Гранулометрический состав грунта. Методы определения гранулометрического состава различных грунтов. Классификация грунтов по этому показателю
Предмет механики грунтов. Основные задачи дисциплины.
Механика грунтов – раздел механики сыпучих сред, изучающий напряженно-деформированные состояния, условия прочности и устойчивости, а также изменения свойств грунтов под влиянием внешних (механических) воздействий. Механика грунтов есть механика природных дисперсных (мелко раздробленных) материалов и составляет часть общей геомеханики.
В основу механики грунтов положены как законы теоретической механики абсолютно несжимаемых тел, так и закономерности строительной механики деформируемых тел (законы упругости, пластичности, ползучести).
Закономерности поведения грунтов также рассматриваются в механике (водопроницаемости, прочности, сопротивления сдвигу).
Какие задачи ставятся в механике грунтов?
Задачи прогноза механического поведения грунтов и грунтовых массивов. Для этого производятся:
установление физических и механических свойств грунтов и
возможности их использования в нужных целях, а, в случае необходимости,
и улучшение строительных свойств грунтов;
определение напряженно-деформированного состояния грунтовых
массивов, возможного его изменения в последующем;
определение общей устойчивости этих массивов, взаимодействующих с инженерными сооружениями или непосредственно устойчивости их самих, если они являются сооружениями.
Таким образом, основная задача - это оценка состояния в настоящий момент и прогноз дальнейшего поведения грунтов и массивов из них, прогноз происходящих в них процессов.
Грунт как дисперсно-фазовое образование. Фазовый состав грунта, свойства фаз грунта.
Грунт – раздробленные материалы различной крупности, которые либо связаны между собой, либо нет.
Грунт – трехфазная среда.
Грунты состоят из:
- твердых частиц (минералов, горных пород, органических остатков и др.);
- воды в различных видах и состояниях (в том числе льда при нулевой или отрицательной температуре грунта);
- газов (в том числе и воздуха).
Вода и газы находятся в порах между твердыми частицами (минеральными и органическими). Вода может содержать растворенные в ней газы, а газы могут содержать пары воды.
Жидкой фазой служит вода с растворами различных солей, газообразной — смесь воздуха, некоторых газов и водяного пара. Характерная особенность твердой фазы в ее дисперсности — раздробленности. Твердая фаза состоит из мелких частиц, суммарная поверхность которых в единице объема велика, вследствие чего большое значение имеют процессы, происходящие на границах между твердой и жидкой фазами. Жидкая фаза покрывает минеральные частицы и разделяет их в зоне контакта. Пленки и прослойки воды на минеральных частицах находятся в зоне действия межмолекулярных сил притяжения со стороны поверхности минеральных частиц. Эти силы изменяют структуру в тонких пленках, и ее свойства приближаются к свойствам твердых тел. Такая вода называется связанной. При увеличении содержания жидкой фазы в грунтах толщина пленок возрастает, влияние сил межмолекулярного взаимодействия уменьшается Вода, не испытывающая влияния таких сил, называется свободной. Соотношение между жидкой и твердой фазами определяет основные свойства грунта. Важное значение имеет гранулометрический состав грунта — относительное содержание частиц (фракций) разной крупности по массе.
В результате взаимодействия частиц друг с другом и с водой грунты приобретают связность, что увеличивает усилия, необходимые для их деформирования или разрушения. Ввиду этого мелкие частицы образуют достаточно прочные грунтовые агрегаты.
Гранулометрический состав грунта. Методы определения гранулометрического состава различных грунтов. Классификация грунтов по этому показателю.
Определение гранулометрического состава заключается (ГОСТ 12536 — 79) в установлении процентного содержания в грунте по массе частиц того или иного размера. Изменение размеров частиц или обломков, из которых состоят различные грунты, в сильной степени сказывается на физических, механических и других свойствах грунтов. Особенно сильно размер и форма частиц обломочного материала сказываются на свойствах грунтов без жестких связей, при изучении которых размер обломков и их количественное соотношение в грунте (породе) являются одними из важнейших классификационных признаков.
