2. Определение физико-механических свойств грунтов.

Все грунты различаются по структуре, текстуре, условиям залегания, минералогическому и петрографическому составу, что обуславливает различие их физико-механических свойств.

Физические свойства характеризуют физическое состояние грунтов. Важнейшие физические свойства: плотность, влажность, пористость, пластичность и т.д.

Водные свойства проявляются в отношении горных пород к воде. Они характеризуют способность породы изменить состояние, прочность и деформируемость при взаимодействии с водой, поглощать и удерживать воду, фильтровать ее. Важнейшие водные свойства: водоустойчивость (растворимость воде), влагоемкость, водоотдача, капиллярность, водопроницаемость и др.

Механические свойства определяют поведение грунтов при воздействии на них внешних нагрузок (усилий). Различают прочностные и деформационные и свойства.

Задание посвящено определению показателей, которые используются для оценки вышеописанных (физических, водных и механических) свойств дисперсных грунтов, а также изучению методов их определения.

В соответствии с указанным вариантом (Приложение 1) для каждой из трех проб грунта рассчитать по формулам основные показатели, характерные для связных и несвязных грунтов, определить наименование каждого образца и дать его полную характеристику.

2.1. Порядок определения физических свойств связных (глинистых) грунтов.

Основным критерием для определения группы дисперсного грунта – связный или несвязный, является число пластичности.

Если I_p≤0,01 (1%), то дисперсный грунт является несвязным (песчаным или крупнообломочным), если Ip>0,01, то грунт связный, глинистый (супесь, суглинок или глина).

Для глинистых грунтов классификационными характеристиками являются: число пластичности, показатель текучести, просадочность, набухаемость, водопроницаемость, наличие органики, степень водонасыщения, степень морозной пучинистости.

1. Наименование (разновидность) глинистого грунта определяют по числу пластичности (таблица 1).

Число пластичности I_p – разность влажностей, соответствующая двум состояниям грунта: на границе текучести W_L и на границе раскатывания W_p. W_L и W_p определяют по ГОСТ 5180 (таблица 1).

(1)

Основные разновидности грунтов по I_p (по ГОСТ 25100-95, табл.Б.11)

Таблица 1

Разновидность глинистых грунтов	Чисто пластичности, д.ед.
Супесь	0,01—0,07
Суглинок	0,07—0,17
Глина	>0,17

Примечание^ Илы подразделяют по значениям числа пластичности, указанным в таблице, на супесчаные, суглинистые и глинистые.

Если I_p<0,01 (1%), то дисперсный грунт является несвязным (песчаным или крупнообломочным).

2. Для характеристики консистенции глинистого грунта в строительных целях используют показатель текучести (консистенции) I_L:

(2)

где W – естественная влажность грунта, д.ед.;

W_p – нижний предел пластичности (влажность на границе раскатывания), д.ед.;

I_p – число пластичности, д.ед.

Основные разновидности глинистых грунтов по I_L(по ГОСТ 25100-95, табл.Б.14)

Таблица 2.

Разновидность глинистых грунтов	Показатель текучести IL
Супесь:
— твердая	< 0
— пластичная	0–1
—текучая	> 1
Суглинки и глины: — твердые	<0
—полутвердые	0–0,25
—тугопластичные	0,25–0,50
—мягкопластичные	0,50–0,75
—текучепластичиые	0,75–1,00
— текучие	> 1,00

3. По гранулометрическому составу и числу пластичности I_p глинистые группы подразделяют согласно таблице 3 (ГОСТ 25100-95, табл.Б.12).

Таблица 3

Разновидность глинистых грунтов	Число пластичности Ip	Содержание песчаных частиц (2—0,05 мм), % по массе
Супесь:
—песчанистая	0,010,07	 50
—пылеватая	0,010,07	< 50
Суглинок:
—легкий песчанистый	0,070,12	 40
—легкий пылеватый	0,070,12	 40
—тяжелый песчанистый	0,120,17	 40
— тяжелый пылеватый	0,120,17	< 40
Глина:
— легкая песчанистая	0,170,27	 40
—легкая пылеватая	0,170,27	< 40
—тяжелая	> 0,27	Не регламентируется

4. По наличию включений глинистые грунты подразделяют согласно таблице 4 (ГОСТ 25100-95, табл.Б.13).

Таблица.4

Разновидность глинистых грунтов	Содержание частиц крупнее 2 мм, % по массе
Супесь, суглинок, глина с галькой (щебнем)	1525
Супесь, суглинок, глина галечниковые (щебенистые) или гравелистые (дресвяные)	2550

5. По относительной деформации набухания без нагрузки _sw глинистые грунты подразделяют согласно таблице 5 (ГОСТ 25100-95, табл.Б.15).

