Задание № 1

Укажите, из каких компонентов состоят грунты, какие физические характеристики используются при их описании. Найдите влажность, плотность в сухом состоянии, коэффициент пористости, влажность при полном насыщении, степень влажности, удельный вес частиц, удельный вес грунта, а также удельный вес грунта с учетом взвешивающего действия воды. Масса образца песчаного грунта, отобранного методом режущего кольца со стенки шурфа. Объем (V) полости кольца - пробоотборника равен 200 см³. Плотность частиц грунта составляет 2,65 г/см³. Дайте определения перечисленных физических характеристик.

В большинстве случаев грунты состоят из трех компонентов: твердых частиц (твердых тел), воды (жидкого тела), воздуха или иного газа (газообразного тела), то есть составные части грунта находятся в трех состояниях: твердом, жидком и газообразном.

Таблица № 1.

Характеристика	Определение	Формула	Расчет	Единица измерения
Влажность	Отношение массы воды, содержащейся в грунте, к массе твердых частиц	W=	^= 0,21	---
Плотность	Отношение массы грунта к его объему		= 1,9	г/см^3
Удельный вес частиц	Отношение веса частиц к из объему	s = sg	2,65*10 = 26,5	кН/м^3

Коэффициент пористости - отношение объема пор к объему твердых частиц.

Плотность в сухом состоянии - отношение массы твердых частиц грунта к объему образца ненарушенной структуры до высушивания.

Влажность при полном насыщении это - состояние грунта при практически полном заполнении пор грунта водой.

Степень влажности - отношение естественной влажности грунта к влажности соответствующей полному заполнению пор водой, то есть к полной влагоемкости.

Удельным весом частиц грунта g _s называется отношение веса частиц грунта к объему, который они занимают.

Удельный вес грунта - отношение веса твердых частиц к весу воды при 4° С, взятой в объеме, равном объему частиц.

Удельный вес грунта с учетом взвешивающего действия воды – определяется по формуле γ_sb=(γ_s-γ_w)/(1+e) где γ_s - удельный вес частиц грунта, γ_w - удельный вес воды, принимаемый равным 10 кН/м³; е - коэффициент пористости.

_d = = 1,57г/см³; e = - 1 = 0,69; W_sat = e = 0,26;

S_r = = 0,81; γ = g = 19,0 кН/м³; γ_sb = = 9,76 кН/м³.

Задание № 2

Поясните, чем обусловлена сжимаемость грунтов, сформулируйте закон уплотнения, опишите устройство компрессионного прибора. По результатам испытаний песка, постройте компрессионную кривую и найдите модуль деформации в интервале давления 50...200 кПа.

Так как грунт состоит из твердых частиц и пор, которые частично или полностью заполнены водой, теоретически при его сжатии должны уменьшаться объемы всех трех его компонентов: твердых частиц, воздуха (газа) и воды. Поскольку напряжения сжатия, возникающие обычно в основании сооружений, сравнительно небольшие, объемные деформации твердых частиц, состоящих из таких материалов, как кварц, полевой шпат и др., ничтожно малы и не учитываются. Следовательно, можно считать, что изменения объема грунта при сжатии происходит только из-за изменения объема пор.

Закон уплотнения (компрессии) - изменение коэффициента пористости грунта прямо пропорционально изменению давления.

Рисунок 1 - устройство компрессионного прибора

1 – компрессионное кольцо; 2 – корпус прибора; 3 – перфорированные штампы; 4 – индикаторы.

Конструкции компрессионного прибора весьма разнообразны, но сущность их остается одной и той же.

Сущность проведения опыта для установления показателей сжимаемости грунта заключается в наблюдении за величиной линейного обжатия образца грунта под нагрузкой.

Образец грунта обжимается в замкнутом кольце в условиях, исключающих возможность бокового его расширения. Нагрузка передается образцу посредством рычагов гирями через штамп, в который заключен пористый камень. Назначение последнего - обеспечение отвода из образца отжимаемой в процессе опыта воды.

Вычисляем относительные деформации образца на каждой ступени нагрузки:

ε₁ = = = 10*10^-4; ε₂ = = 19*10^-4; ε₃ = = 35*10^-4;

ε₄ = = 62*10^-4; ε₅ = = 95*10^-4;

Компрессионную кривую строим в координатах ε -  (рис.1). Аппроксимируя зависимость ε = f() прямой линией в заданном интервале давления, находим модуль деформации:

E = β = 0,74 = 10⁴ *0,74 = 18500 кПа = 18,5 МПа,

где β - поправка, учитывающая отсутствие поперечного расширения грунта при испытаниях.

0 50 100 150 200 р, кПа

0 0,002 0,004 0,006 0,008 0,010 ε

Рисунок 2 - компрессионная зависимость.