Характеристики физических свойств грунтов и классификации по ним
Пусть в некотором объеме грунта V массой m условно разделены составные части: твердые частицы объемом Vs и массой ms, вода (соответственно Vw и mw) и газ объемом Vг. Масса газа по сравнению с ms и mw мала. В механике грунтов используются следующие основные физические характеристики, определяемые опытным путем:
– плотность грунта , т/м3; (1.3)
– плотность частиц грунта , т/м3; (1.4)
– влажность . (1.5)
По основным можно рассчитать целый ряд производных показателей, более наглядно характеризующих соотношение составных частей грунта. Для них следует привести не только определение по смыслу, но и формулу для расчета производного показателя по основным.
Например, вводится показатель «плотность сухого грунта»:
.
Для получения формулы анализируем определение плотности грунта; с учетом (1.3) и (1.4) имеем:
.
То есть плотность сухого грунта можно рассчитать, зная и ; формула имеет вид:
. (1.6)
Аналогично можно ввести и рассчитать следующие характеристики:
– пористость , (1.7)
где – объем пор в рассматриваемом объеме грунта.
– коэффициент пористости:
(1.8)
– степень влажности: (1.9)
где – плотность воды.
В расчетах часто используются не плотности, а удельные веса, рассчитываемые умножением плотности на ускорение свободного падения. Соответственно имеем удельный вес грунта , частиц и сухого грунта :
; ; . (1.10)
Например, если , то .
Если взять объем грунта =1 м3, то для него по смыслу пористости n – объем пор, а 1 – n = m – объем твердых частиц. Разрешая (1.8) относительно n, получаем:
. (1.11)
Тогда объем твердых частиц
. (1.12)
Грунт, залегающий ниже уровня подземных вод, испытывает взвешивающее действие воды. При этом вес твердых частиц уменьшается на вес вытесненной ими воды, т.е. на величину . Принимая m по (1.12), получаем:
(1.13)
Для большинства грунтов значение близко к 10 кн/м3.
Для глинистых грунтов наряду с влажностью важным является понятие консистенции, характеризующее степень подвижности грунта. Консистенция может быть твердой, пластичной и текучей. Влажности, соответствующие границам между этими состояниями, называются пределами пластичности или раскатывания WP (граница между твердым и пластичным состояниями) и текучести WL (между пластичным и текучим).
Разность этих пределов называется числом пластичности:
(1.14)
Число пластичности тесно связано с содержанием в грунте глинистой фракции и поэтому используется в классификации: если – супесь, при 0,07 < суглинок; при > 0,17– глина.
Состояние по консистенции удобно характеризовать показателем текучести :
(1.15)
Из (1.15) видно, что при < < 0 и консистенция твердая; при > > 1 и консистенция текучая. Для суглинков и глин изменение их свойств в интервале очень существенно и для них в указанном интервале пластичной консистенции состояния детализируются: < 0,25 – полутвердое; <0,5 – тугопластичное; <0,75 – мягкопластичное; – текучепластичное. Для супесей, у которых число пластичности мало, во всем интервале остается одно название: супесь пластичная.
Для песчаных грунтов очень важно состояние по плотности сложения: плотное, средней плотности, рыхлое. В последнем состоянии грунт легко разупрочняется и дает большие деформации, особенно при динамических воздействиях.
Имеющиеся опытные данные по отдельным разновидностям песчаных грунтов позволяют установить состояние по плотности с помощью табл. 1.1.
Таблица 1.1
Грунты | Плотность сложения при коэффициенте пористости | |
плотные | рыхлые | |
Пески гравелистые, крупные и средней крупности | <0,55 | >0,70 |
Пески мелкие | <0,60 | >0,75 |
Пески пылеватые | <0,60 | >0,80 |
Если оказывается в интервале приведенных в табл. 1.1 значений, песок средней плотности.
Более объективно плотность сложения по значению можно установить, если данный грунт подвергнуть максимально рыхлой укладке и максимально плотной, определив соответственно и . Тогда, зная для естественного сложения, можно определить относительную плотность или индекс плотности
(1.16)
При 0< – песок рыхлый; при 0,67< – плотный и при 0,33< – средней плотности.
Наиболее надежно плотность устанавливается статическим или динамическим зондированием.
Для песчаных грунтов, особенно мелких и пылеватых, на строительные свойства влияет степень влажности . В зависимости от пески разделяются на маловлажные ( ), влажные 0,5< и водонасыщенные при >0,8.
По характеристикам физического состава и состояния можно определить условное расчетное сопротивление грунта , интегрально характеризующее строительные свойства грунта как основания.
Для песчаных грунтов достаточно знать полное наименование грунта (табл. 1.2), а для пылевато-глинистых – название и значения и (табл. 1.2, 1.3).
Таблица 1.2
Дата добавления: 2015-12-29; просмотров: 1880;