2. Основные физические характеристики грунтов

2.1.Удельный вес грунта

Удельным весом грунта _у, г/см³ называется отношение веса твердых частиц грунта только к их объёму.

Примечание: здесь и в последующем изложении 1 г/см³ = 9,81 Н/см³.

Необходимые приборы:

• мерная колба (пикнометр) емко­стью не менее 100 см³;

• сито с отверстиями 2 мм;

• ступка с фар­форовым пестиком;

• технические весы с разновесом;

• сушильный шкаф с термометром;

• электроплита.

Проведение опыта. Образец воздушно-сухого грунта раз­мельчают в фарфоровой ступке и из него отбирают среднюю пробу весом 100 - 200 г, которую просеивают через сито с от­верстиями 2 мм.

Среднюю пробу отбирают методом «квадратов». Для этого размельченный грунт насыпают тонким слоем на лист бумаги и шпателем разделяют на квадратики со сторонами около 4 см. Из каждого квадратика берут часть грунта.

Из средней пробы берут навеску так, чтобы 15 г грунта при­ходились на 100 см³ мерной колбы.

Колбу взвешивают, после чего в нее помещают грунт и вновь взвешивают. Вычитая из второго веса первый, определяют вес введенного в колбу грунта. В этот вес вносят поправку на гиг­роскопическую воду. Вес грунта в колбе с поправкой на гигро­скопическую воду вычисляют по формуле

где: вес введенного в колбу грунта в г;

W_г - гигроскопическая влажность в %.

Колбу наполняют дистиллированной водой примерно на 1/3 ее емкости и содержимое колбы кипятят от 30 минут (пески и супеси) до 1 часа (суглинки и глины) для разрушения структурных агрегатов в грунте.

Колбу доливают прокипяченной дистиллированной водой до мерной черты и охлаждают содержимое до комнатной темпера­туры.

Положение мениска в колбе поправляют добавлением нес­кольких капель воды. Снаружи колбу вытирают, а шейку колбы внутри осушают фильтровальной бумагой. После этого колбу взвешивают.

Освободив колбу от содержимого, промывают ее и напол­няют прокипяченной дистиллированной холодной водой до мерной черты, а затем взвешивают. Перед взвешиванием кол­бу вновь вытирают, а шейку внутри осушают. Взвешива­ние производят с точностью до 0,01 г.

Удельный вес вычисляют по формуле

где g₀ - вес введенного в колбу грунта с поправкой на гигрос­копическую воду в г;

g₂ - вес колбы с введенным грунтом и водой, налитой до черты в г;

g₃ - вес колбы с водой, налитой до черты в г.

Результат вычисления дают с точностью до 0,01 г/см³. Для каждой пробы грунта делается два параллельных оп­ределения удельного веса. Расхождения в этих определениях не должны превышать 0,02 г/см³. Принимается среднее арифмети­ческое полученных значений.

Результаты опытов заносят в таблицу 2.1.

Таблица 2.1.

№ пробы	№ опыта	Вес введенного в колбу грунта g0, г	Вес колбы с грунтом и водой g2, г	Вес колбы с водой g3, г	Удельный вес грунта г/см^3	Среднее значение г/см^3
1	1	45,35	354,05	325,5	2,69	2,7
	2	47,92	355,82	325,5	2,71

Методика и применяемые приборы при определении удель­ного веса в полевых и стационарных условиях одинаковы. В таблице 2.2 для ориентировки приведены значения удельного веса некоторых грунтов.

Таблица 2.2.

Наименование грунта	Удельный вес, г/см^3	Вероятная абсолютная ошибка, г/см^3	Вероятная ошибка, %
Пески	2,66	0,10	0,36
Супеси	2,70	0,17	0,63
Суглинки	2,71	0,20	0,74
Суглинки лессовидные	2,68
Глины	2,74	0,27	0,99

2.2. Объемный вес грунта

Объемным весом грунта у₀, г/см³ называется вес единицы объема грунта ненарушенной структуры и естественной влаж­ности.

Необходимые приборы:

• грунтоотборочные гильзы с направ­ляющим цилиндром и рычагами конструкции И. М. Литвинова;

• стальной нож с прямым лезвием;

• алюминиевые бюксы;

• техни­ческие весы с разновесом.

Проведение опыта. Определение объемного веса грунтов, которые при естественной влажности сохраняют сцепление и в то же время поддаются обработке ножом, производят по методу режущих гильз.

Отбор образцов ненарушенной структуры и естественной влажности в лаборатории осуществляется из монолита грунта, а в поле - непосредственно в шурфе.

При отборе образцов в лаборатории или в шурфе для вдав­ливания грунтоотборочных гильз в грунт используют направ­ляющие цилиндры, а когда нужно, то и рычаги.

Иногда образцы отбирают так: на монолит ставят грунтоотборочную гильзу и, придерживая ее левой рукой, подрезают ножом вокруг гиль­зы грунт, одновременно перемещая гильзу вниз. Остаток грунта, выступающий из гильзы, срезают ножом,

Отобранный гильзой грунт при помощи выталкивателя пе­ремещают в бюксу, вес которой известен. Бюксу с грунтом взве­шивают с точностью до 0,01 г.

