформации грунтов основания, несущей способности свай в пылевато-глинистых грунтах и т.д.