Физико-механические свойства грунтов

Рекомендации к оценке инженерно-геологических условий площадки строительства.

Оценку инженерно-геологических условий площадки строительства необходимо производить путём изучения геологических разрезов в пределах контура сооружения и определения значений условных расчётных сопротивлений грунта.

Физико-механические свойства грунтов были определены в лабораторных условиях и их значения сведены в таблицу 4 на основе задания.

Физико-механические свойства грунтов

Таблица.13

№	Наименование свойства
	Удельный вес, g (кН / м^3)
	Удельный вес минеральных частиц, gs (кН / м^3)
	Естественная влажность,W (в долях единиц)
	Влажность на границе текучести, WL (в долях единиц)
	Влажность на границе раскатывания, Wр (в долях единиц)
	Угол внутреннего трения, j ^0
	Удельное сцепление, С^н (кПа)
	Коэффициент сжимаемости, mo (кПа)
	Коэффициент фильтрации, Кф (см / сут)

По приведённым характеристикам определяем вид грунта и его состояние.

1. Число пластичности:

J_p = W_L – W_p, (1.1)

где W_L – влажность на границе текучести; W_р – влажность на границе раскатывания.

Типы глинистых грунтов

Таблица 14

Типы грунтов	Число пластичности
Супесь Суглинок Глина	1 £ Jр £ 7 7 < Jр £ 17 Jр> 17

1. Показатель текучести:

J_L = (W – W_p) / J_p, (1.2)

где W –естественная влажность, в долях единиц

Разновидности глинистых грунтов

Таблица 15

Разновидности глинистых грунтов по консистенции	Показатель текучести
Супеси: твердые пластичные текучие	JL < 0 0 < JL < 1 JL > 1
Суглинки и глины: твердые полутвердые тугопластичные мягкопластичные текучепластичные текучие	JL < 0 0 £ JL £ 0,25 0,25 < JL £ 0,50 0,50 < JL £ 0,75 0,75< JL £ 1,00 JL > 1,00

3.Коэффициент пористости:

e = g_s / g * (1 + W) – 1, (1.3)

где g - удельный вес; g_s – удельный вес твёрдых частиц, кН / м³.

Таблица 16

Крупнообломочные и песчаные грунты

Типы грунтов	Распределение частиц по крупности в % от массы воздушно-сухого грунта
Крупнообломочные: Валунный грунт (при преобладании неокатанных частиц - глыбовый) Галечниковый грунт (при преобладании неокатанных частиц - щебенистый) Гравийный грунт (при преобладании неокатанных частиц - дресвяный) Песчаные: Пески гравелистые   Пески крупные   Пески средней крупности Пески мелкие   Пески пылеватые	Масса частиц крупнее 200 мм составляет более 50% Масса частиц крупнее 10 мм составляет более 50 % Масса частиц крупнее 2 мм составляет более 50 %   Масса частиц крупнее 2 мм составляет более 25 % Масса частиц крупнее 0.5 мм составляет более 50 % Масса частиц крупнее 0.25 мм составляет более 50% Масса частиц крупнее 0.1 мм составляет 75% и более Масса частиц крупнее 0.1 мм составляет менее 75%

Примечание. Для установления типа грунта по табл. 16 последовательно суммируются проценты содержания частиц исследуемого грунта: сначала - крупнее 200 мм, затем - крупнее 10 мм, далее - крупнее 2 мм и т.д. Тип грунта принимается по первому удовлетворяющему показателю в порядке расположения наименований сверху вниз.

