Водно-физические свойства грунтов

Физико-механические свойства грунтов

Физические свойства грунтов. Отметим вначале наиболее характерные физические свойства грунтов согласно СТБ 943-93 и ГОСТ 25100-95. К числу наиболее важных характеристик относятся плотность и пористость грунта.

Удельный вес грунта — отношение веса грунта с водой в его порах к занимаемому этим грунтом объему, включая поры:

g = G /V,

где g – удельный вес грунта, кН/м³; G – вес грунта естественной влажности и сложения, кН; V – объем, занимаемый грунтом, м³. Удельный вес частиц грунта - отношение веса сухого грунта к объему его твердой части:

g_s = G _s/V_s;

где g_s – удельныйвес частиц грунта, кН/м³; G _s – вес частиц сухого грунта, кН; V_s – объем, занимаемый частицами грунта, м³. Удельный вес частиц грунта изменяется для всех грунтов в пределах от 26,1 до 27,5 кН/м³.

Удельный вес сухого грунта - отношение весасухогогрунта ко всему занимаемому этим грунтом объему:

g_d = g/(1 +0,01w);

где g_d – удельный вес сухого грунта, кН/м³; w – его влажность, %.

Пористость грунтов - процентное отношение объема пор к общему объему грунта:

n = (V_n/ V)100%,

где V_n – объем пустот грунта,см³; V –объемгрунта, см³.

Пористость грунта выражают через значение его удельного веса:

n = (1 – g_d / g_s )100%.

Коэффициент пористости - отношение объема пустот (пор) к объему твердых минеральных частиц грунта. Коэффициент пористости выражается в долях единицы.

e = Vn / Vs; e = n / (1-n); или e = (g_s – g_d) / g_{s .}

Влажность грунта w, % - процентное отношение массы воды, содержащейся в порах, к массе сухого грунта (высушивание образца нужно производить в термошкафу при t = 105...107 ^oС в течение 8 ч и более). Она служит важнейшей характеристикой физического состояния, определяющей прочность, деформируемость и другие свойства при использовании в инженерных целях.

w = 100 (m – m_s) / m_s ,

где т – масса грунта вместе с содержащейся в нем водой, г; т_s – масса высушенного грунта, г.

Максимально возможное содержание в грунте воды при полном заполнении пор называют полной влагоемкостью грунтаw_n.

Ее определяют по формуле:

w_n = e g_w / g_d.

Под гигроскопической влажностью понимают влажность воздушно-сухого грунта.

Степенью влажности или относительной влажностью называют степень заполнения пор грунта водой, т.е. отношение объема воды к объему пор грунта:

S_r = w g_s (100 – n) / n или S_r = w g_s / e g_w,

где S_r – степень влажности грунта, %; w – естественная влажность грунта, %; g_s – удельный вес частиц грунта, г/см³; п – пористость, %; g_w – удельный вес воды, см³; е – коэффициент пористости.

По степени водонасыщенности грунты подразделяют на четыре основные группы согласно S_r: сухие – 0 – 0,2; слабовлажные – 0,2 – 0,4; влажные – 0,4 – 0,8; насыщенные водой – 0,8 – 1.0.

Максимальная молекулярная влагоемкость - влажность грунта при максимальной толщине пленок связанной воды вокруг минеральных частиц.

Пластичность — способность грунта изменять под действием внешних сил (давления) свою форму, т. е. деформироваться без разрыва сплошности и сохранять полученную форму после прекращения действия внешней силы. Пластичность грунта во многом определяет его деформируемость.

Деформируемость глинистых грунтов под действием давления зависит от их консистенции (относительной влажности). Численные границы влажности грунта, когда он обладает пластичностью, отражают понятия о нижнем и верхнем пределах пластичности.

Нижним пределом пластичности w_р или границей раскатывания называют такую влажность глинистого грунта, при которой глинистая масса, замешанная на дистиллированной воде, при раскатывании ее в жгутик диаметром 3 мм начинает крошиться вследствие потери пластических свойств, т.е. такая влажность, при которой связный грунт переходит из твердого состояния в пластичное.

Верхний предел пластичностиw_L или граница текучести – такая влажность глинистого грунта, при которой глинистая масса, положенная в фарфоровую чашку и разрезанная глубокой бороздой, сливается после трех легких толчков чашки ладонью. При большей влажности глинистая масса течет без встряхивания или при одном-двух толчках, т. е. такая степень влажности, при которой связный грунт переходит из пластичного состояния в текучее.

Разница между верхним и нижним пределами пластичности получила название числа пластичности, I_p %:

I_p = w_L – w_p.

По числу пластичности I_p выделяют глинистые грунты трех типов:

1)высокопластичные (глины) – 17 %; 2) пластичные (суглинки) – 17...7 %; 3) слабопластичные (супеси) – 7 %.

Консистенция I_L или показатель текучести — это характеристика состояния грунта ненарушенной структуры.

I_L = (w_L - w_p) / I_p.

Некоторые свойства глинистых грунтов и их характеристики. Набухание - способность глинистых (или заглинизированных песчаных) грунтов при насыщении водой увеличивать свой объем. Это сопровождается развитием в грунте давления набухания. Набухание зависит от содержания в грунте глинистых и пылеватых частиц и их минералогического состава, а также от химического состава взаимодействую­щей с грунтом воды. Бентонитовая глина может увеличить свой объем более чем на 80 %, каолинитовая – на 25 %.

Коэффициент набухания (К, %) определяют по данным лабораторных исследований по приросту объема грунта в процессе насыщения его водой:

K = (V – V₁) 100% / V₁,

где V – объем набухшего грунта, см³; V₁ – объем воздушно-сухого грунта, см³.

Способность грунтов к набуханию характеризуется:

• степенью деформации набухания К, %, определяемой по изменению объема или высоты образца;

• давлением набухания р, МПа, которое развивается при невоз­можности объемных деформаций в процессе набухания грунта;

• влажностью набухания W, соответствующей такому состоянию грунта, при котором прекращается процесс поглощения жидкости (воды) грунтом.

Усадкой грунта называют уменьшение его объема при высыхании: чем больше влажность, тем больше усадка. В наибольшей степени набуханию и усадке подвержены глинистые грунты и содержащие органические вещества (гумус).

Размоканием называют способность глинистых грунтов в стоячей воде терять связность и разрушаться — превращаться в рыхлую массу с частичной или полной потерей прочности. Глинистые грунты размокают в несколько раз медленнее, чем песчаные. Наличие в грунте гумуса и карбонатов замедляет размокание.

Размываемость грунтов со слабыми структурными связями обусловливается сопротивлением их размоканию.

Дата добавления: 2014-01-11