Грунт набухающий — грунт, который при замачивании водой или другой жидкостью увеличивается в объеме и имеет относительную деформацию набухания (в условиях свободного набухания) _sw  0,04.

Относительная деформация набухания без нагрузки _sw, д. е. — отношение увеличения высоты образца грунта после свободного набухания в условиях невозможности бокового расширения к начальной высоте образца природной влажности. Определяется по ГОСТ 24143.

(3)

- величина абсолютной деформации грунта при набухании, мм.

- высота образца грунта с природной влажностью при природном давлении (на глубине отбора образца), мм.

Для расчетов h₀ =50мм.

Таблица 5

Разновидность глинистых грунтов	Относительная деформация набухания бет нагрузки sw, д. е.
Ненабухающий	<0,04
Слабонабухающий	0,04—0,08
Средненабухающий	0,080,012
Сильнонабухающий	>0,12

6. По относительной деформации просадочности _sl глинистые грунты подразделяют согласно таблице 6 (ГОСТ 25100-95, табл.Б.16).

Грунт просадочный — грунт, который под действием внешней нагрузки и собственного веса или только от собственного веса при замачивании водой или другой жидкостью претерпевает вертикальную деформацию (просадку) и имеет относительную деформацию просадки _sl  0,01.

Относительная деформация просадочности , д. е. – отношение разности высот образцов, соответственно, природной влажности и после его полного водонасыщения при определенном давлении к высоте образца природной влажности. Определяется по ГОСТ 23161.

(4) где — дополнительное сжатие (просадка) грунта в результате замачивания, мм;

—высота образца грунта с природной влажностью при природном давлении (на глубине отбора образца), мм;

Для расчетов h₀ =50мм.

Таблица 6

Разновидность глинистых грунтов	Относительная деформация просадочности sl, д. е.
Непросадочный	<0,01
Просадочный	0,01

7. Рассчитывают плотность сухого грунта _d, г/см³ – отношение массы грунта (за вычетом массы воды и льда) к его объему:

(5)

где  — плотность грунта, г/см³;

W — влажность грунта, д. е.

8. Пористость грунта n, %, доли ед., – отношение объема пор ко всему объему грунта:

(6)

где ρ_s – плотность частиц грунта – масса единицы объема минеральной части, г/см³;

_d – плотность сухого грунта, г/см³.

Средние значения ρ_s песчаных и пылевато-глинистых грунтов следующие (в г/см³): песок – 2,66; супесь – 2,70; суглинок – 2,71; глина – 2,74.

8. Коэффициент пористости е, доли ед., – отношение объема пор к объему твердой части скелета грунта:

или (7)

8. Коэффициент водонасыщения (степень влажности) S_r, доли ед., – степень заполнения объема пор водой:

(8)

где ρ_s – плотность частиц грунта, г/см³;

W – природная влажность, доли ед.;

е – коэффициент пористости, доли ед.;

ρ_w – плотность воды, принимаемая равной 1,0г/см³.

11. Определяют степень морозной пучинистости грунта по его полной характеристике, таблица 7 (по ГОСТ 25100-95, табл.Б.27).

По относительной деформации пучения _fn грунты подразделяют согласно таблице 7.

Грунт пучинистый — дисперсный грунт, который при переходе из талого в мерзлое состояние увеличивается в объеме вследствие образования кристаллов льда и имеет относительную деформацию морозного пучения _fn  0,01.

Таблица 7.

Разновидность грунтов	Относительная деформация пучения fn, д. е.	Характеристика грунтов
Практически непучинистый	< 0,01	Глинистые при IL  0 Пески гравелистые, крупные и средней круп­ности, пески мелкие и пылеватые при Sr  0,б, а также пески мелкие и пылеватые, содержащие менее 15 % по массе частиц мельчи 0,05 мм (независимо от значения Sr). Крупнообломочные грунты с заполнителем до 10 %
Слабопучинистый	0,01  0,035	Глинистые при 0 < IL  0,25 Пески пылеватые и мелкие при 0,6 < Sr  0,8 Крупнообломочные с заполнителем (глинистым, песком мелким и пылеватым) от 10 до 30 % по массе
Среднепучинистый	0,035  0,07	Глинистые при 0,25 < IL  0,50 Пески пылеватые и мелкие при 0,80 < Su  0,95 Крупнообломочные с заполнителем (глинистым, песком пылеватым и мелким) более 30 % по массе
Сильнопучинистый и чрезмерно пучинистый	> 0,07	Глинистые при IL > 0,50. Пески пылеватые и мелкие при Sr > 0,95

12. По относительному содержанию органического вещества I_r глинистые грунты и пески подразделяют согласно таблице 12 (по ГОСТ 25100-95, табл.Б.22).