Грунты учебник

Во втором случае воздух в порах находится в замкнутой системе и может оказывать влияние на упругие свойства грунта.

1.2. Структура и текстура грунтов

Прочностные свойства грунтов обуславливаются прочностью не столько самих частиц, сколько прочностью связей между ними.

Под структурой понимается строение грунта, т. е. размер и взаиморасположение частиц и агрегатов. Выделяют следующие структуры

(рис. 4):

∙зернистая структура характерна для песчаных грунтов;

∙ячеистая характерна для глинистых грунтов, когда вес частицы меньше, чем прочность контакта между частицами;

∙хлопьевидная характерна для тонкодисперсных илистых грунтов.

Рис. 4. Структура грунтов

Под текстурой понимают сложение грунта, т.е. сложение структурных элементов в слое грунта. Выделяют следующие текстуры (рис. 5):

∙массивная текстура характерна для лессовидных грунтов;

∙слоистая текстура характерна для аллювиальных (речных) отложений;

∙проблематическая текстура (включения, линзы, поры, трещины).

Рис. 5. Текстура грунтов

1.3. Физические свойства грунтов

Физические свойства грунтов необходимы для оценки грунта как основания зданий и сооружений. При этом грунт, в основном рассматривается как 3-х фазная система (твердые частицы, вода, газ).

10

Поэтому единицу объема грунта можно представить в следующем виде

(рис. 6).

Рис. 6. Схема составных частей образца грунта

В лабораторных условиях определяются следующие показатели физических характеристик:

∙ Плотность твердых частиц грунта ρs (г/см3) – отношение массы твердых частиц к их объему: ρ = г.

г

В лабораторных условиях определяется с помощью пикнометра или ареометра.

Для ориентировочных расчётов может быть принята равной:

	−	для песчаных грунтов – 2,63 – 2,66			г/см3;
	−	для глинистых грунтов – 2,70 – 2,74			г/см3;
	−	для торфа – 1,10 – 1,40	г/см3.
∙	Плотность грунта ρ (г/см3) –			отношение массы образца грунта к его
	объёму:		ρ = гв г .
Определяется методом			парафинирования или режущего кольца
(цилиндра).
∙	Плотность сухого грунта ρd (г/см3):
			ρ = ρ 1 − n .
∙	Плотность грунта во взвешенном водой состоянии ρsв (г/см3):
		ρ в = ρ − 1 · 1 − n .
∙	Влажность W (%) – отношение массы воды к массе сухого грунта:
			ρ =	в
				г · 100%.

В лабораторных условиях определяется путем высушивания образца грунта при t = 105°:

11

W = РвлРРс с · 100,

где Рвл – масса влажного образца; Рс – масса высушенного образца.

∙Коэффициент пористости е (дол. ед.) – отношение объема пор к объему скелета грунта:

е= г в расчётах: е = · − 1.

По коэффициенту пористости определяется плотность сложения песчаных грунтов (табл. 4):

					Таблица 4
Плотность сложения песчаных грунтов
			Плотность сложения
Тип песчаных грунтов		плотные	средней		рыхлые
			плотности
Пески гравелистые,		е < 0,55	0,55 ≤ е ≤ 0,70		е > 0,70
крупные и средней
крупности
Пески мелкие		е < 0,60	0,60 ≤ е ≤ 0,75		е > 0,75
Пески пылеватые		е < 0,60	0,60 ≤ е ≤ 0,80		е > 0,80
∙ Пористость n (%) –	это отношение объема пор к общему объему
образца грунта:	· 100% в расчётах: n = ее .
n = г

∙ Степень влажности (коэффициент водонасыщенности) Sr (дол. ед.)

– степень заполнения пор водой:

S = ··,

где ρw – плотность воды, ρw=1 г/см3.

Песчаные грунты подразделяются:

−маловлажные – 0 < S r ≤ 0,50;

−влажные – 0,50 < Sr ≤ 0,80;

−насыщенные водой – 0,80 < Sr ≤ 1,0.

∙Пластичность – характеризует состояние глинистых грунтов

следующими показателями (рис. 7).

