Физико-механические свойства грунтов

Физические характеристики грунтов количественно оценивают свойства грунтов в естественном состоянии, а механические под воздействием нагрузки. Физические характеристики делятся на основные и вычисляемые. Основные получают из исследований.

Три основные характеристики основных физических свойств:

1. Плотность грунта ρ – естественной (ненарушенной) структуры, равную отношению массы образца грунта к его объему: г/см³, т/м³, кг/м³.

2. Плотность твердых частиц грунта ρ_s, равную отношению массы твердых частиц к их объему

3. Природную весовую влажность грунта W (%), равную отношению массы содержащейся в нем воды к массе твердых частиц.

Природная весовая влажность грунта [W], [%], [д,е].

Выделим из грунта образец, объемом 1см², и мысленно разделим его на две части: одну, занятую твердыми частицами (V₁) и вторую занятую порами, располагающимися между этими частицами. Пространство занятое порами можно разделить на 2 части, одна из которых занята водой, а другая воздухом.

Рис 3.1

q₁– масса твердых частиц

q₂– масса воды

Масса воздуха не оказывает влияния на результаты расчета.

В соответствии с определениями:

–плотность грунта естественной (ненарушенной) структуры.

- плотность твердых частиц.

- природная весовая влажность грунта.

Плотность грунта определяют взвешиванием по образцу отобранному в режущее кольцо, иногда парафинированием.

Плотность твердых частиц определяют пекнометрическимметодом, при этом методе вес (масса) твердых частиц в некотором объеме грунта, вычисляется как разность весов пиктометра (стеклянной колбы с уширением) вместе с помещенным его V сухого грунта и пустогопиктометра.

Влажность грунта устанавливают взвешиванием образца естественной влажности до и после высушивания, при постоянной температуре t=105°С.

Все три основные характеристики определяются только экспериментальным путем и служат для расчета других характеристик.

Характеристики, определяемые на основе расчета:

- плотность сухого грунта– отношение массы частиц грунта после высушивания к объему образца ненарушенной структуры до высушивания.

- влажность грунта, выраженная через ρ и ρ_d.

ρ_d– масса единицы объема V грунта естественного сложения в абсолютном сухом состоянии.

ρ_d- отношение массы грунта за вычетом массы воды в его порах к его первоначальному объему.

Рис 3.2

=>

Зная плотность грунта можно определить удельный вес грунта:

–удельный вес грунта.

- удельный вес грунта в сухом состоянии.

g = 9,81м/с², [γ] = [кН/м³]

- удельный вес твердых частиц.

Пористость грунта (n)– отношение объема пор в образце к объему самого образца.

Отношение объема твердых частиц грунта к объему образца – m.

Рис 3.3

m+n=1n=1-m

Так как объем рассматриваемого образца принят равным 1см³, величины m и n будут соответственно объемами пор и твердых частиц в единице V грунта.

Величины m и n можно получить из выражений.

Коэффициент пористости е– отношение объема пор к объему твердых частиц.

e=n/mили

Коэффициент водонасыщения S_r(степень влажности) – отношение естественной влажности грунта к влажности, соответствующей полному заполнению пор водой (без пузырьков воздуха), то есть полной влажности W_sat.

Согласно определению:

Где ρ_W– плотности воды.

ρ_W=1г/см³, ρ_W=10кН/м⁹.

Подставим значение W_satв выражение S_r:

По коэффициенту водонасыщения различают грунты:

0<S_r≤0,5 – малой степени водонасыщения

0,5<S_r≤0,8 – средней степени водонасыщения

0,8<S_r≤1 – насыщенный водой

Удельный вес с учетом взвешивающих действия воды: определяется для залегающих ниже уровня подземных вод грунтов в соответствии с законом Архимеда по формуле:

В зависимости от влажности Герцоги для глинистых грунтов ввел 3 консистенции: твердую, пластичную и текучую.

Для определения консистенции находят харак-е влажности, соответствующей границе текучести W_Lи границе раскатывания (пластичности) W_P.

W_L– влажность грунта, при которой стандартный конус нагружается в образец на глубину 10мм (верхний предел пластичности).

W_P– влажность грунта, при которой он теряет способность раскатываться в шнур диаметром 2-3мм (нижний предел пластичности).

- число пластичности– разность между…

По I_Pопределяем грунт:

Супесь 0,01≤I_P≤0,07 (7%)

Суглинок 0,07≤I_P≤0,17 (17%)

Глины I_P>0,17

Сравнение естественной влажности грунта, с влажностью на границе раскатывания (пластичности) и текучести позволяет устанавливать его состояние по показанию текучести I_L.

Лекция 4 – 19.10.11

I_L– характеризуется степенью взаимной подвижности твердых частиц в грунте естественного состояния.

Чем больше подвижность, тем больше I_L.

По показателю текучести или консистенции различают следующие состояния для глин и суглинков:

- твердое I_L< 0 (W<W_p)

- полутвердое 0 < I_L≤ 0,25

- тугопластичное 0,25 < I_L≤ 0,5

- мягкопластичное 0,5 < I_L≤ 0,75

- текучепластичное 0,75 < I_L≤ 1

- текучее I_L> 1 (W>W_p)

Для супесей (вследствие малой точности определения значений W_Lи W_p) различают 3 состояния:

- твердое I_L< 0

- пластичное 0 < I_L≤ 1

- текучее I_L> 1

Плотность песков может быть установлена путем сравнения коэффициента пористости e природного сложения с коэффициентами пористости е_max в плотном е_min состоянии и определяется показателем плотности сложения I_d:

- рыхлые 0 ≤ I_L≤ 0,33

- средней плотности 0,33 < I_L≤ 0,67

- плотные 0,67 < I_L≤ 1

е_minустанавливается при уплотнении песка постукиванием или вибрированием мерной колбы, ае_max при свободном насыпании песка в мерный сосуд.