Виды песков по плотности их сложения

Таблица 17

Пески	Плотность сложения песков
	Плотные	Средней плотности	Рыхлые
Гравелистые, крупные и средней крупности Мелкие Пылеватые	е < 0.55   е < 0.60 е < 0.60	0.55  е  0.70   0.60  e  0.75 0.60  e  0.80	e > 0.70   e >0.75 e > 0.80

4.Степень влажности:

S_r = (W*g_s) / e*g_w, (1.4)

где g_w = 10 кН / м³ – удельный вес воды

Разновидности по степени влажности

Таблица 18

Грунты	Степень влажности Sr
Маловлажные Влажные Насыщенные водой	0 < Sr   Sr    Sr  

5.Модуль общей деформации:

Е_о = b / (m*v), (1.5)

где b = 1 – 2*m² / (1 - m);

m - коэффициент относительной поперечной деформации: для песков и супеси m = 0.3;для суглинков - m = 0.35; глины – 0.42;

Степень сжимаемости грунта

Таблица 19

Степень сжимаемости грунта	mo, МПа^-1	Е0, МПа
Несжимаемый Малосжимаемый Среднесжимаемый Повышенной сжимаемости Сильносжимаемый	< 0.01 0.01 - 0.05 0.05 - 0.1 0.1 - 1 >1	>100 30 - 1000 15 -30 5 -15 <5

6. Просадочность

По предварительной оценке к набухающим от замачивания водой относятся глинистые грунты со степенью влажности меньше или равной 0,8, для которых показатель просадочности J_ss меньше значений, приведенных в табл.16

J_ss =(е_L-е)\(1+е), (1.6)

где е_L - коэффициент пористости, соответствующий влажности на границах текучести.

е_L = w_Lγ_s,\ γ_w (1.7)

Таблица 20

Число пластичности	0,01≤ Jр <0,1	0,1≤ Jр <0,14	0,14≤ Jр <0,22
Показатель просадочности Jss	0,1	0,17	0,24

7.Условное расчётное сопротивление:

Классификация грунтов позволяет не только определить данный грунт, т. е. выделить его среди многообразия других грунтов, но и часто установить ориентировочные значения его прочностных и деформационных характеристик.

Например, увеличение пористости песчаного или пылевато-глинистого грунта (увеличение коэффициента пористости) при прочих равных условиях непременно повлечет за собой снижение его прочности и повышение деформируемости. Соответственно увеличение влажности (показателя консистенции) глинистого грунта, также при прочих равных условиях, приведет к снижению его прочности и повышению деформируемости.

Важной характеристикой несущей способности является расчетное сопротивление грунтов основания R_o кПа, ориентировочно оценивающее допускаемое давление на данный грунт под подошвой фундамента, имеющего ширину 1 м и глубину заложения 2 м.

СНиП 2.02.01 — 83 допускает назначать предварительные размеры фундаментов исходя из этой величины. Кроме того, значение величины R_o для различных слоев при сложном напластовании позволяет на раннейстадии изысканий, определив только физические характеристики грунтов, провести приблизительную сопоставительную оценку их несущей способности.

Формула для граничных значений:

R_o(JL) = R_o(1;0) – J_L*[ R_o(1;0) - R_o(1;1)], (1.8)

где R_o(1;0) – табличное значение R_o для е₁ при J_L = 0;

R_o(1;1) – табличное значение R_o для е₁ при J_L = 1;

Формула для промежуточных значений:

R_o(e,JL) = (е₂ – е) /(е₂ – е₁) * [(1 – J_L)* R_o(1;0) + J_L*R_o(1;0)] + (е – е₁) /(е₂ – е₁) *

* [(1 – J_L)* R_o(2;0) + J_L*R_o(2;1)], (1.9)

- е₁ и е₂ – соседние значения е в интервале между которыми находится коэффициент пористости данного грунта;

- е иJ_L – характеристики грунта, для которого ищется R_o

Расчетные сопротивления R₀ глинистых грунтов

Таблица 21

Пылевато - глинистые грунты	Коэффициент пористости	Значения R 0, кПа, при показателе текучести
	е	JL =0	JL =1
Супеси	0,5 0,7
Суглинки	0,5 0,7 1,0
Глины	0,5 0,6 0,8 1,1

Расчетные сопротивления R₀ песчаных грунтов основания

Таблица 22

Пески	Значения R0, кПа, в зависимости от плотности сложения песков
Плотные	Средней плотности
Крупные Средней крупности Мелкие: маловлажные влажные и насыщенные водой Пылеватые: маловлажные влажные насыщенные водой

Задание 5

Определить содержания различных фракций в грунте, построить кривую зернового состава, установить эффективные диаметры и коэффициент однородности, определить наименование грунта.