При приложении нагрузки к шарообразному глинистому образцу он меняет форму без образования трещин (чем отличается от твердого состояния), а после снятия не меняет форму (чем отличается от текучего состояния).

12

Рис. 7. Показатели состояния пылевато-глинистого грунта

Границы пластического состояния Wp, WL

Выделяют два предела:

−Wp (%) – влажность грунта при переходе из пластичного в твердое состояние. В лабораторных условиях определяется методом раскатывания.

−WL (%) – влажность грунта при переходе из пластичного в текучее состояние. В лабораторных условиях определяется с помощью балансирного конуса Васильева.

∙Число пластичности J (%):

рJ" = W# − W".

По числу пластичности определяется название глинистого грунта (табл. 5).

∙ Показатель текучести (консистенция) JL (дол. ед.)

По показателю текучести JL глинистые грунты подразделяются (табл. 5).

	Таблица 5
Консистенция глинистых грунтов
Наименование грунта	Показатель текучести JL
Супесь
Твердое	JL < 0
Пластичное	0 ≤ JL ≤ 1
Текучее	JL > 1
Суглинок и глина
Твердое	JL < 0
Полутвердое	0 ≤ JL ≤ 0,25
Тугопластичное	0,25 ≤ JL ≤ 0,5
Мягкопластичное	0,5 ≤ JL ≤ 0,75
Текучепластичное	0,75 ≤ JL < 1
Текучее	JL ≥ 1

13

Таблица 6

Основные физические свойства песчаных и глинистых грунтов для

определения нормативных значений (φII, cII, Еn, Ro)			в соответствии со
	СНиП 2.02.03-83*
Песчаные грунты		Глинистые грунты
1.Название грунта		1. Название
− гравелистые		грунта
− крупные	грануло–	− супесь	Jр
− средней крупности	метрический	− суглинок
− мелкие	состав	− глина
− пылеватые
2.Степень		2. Консистенция / состояние
влажности		грунта
− мало
		− твердое
− влажный	Sr	− пластичное	JL
− насыщенный		− текучее
водой
3.Степень плотности сложения		3. Коэффициент пористости
− плотные
− средней плотности	e		е
− рыхлые

Условное расчётное сопротивление грунта R0 определяется по СНиП

2.02.01-83*.

В практических расчётах оснований и фундаментов применяются следующие значения физических характеристик, определяемые по

формулам:	ρ =
								(г/см3),
	е =	· − 1							(дол. ед.),
	n = ее				· 100%				(%),
	m = ее				· 100%				(%),
	S	= %··					(дол. ед.),
	W& =					%·			(%),
	J"	= W# − W"							(%),
	J# =			'					(%),
					('
	ε* =	% '% +,,.						(дол. ед.),
			% /
				γ = ρ · g,
					14

где g = 9,81 м/с2 – ускорение свободного падения; для практических расчётов можно применять g = 10 м/с2.

Все выше рассмотренные физические характеристики необходимы для оценки грунта как основания зданий и сооружений и определения условного расчетного сопротивления грунта R0.

Все рекомендации сведены в табл. 6.

По таблицам СП 50-101-2004 г. могут быть определены:

−Приложение Г. (Таблицы Г.1, Г.2, Г.3, Г.4, Г.5, Г.6, Г.7) – нормативные значения механических характеристик (удельного сцепления Сn, угла внутреннего трения φn, и модуля деформации Е, мПа);

−Приложение Д. (Таблицы Д.1, Д.2, Д.3, Д.4, Д.5, Д.6, Д.7, Д.8, Д.9,

Д.10 – условное расчетное сопротивление грунта Ro).

1.4. Механические характеристики грунта

		Деформационные			Прочностные
Е	–	модуль деформации грунта,	φ	–	угол внутреннего	трения,
	мПа;			град;
mo	–	коэффициент сжимаемости,	C	–	удельное сцепление	грунта,
	мПа-1			кПа.

1.4.1. Испытание грунтов штампом в полевых условиях

При инженерно-геологических изысканиях применяются 2 вида стандартных штампов:

−опорная площадь А = 5000 см2 (70,7х70,7 см) – для испытания грунтов в шурфах на глубине до 3 метров;

−опорная площадь А = 600 см2 – для испытания грунтов в скважинах на глубине 3 – 15 м.

