3.1.3. Характеристики физических свойств грунтов и классификации по ним

В механике грунтов используются следующие основные физические характеристики, определяемые опытным путем:

– плотность грунта , т/м³ ;

– плотность частиц грунта , т/м³ ;

– влажность ,

где m - масса в некотором объеме грунта V;

m_s и V_s – масса и объем твердых частиц в некотором объеме грунта V;

m_w и V_w – масса и объем воды в некотором объеме грунта V.

По эти характеристикам рассчитывают производные показатели:

- плотность сухого грунта ; ;

– пористость ,

где – объем пор в рассматриваемом объеме грунта V;

– коэффициент пористости

; (1.2)

– степень влажности: ,

где – плотность воды.

В расчетах часто используются не плотности, а удельные веса, рассчитываемые умножением плотности на ускорение свободного падения. Соответственно имеем удельный вес грунта , частиц и сухого грунта :

; ; .

Например, если , то .

Если принять объем грунта = 1 м³, то для него по смыслу пористости n – объем пор, а 1 – n = m – объем твердых частиц. Разрешая (1.2) относительно n, получаем: .

Тогда объем твердых частиц

(1.3)

Грунт, залегающий ниже уровня подземных вод, испытывает взвешивающее действие воды. При этом вес твердых частиц уменьшается на вес вытесненной ими воды, т.е. на величину . Принимая m по (1.3), получаем: .

Для большинства грунтов значение близко к 10 кН/м³.

Для глинистых грунтов наряду с влажностью важным является понятие консистенции, характеризующее степень подвижности грунта. Консистенция может быть твердой, пластичной и текучей. Влажности, соответствующие границам между этими состояниями, называются пределами пластичности или раскатывания W_P (граница между твердым и пластичным состояниями) и текучести W_L (между пластичным и текучим).

Разность этих пределов называется числом пластичности

Число пластичности тесно связано с содержанием в грунте глинистой фракции и поэтому используется в классификации:

J_P ≤ 0,07 - супесь, 0,07  J_P ≤ 0,17 - суглинок; J_P > 0,17 – глина.

Состояние грунта удобно характеризовать показателем текучести :

. (1.4)

Из (1.4) видно, что при < < 0 и консистенция твердая; при > > 1 и консистенция текучая. Для суглинков и глин изменение их свойств в интервале очень существенно и для них в указанном интервале пластичной консистенции состояния детализируются:

< 0,25 – полутвердое; <0,5 – тугопластичное; <0,75 – мягкопластичное; – текучепластичное.

Для супесей, у которых число пластичности мало, во всем интервале остается одно название: супесь пластичная.

Для песчаных грунтов очень важно состояние по плотности сложения: плотное, средней плотности, рыхлое. В последнем состоянии грунт дает большие деформации, особенно при динамических воздействиях.

Имеющиеся опытные данные по отдельным разновидностям песчаных грунтов позволяют установить состояние по плотности с помощью табл. 1.1.

Более объективно плотность сложения по значению можно установить, если данный грунт подвергнуть максимально рыхлой укладке и максимально плотной, определив соответственно и . Тогда, зная для естественного сложения, можно определить относительную плотность или индекс плотности

Таблица 1.1

Грунты	Плотность сложения при коэффициенте пористости
	плотные	средней плотности	рыхлые
Пески гравелистые, крупные и средней крупности	<0,55	От 0,55 до 0,70 включ.	>0,70
Пески мелкие	<0,60	От 0,60 до 0,75 включ.	>0,75
Пески пылеватые	<0,60	От 0,60 до 0,80 включ.	>0,80

. (1.5)

При 0< – песок рыхлый; при 0,67< – плотный и при 0,33< – средней плотности.

Наиболее надежно плотность устанавливается статическим или динамическим зондированием.

Для песчаных грунтов, особенно мелких и пылеватых, на строительные свойства влияет коэффициент водонасыщения . В зависимости от пески разделяются на малой степени водонасыщения ( ), средней степени водонасыщения 0,5< и насыщенные водой >0,8.

По характеристикам физического состава и состояния можно определить условное расчетное сопротивление грунта , интегрально характеризующее строительные свойства грунта как основания.

Для песчаных грунтов достаточно знать полное наименование грунта и плотность (табл. 1.2), а для пылевато-глинистых – название, значения и (табл. 1.3).

Таблица 1.2