Объемный вес вычисляют по формуле

где: g₁ - вес бюксы в г;

g₂ - вес бюксы с грунтом в г;

v - объем грунтоотборочной гильзы в см³ .

Объемный вес вычисляют с точностью до 0,01 г/см³.

Делают не менее двух параллельных определений объемного веса грун­та и вычисляют среднее арифметическое. Разница в параллель­ных определениях должна составлять не более 0,03 г/см³ .

Ре­зультаты опытов заносятся в таблицу 2.3.

Таблица 2.3. Форма записи данных для определения объемного веса

№ монолита	№ бюксы	Вес бюксы g1, г	Вес бюксы с грунтом g2, г	Вес грунта g, г	Объём грунта v, см^3	Объёмный вес грунта г/см^3	Среднее значение г/см^3
1	1	14,25	105,25	91,00	50	1,82	1,83
	2	14,05	106,16	92,11	50	1,84

2.3. Весовая влажность грунта

Влажностью грунта называется выраженное в процен­тах отношение веса воды, удаляемой высушиванием при 100 - 105°С, к весу минеральных частиц, содержащихся в грунте.

Необходимые приборы:

• алюминиевые бюксы;

• технические весы с разновесом;

• сушильный шкаф с термометром;

• эксикатор с хлористым кальцием (для поглощения влаги).

Проведение опыта. В бюксу, вес которой известен, помеща­ют не менее 10 г грунта естественной влажности. Рекомендуется в бюксу помещать столько грунта, чтобы он занимал 60 - 90% ее объема.

Бюксу с грунтом взвешивают на технических весах с точ­ностью до 0,01 г и помещают в сушильный шкаф, где грунт вы­сушивают в течение 3 - 5 ч при температуре 100 - 105°С.

Бюксу с сухим грунтом из сушильного шкафа переносят в эксикатор для охлаждения. В полевых условиях охлаждение про­водят на воздухе при закрытых крышках бюкс.

После охлаждения бюксу взвешивают и вновь помещают в сушильный шкаф. Через 1 - 2 ч производят контрольное взве­шивание. Если разница между двумя взвешиваниями не пре­вышает 0,02 г, высушивание заканчивают.

Влажность грунта вычисляют по формуле

где g₁ - вес бюксы в г;

g₂ - вес бюксы с влажным грунтом в г;

g₃ - вec бюксы с высушенным грунтом в г.

Результат, вычисления выражают с точностью до 0,1%. Делают два параллельных определения влажности и вычис­ляют среднее арифметическое.

Результаты опыта заносят в таблицу 2.4.

Таблица 2.4

№ монолита	№ бюксы	Вес бюксы g1, г	Вес бюксы с влажным грунтом g2, г	Вес бюксы с высушенным грунтом g3, г	Влажность грунта W, %	Среднее значение W, %
1	1	14,25	1053,25	92,35	16,5	16,7
	2	14,05	106,16	92,91	16,8

Примечание: в бюксе был помещен монолит грунта объемом 50 см³.

2.4. Объемный вес грунтового скелета, пористость, коэффициент пористости и степень влажности

Объемный вес грунтового скелета у_с г/см³ представляет собой вес минеральных частиц в единице объема грунта нена­рушенной или нарушенной структуры. Он определяется по фор­муле

где ₀ - объемный вec грунта, г/см³;

W - весовая влажность, %.

Кроме того, объемный вес грунтового скелета может быть определен по формуле

;

где g₁ - вес бюксы в г;

g₃ - вес бюксы с высушенным грунтом в г;

v - объем грунта в см³.

Например, по данным опытов, приведенным в табл. 2.3 и 2.4, получаем следующее значение объемного веса грунтового скеле­та (соответственно по первой и второй формулам):

Пористостью грунта п называется отношение объема пор к объему всего грунта, выраженное в процентах. Пористость оп­ределяется по формуле

По данным, приведенным в табл. 2.1, 2.3 и 2.4, получаем такую величину пористости

Коэффициентом пористости  называется отношение объема пор к объему минеральных частиц в грунте, выраженное в до­лях единицы.

Коэффициент пористости определяется по одной из следующих формул:

По данным табл. 2.1, 2.3 и 2.4 получаем такие значения коэффи­циента пористости (соответственно по первой, второй и третьей формулам):

Коэффициент пористости характеризует плотность грунта и в некоторой степени его сжимаемость.

Степенью влажности G называется заполнение пор грунта водой, выраженное в долях единицы.

Степень влажности определяется по формуле

где _в - удельный вес воды, равный 1,0 г/ см³.

По данным табл. 2.1 и 2.4 получаем такое значение степени влажности:

СНиП II-Б. 1 - 62 песчаные грунты в зависимости от значе­ния степени влажности подразделяет на три группы: маловлаж­ные – G  0,5; влажные - 0,5 < G  0,8; насыщенные водой - G > 0,8.