В зависимости от преобладающего размера обломков различают следующие обломочные несцементированные грунты: крупнообломочные, пески, супеси, суглинки и глины.
Большое внимание уделяется классификации обломков осадочных пород (грунтов) по их размерам. В строительстве грунты подразделяют по размерам частиц на четыре фракции: гравийную (и галечниковую), песчаную, пылеватую и глинистую.
Гравийные (размером 2... 10 мм) и галечниковые (размером 10...200 мм) частицы представляют собой окатанные, а если не окатанные, то соответственно дресвяные и щебенистые обломки горных пород, не обладающих связностью в сухом состоянии. Минералогический состав частиц различный.
Песчаные частицы (размером 2,00...0,05 мм) представляют собой обычно окатанные обломки минералов, реже — обломки пород.
Пылеватые частицы (размером 0,050...0,001 мм) по минеральному составу представляют собой чистый кварц, реже — полевые шпаты и другие минералы.
Глинистые частицы (размером менее 0,001 мм) являются наиболее активной тонкодисперсной частью грунтов. Грунты, содержащие в большом количестве глинистые частицы, практически водонепроницаемы.
В практике лабораторных испытаний применяют методы анализа зернового состава грунтов, основанных на различных принципах. При этом наиболее широкое распространение в лабораториях получили следующие методы:
Метод просеивания на ситах(ситовой метод). По этому методу непосредственное разделение частиц грунта по размеру частиц производят путем просеивания его через набор сит с отверстиями разного диаметра: 25; 20; 15; 10; 5; 2,5; 1,25; 0,63; 0,51; 0,14 и 0,07 мм. Остатки на ситах взвешивают и определяют процентной отношение к общей массе грунта.
Метод отмучивания. Он основан на учете различной скорости падения частиц в воде после ее взмучивания. Чем больше диаметр частиц, тем быстрее они осаждаются в воде.
Количество же песчаных фракций (диаметром 0,05... 1 мм) определяется путем удаления из грунта глинистых и пылеватых частиц, т. е. его отмучиванием. Для этого порцию грунта помещают в мензурку с водой и энергично взбалтывают ее. Затем после оседания на дно пробирки песчаных частиц мутную воду, содержащую во взвешенном состоянии пылеватые и глинистые частицы, сливают. Процедуру повторяют несколько раз до полного просветления сливаемой жидкости, после чего замеряют объем песчаного осадка.
Содержание в грунте глинистых частиц х определяется по приращению объема навески грунта в воде за счет разбухания глины по специальной таблице 
или по формуле, где Vo — приращение объема на 1 см3 первоначально взятого объема грунта.
Метод отбора проб суспензии пипеткой (пипеточный метод). Пипеточный метод отбора проб суспензии с определенной глубины через определенные сроки также основан на учете скорости падения частиц в спокойной воде. Для производства анализа взмучивают грунтовую суспензию и оставляют ее в покое на некоторое время, после чего пипеткой (объемом 20...30 см3) с определенной глубины отбирают пробу суспензии. Такая проба содержит только те частицы, которые не успели осесть за указанное время отстаивания. При следующих пробах, взятых пипеткой через большие промежутки времени от начала отстаивания суспензии, получают более мелкие частицы. Определяя массу высушенных проб и зная размер отобранных частиц (вычисляемый по длительности отстаивания суспензии и глубине взятия проб), после перерасчета получают данные о содержании частиц этого размера во всем объеме суспензии.
Ареометрический метод. При этом методе производят измерения плотности отстаиваемой суспензии ареометром через определенные промежутки времени. Плотность, измеренная ареометром, зависит от содержания в суспензии взвешенных твердых частиц. Получив значения убывающей плотности через определенные промежутки времени, с помощью расчетных формул или по номограммам определяют количество содержащихся в грунте частиц определенного размера.
Графические методы изображения зернового состава. Результаты гранулометрического анализа грунтов для большей наглядности, а также для облегчения соответствующих расчетов сводят в таблицу или строят по ним графики. Для построения кривой по оси ординат откладывают суммарный процент (от 0 до 100) содержания фракций, а по оси абсцисс — логарифмы диаметров частиц.