Основные характеристики грунта, определяющие его свойства

В данном разделе содержатся теоретические обобщения сведений о свойствах грунтов, приведенных в курсе "Инженерные изыскания в строительстве". Различают физические, прочностные и деформационные характеристики грунта. Физические характеристики подразделяются на основные, производные и классификационные. Основными являются характеристики, определяемые из опыта. Остальные физические характеристики являются расчетными. Введем следующие условные обозначения физических величин: показанные на рис. 1.2; r_w, g_w – плотность и удельный вес воды; g – ускорение свободного падения.

Рис. 1.2. Модель грунта: V – объем образца грунта; Vs – объем минеральных частиц грунта в объеме V; Vn – объем пор в объеме V; Vw – объем воды в порах; G – масса образца грунта; Gs – масса частиц грунта (скелета); Gw – масса содержащейся в порах воды; Gw,р – то же в заданном состоянии грунта на границе пластичности (раскатывания); Gw,L – то же в заданном состоянии грунта на границе текучести

Данные о свойствах грунтов для наглядности представим в табличной форме.

Таблица 1.1
Основные физические характеристики грунта

Наименование	Обозначение	Размерность	Формула для вычисления
Плотность грунта	r	кг/м^3	r = G/ V
Удельный вес грунта	g	кН/м^3	g = r × g
Плотность частиц грунта	rs	кг/м^3	rs = Gs/ Vs
Удельный вес частиц грунта	gs	кН/м^3	gs = rs × g
Влажность грунта	W	безразмерна	W = (G – Gs)/ Gs = Gw / Gs
Влажность на границе пластичности	Wp	безразмерна	Wp = Gw,p / Gs
Влажность на границе текучести	WL	безразмерна	WL = Gw,L / Gs

Таблица 1.2
Производные физические характеристики грунта

Наименование	Обозначение	Размерность	Формула для вычисления
Плотность сухого грунта	rd	кг/м^3	rd = Gs / V = r / (1+W)
Удельный вес сухого грунта	gd	кН/м^3	gd = rd × g = g / (1+W)
Коэффициент пористости	e	безразмерна	e = Vn / Vs = (rs - rd) / rd = rs / rd - 1
Пористость	n	безразмерна	n = Vn / V = (rs - rd) / rs = 1 - rd / rs

Таблица 1.3
Классификационные физические характеристики грунта

Наименование	Обозначение	Размерность	Формула для вычисления
Число пластичности	Ip	безразмерна	Ip = WL - Wp
Показатель текучести	IL	безразмерна	IL = (W - Wp) / (WL - Wp) = = (W - Wp)/ Ip
Степень влажности	Sr	безразмерна	Sr = Vw / Vn = (rs / rw)× (W/e)
Полная влагоемкость	Wsat	безразмерна	Wsat = (rw / rs)× e (соответствует Sr = 1)

Приведенные в таблицах формулы для вычисления производных и классификационных физических характеристик грунта получены в результате преобразования выражений, являющихся определениями этих характеристик:

; (1.1)

; (1.2)

; (1.3)

. (1.4)

Разделение физических характеристик грунта на производные и классификационные весьма условно, так как и те и другие одновременно являются и производными и классификационными. По величине плотности сухого грунта можно делать предварительные выводы о пригодности данного грунта для целей строительства. Грунты с плотностью сухого грунта в пределах 1100–1300 кг/м³, как правило, являются непригодными для целей строительства. Прочным грунтам соответствует плотность в сухом состоянии в пределах 1600–1800 кг/м³. Коэффициент пористости и пористость позволяют более дифференцированно оценить пригодность грунтов для целей строительства. Например, при значении коэффициента пористости больше единицы грунты, как правило, непригодны для целей строительства. Прочным грунтам соответствуют значения коэффициентов пористости в пределах 0,4‑0,6. Кроме этого, коэффициент пористости и показатель текучести являются входными параметрами в нормативные таблицы, позволяющие определять для предварительных расчетов прочностные и деформационные характеристики грунта. По числу пластичности устанавливают вид пылевато-глинистого грунта:

Значение числа пластичности	Наименование вида грунта
0,01 > Ip	песчаный грунт
0,01 £ Ip < 0,07	супесь
0,07 £ Ip < 0,17	суглинок
Ip ³ 0,17	глина

Для большей наглядности классификацию вида грунта по числу пластичности удобно представить в форме диаграммы:

По показателю текучести устанавливают состояние (консистенцию) грунта. Различают состояния: твердое (0 > I_L); пластичное (0 £ I_L < 1); текучее (I_L ³ 1). Пластичное состояние суглинков и глин подразделяют на полутвердое (твердопластичное), тугопластичное, мягкопластичное и текучепластичное. Прочные грунты находятся, как правило, в состоянии от твердого до тугопластичного. Ниже приводится диаграмма, позволяющая установить состояние пылевато-глинистого грунта по показателю текучести:

Текучее и текучепластичное состояние грунта делают его непригодным для целей строительства. Если полная влагоемкость грунта W_sat превышает его влажность на границе текучести W_L, это свидетельствует о непригодности грунта для целей строительства при потенциальной подтопляемости территории. Физические характеристики грунта используются для анализа инженерно-геологических условий площадки строительства с выводами о пригодности грунтов, слагающих сжимаемую толщу в основании фундаментов.

Дата добавления: 2014-01-07