Испытания выполняются с целью определения модуля деформации – Е. Одна из возможных схем испытания грунта штампом в полевых условиях представлена на рис. 8.

15

Рис.8. Схема установки для испытания грунта штампом

1– стандартный штамп;

2– гидравлический домкрат с манометром давления для измерения нагрузки на штамп;

3– шарнир;

4– упорная металлическая сварная балка;

5– монтажные подкладки;

6– винтовые анкерные сваи;

7– независимая металлическая рама с закрепленными на ней прогибомерами и струнами для измерения осадки штампа при увеличении нагрузки;

8– шурф.

Загружение штампа производится ступенями по 25 кПа для слабых и по 50 кПа для относительно прочных грунтов. По результатам испытания строится график зависимости S=f(Р) (рис. 9). Модуль деформации определяется в пределах условно прямолинейного участка графика S=f(Р) (рис. 9).

16

		Рис.9. График испытания грунта штампом
По данным графика определяется модуль деформации:
где d	–	Е = 1 − ν4 · ωd 7879 кПа,
		ширина прямоугольного или диаметр круглого
		штамма, м;
ν	–	коэффициент Пуассона:

−для крупноблочных грунтов – 0,27;

−для песков и супесей 0,30;

−для суглинков – 0,35;

−для глин – 0,42;

ω– безразмерный коэффициент для круглых штампов –

0,8;

P– приращение давления на штамп; принимается между 2 точками на прямолинейном участке графика: конечная точка соответствует концу прямолинейного участка, а начальная – величине бытового давления

	или 50 кПа в практических расчетах.
S –	приращение осадки штампа, соответствующее ∆Р.
1.4.2. Испытание грунта в компрессионном приборе
Цель	испытания – определение коэффициента сжимаемости m0,

приведённого коэффициента сжимаемости mv и модуля деформации Е. Схема компрессионного прибора представлена на рис. 10.

17

Рис. 10. Схема компрессионного прибора

1- образец грунта естественного сложения;

2- стандартное кольцо (d=6÷12 c м и h=1,5÷3 см);

3- пористая пластина;

4- пористый штамп;

5- фильтровальная бумага;

6- ванночка с водой (для создания наихудших условий работы грунта);

7- индикатор часового типа сценой деления 0,01 мм, для измерения осадки штампа;

8- шарнир;

9- вертикальная нагрузка на штамп.

Загружение штампа производится ступенями 0 – 50 – 100 – 200 – 400 – 800 кПа. Каждая ступень нагрузки выдерживается до условной ее стабилизации. За условную стабилизацию принята величина равная

0,01 мм:

−в песчаных грунта за 1 час;

−в пылевато – глинистых за 2 часа.

Врезультате испытаний строится компрессионный график е=f(Р) (рис. 11).

18

Рис. 11. График испытания грунта в компрессионном приборе

		%= %>			-1	E@ =	A %=
	tgα = m< = 8> 8=, кПа						BC	, кПа,
где tgα –	угол наклона компрессионной кривой;
β – коэффициент, принимаемый равным:
–	для песков	– 0,76
–	для супесей	– 0,74
–	для суглинков	– 0,62
–	для глин	– 0,4
	mD =		BC	, кПа		E@ = BAE, кПа.
			%=

В расчетах принимаются Р1= 100 кПа и Р2 = 200 кПа. Для более точных расчетов принимаются Р1 = σƶɡ и Р2 = σƶɡ + σƶр.

Модуль деформации при компрессионных испытаниях Ек имеет погрешности в сравнении с полевыми испытаниями. Поэтому для определения Е по данным компрессионных испытаний вводится

коэффициент mк.	E = m@ · E@,

где mк – корректирующий табличный коэффициент.

1.4.3. Испытание грунта в сдвиговом приборе

Испытание грунта в сдвиговом приборе производится с целью определения прочностных характеристик:

φ – угол внутреннего трения; C – удельное сцепление, кПа.

Схема сдвигового прибора приведена на рис.12.

19