Характеристики физического состояния грунта

Состояние грунта в условиях его природного залегания изучается по монолитам грунта, отобранным на строительной площадке из шурфов или скважин. Из монолитов в лаборатории вырезают образцы грунта и экспериментально оп­ределяют следующие его характеристики: плотность, плотность твердых частиц грунта и влажность.

Представим некоторый объем трехкомпонентного (трехфазного) грунта массой , разделенный на отдельные компоненты (рис. 1.1), где

• и – соответственно масса и объем твердой фазы;

• и – соответственно масса и объем жидкой фазы;

• и – соответственно масса и объем газообразной фазы.

Рис. 1.1

Основные характеристики физического состояния грунта:

• плотность грунта естественной структуры равна отношению массы грунта к его объему (г/см³ , т/м³);

• плотность твердых частиц грунта равна отношению массы твердых частиц к их объему (г/см³ , т/м³);

• влажность грунта равна отношению массы воды к массе твердых частиц (д.е. или %).

Плотность определяется методами режущего кольца или гидростатического взвешивания (рис. 1.2).

Рис. 1.2

Плотность твердых частиц грунта определяется пикнометрическим методом. Для ос­новных породообразующих минералов плотность частиц изменяет­ся в небольших интервалах и в среднем может приниматься рав­ной: для песков – 2,65 т/м³, для супесей и суглинков – 2,70 т/м³, для глин – 2,75 т/м³.

С использованием трех основных характеристик, опреде­ленных опытным путем , остальные вычисляются по формулам. Плотность грунта в сухом состоянии (плотность скелета грунта) равна отношению массы твердых частиц к объему образца ненарушенной структуры до высушивания:

. (1.1)

По плотностям , и нахо­дятся соответственно удельный вес грунта , удельный вес твердых частиц грунта и удельный вес грунта в сухом состоянии в кН/м³:

, (1.2)

, (1.3)

, (1.4)

где - ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с².

Эта характеристика используется при вычислении других характеристик и в частности расчет­ного сопротивления грунта основания, напряжений от собствен­ного веса грунта, в расчетах общей устойчивости массивов, а также при определении давления грунта на подпорные стенки.

Коэффициент пористости представляет собой отношение объема пор в единице объема грунта к объему твердых частиц:

. (1.5)

В зависимости от коэффициента пористости песчаные грун­ты разделяются на плотные, средней плотности и рыхлые. Счи­тается, что при грунты могут служить хорошим основа­нием.

Пористость равна объему пор в единице объема грунта:

. (1.6)

Степень влажности представляет собой отношение объ­ема поровой воды к объему пор:

, (1.7)

где - плотность воды, принимаемая равной 1 г/см³ или 1 т/м³.

По степени влажности различают песчаные грунты:

• маловлажные ;

• влажные ;

• насы­щенные водой .

При глинистые грунты уже не могут быть классифицированы как просадочные.

Удельный вес грунта с учетом взвешивающего действия во­ды , равный разности между удельным весом сухого грунта и отношением веса воды в объеме твердых частиц ко всему объему грунта, вычисляется по формуле:

, (1.8)

где - удельный вес воды, принимаемый равным 10 кН/м³.

Взвешивающее действие подземных вод учитывается в рас­четах при определении напряжений от собственного веса грунта.

Для оценки состояния глинистого грунта необходимо знать его природную влажность и те характерные влажности, при которых грунт переходит от текучего состояния к пластичному и от пластичного к твердому .

Разность между значениями влажностей на границах текучести и раскатывания называется числом пластичности

. (1.9)

По числу пластичности в % устанавливается наименова­ние грунта. Связные грунты в зависимости от числа пластич­ности разделяются на:

супеси при 1 ≤ ≤7;

суглинки при 7 < ≤ 17;

глины при > 17.

Характеристика состояния грунта - показатель текучести вычисляется по формуле:

, (1.10)

где - влажность грунта, %.

Глинистые грунты классифицируются по показателю теку­чести следующим образом:

Супеси:

твердые <0;

пластичные 0≤ ≤ 1;

текучие > 1.

Глины и суглинки:

твердые < 0;

полутвердые 0 ≤ ≤ 0,25;

тугопластичные 0,25 < ≤ 0,50;

мягкопластичные 0,50 < ≤ 0,75;

текучепластичные 0,75 < ≤ 1,0;

текучие > 1.

Характеристика используется при выборе глубины зало­жения фундаментов и при определении величин сопротивлений грунтов в расчетах свайных фундаментов.