Таблица 23

Гранулометрический состав песчаных грунтов

Номер грунта	> 10 мм	10 – 5 мм	5 – 2 мм	2 – 1 мм	1 – 0,5 мм	0,5 – 0,25 мм	0,25 – 0,1 мм	<0,1 мм

Примечание. В таблице дано процентное содержание отдельных фракций в составе грунта.

Рекомендации к решению задания

Содержание в грунте частиц различной крупности, выраженное в процентах от общей массы исследуемого грунта, называется зерновым (гранулометрическим) составом. Определение зернового состава несвязных грунтов производится рассевом навески грунта на стандартных ситах и называется ситовым анализом. Данные зернового состава используют для установления вида грунта, приближенного определения водопроницаемости, оценки пригодности его при отсыпке насыпей, дамб, плотин, прогноза суффозии и т.д.

Применяемые материалы и оборудование: образец воздушно-сухого грунта массой около 1 кг, фарфоровая ступка, пестик с резиновым наконечником, набор сит с отверстиями 10, 5, 2, 1, 0,5, 0,25, 0,1 мм, электронные весы.

Порядок выполнения работы:

1. Из образца методом квартования отбирается средняя проба грунта массой 200 г. Масса средней пробы при содержании в грунте гравия до 10% должна быть не менее 500г, а при содержании до 30% - 1000 г.

2. Для разъединения частиц грунт растирается в ступке пестиком с резиновым наконечником.

3. Растертый грунт взвешивается и пропускается через набор сит с отверстиями10, 5, 2, 1, 0,5, 0,25, 0,1 мм.

4. Проверка тщательности просева соответствующей фракции производится отдельным последовательным просевом каждого сита над листком чистой бумаги.

5. Остаток грунта на каждом сите взвешивается на весах с погрешностью 0,01 г и определяется его процентное содержание:

;

- содержание грунта на соответствующем сите; - масса остатка грунта на том же сите, г; - масса воздушно-сухого грунта, взятого для анализа, г.

6. Определяется масса и процентное содержание частиц грунта , прошедших через последнее сито с отверстием 0,1 мм.

7. Результаты ситового анализа сводятся в табл. 1 и строится график гранулометрического состава (рис. 1).

Таблица 20

Результаты ситового анализа

Показатель	Размер фракций, мм
	10 - 5	5 - 2	2 - 1	1 - 0,5	0,5 - 0,25	0,25 - 0,1	0,1
Масса фракции, г	0,5			80,5	72,5	230,5	92,55	16,45
Содержание от пробы, %	0,1	0,4	1,0	16,1	14,5	46,1	18,5	3,3
Всего частиц менее данного диаметра, %		99,9	99,5	98,5	82,4	67,9	21,8	3,3

Рис. 1. График гранулометрического состава

Анализ считается удовлетворительным, если расхождение между суммой масс всех фракций и массой взятой пробы не превышает 1%. В противном случае анализ производится повторно.

8. График гранулометрического состава строится в полулогарифмической форме. По оси абсцисс откладываются десятичные логарифмы диаметров частиц, а по оси ординат – процентное содержание частиц данного диаметра. По форме гранулометрической кривой можно судить о составе грунта: при однородном составе грунта кривые имеют крутые участки, свидетельствующие о преобладании какой-либо фракции; у неоднородных грунтов кривые пологие и вытянуты вдоль оси абсцисс.

Показателем фильтрационной способности является действующий диаметр - диаметр частиц, мельче которых в грунте содержится 10% частиц.

Контролирующим диаметром называется диаметр частиц, мельче которого в грунте содержится 60% частиц.

Степень неоднородности определяется из выражения

.

При значении > 3 грунт считается неоднородным.

ПРИЛОЖЕНИЯ

Дата добавления: 2015-06-26