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 ρs;
- плотность грунта ρ;
- естественная влажность W.
Для пылевато-глинистых грунтов, кроме того, существуют еще две основные характеристики (пределы пластичности):
- влажность на границе текучести WL;
- влажность на границе раскатывания WP.
Производные характеристики определяются аналитически, т.к. всегда могут быть выражены через основные. К производным относятся:
- плотность сухого грунта ρd;
- пористость n;
- коэффициент пористости e;
- полная влагоемкость Wsat ;
- степень влажности SR;
- удельный вес грунта.
Для пылевато-глинистых грунтов существуют также:
- индекс пластичности IP ;
- индекс текучести IL .
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 Vs 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 Vw. Объем Vg , незанятый водой, занят газами (чаще всего воздухом).
Масса грунта внутри объема V равна m,частицы грунта внутри объема Vs имеют массу ms , вода внутри объема Vw имеет массу mw (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 ρd≤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
Wsat=Wmax. (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 ρw - 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 SR<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 IP и индекс текучести IL.
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.