4.1. Определение плотности частиц грунта

(9)

где – масса твердых частиц (скелета) грунта в данном объеме, г (т);

– объем твердых частиц (скелета) грунта в данном объеме, см³ (м³).

Величина плотности частиц грунта зависит от минерального состава твердой фазы и колеблется в небольших пределах: 2.65 г/см³ – для песков; 2.70 г/см³ –для супесей и суглинков; 2.80 г/см³ – для глин.

Определяется она с помощью пикнометра – колбы из химического стекла с узким длинным горлышком. На горлышке имеется кольцевая риска, что позволяет точно отмеривать один о тот же объем жидкости или суспензии.

Метод основан на замещении части дистиллированной воды в фиксированном объеме частицами твердой фазы грунта и взвешивании пикнометра сначала только с дистиллированной водой, а затем с грунтовой суспензией.

ГОСТ 5180-84 регламентирует следующий порядок проведения испытаний:

– из протертой и просушенной в воздушно – сухом состоянии пробы грунта берется навеска из расчета 15 г грунта на каждые 100 мл емкости пикнометра и высушивается до постоянной массы при температуре 105±2⁰С;

– пикнометр, наполненный на 1/3 своего объема дистиллированной водой, взвешивается (определяется масса m^'_o), а затем через воронку в него всыпается высушенная навеска грунта и пикнометр снова взвешивается (определяется масса m^''_o);

– вычисляется масса сухого грунта m_o= m^''_o- m^'_o;

– пикнометр с водой и грунтом взбалтывается и кипятится на песчаной бане (продолжительность кипения: для песков и супесей – 0.5 ч, для суглинков и глин – 1 ч);

– после кипячения пикнометр охлаждается и в него доливается дистиллированная вода до мерной риски на горлышке (низ мениска должен совпадать с риской);

– пикнометр взвешивается (определяется масса m₁), затем ополаскивается чистой водой и в него наливается дистиллированная вода до мерной риски и производится повторное взвешивание пикнометра (определяется масса m₂);

– вычисляется плотность частиц грунта по формуле:

(10)

где – масса сухого грунта, г;

– масса пикнометра с водой и грунтом после кипячения, г;

– масса пикнометра с водой, г;

– плотность воды при температуре испытаний, г/см³.

Удельный весом частиц грунта _s называется вес единицы объема твердых частиц:

(11)

где g=9.80665 м/с² – ускорение свободного падения (допустимо использовать значение g = 9,81 м/с²).

4.2. Вычисление производных физических характеристик грунта

Производные характеристики грунта вычисляются по значениям основных характеристик: ρ, ρ _s, w.

Ниже для каждой вычисляемой характеристики приведены ее определение, содержательная ( поясняющая) и вычислительная формулы.

а) Плотностью грунта в сухом состоянии ρ_d называется масса единицы объема сухого грунта природного сложения:

(12)

где – масса твердых частиц (скелета) грунта в данном объеме, г(т);

– объем грунта, см³ (м³).

Вычисляем по формуле:

(13)

где – плотность грунта, г/см³; (т/м³);

– влажность грунта, % .

б) Коэффициентом пористости е называется отношение объема пор к объему твердых частиц в данном объеме грунта:

(14)

где – объем пор в данном объеме грунта, см³ (м³);

– объем твердых частиц (скелета) грунта в данном объеме, см³ (м³);

Вычисляется по формуле:

(15)

где – плотность твердых частиц грунта, г/см³; (т/м³);

– плотность сухого грунта природного сложения, г/см³; (т/м³).

в) Пористостью грунта n называется отношение объема пор в данном объеме грунта к этому объему:

(16)

где – общий объем грунта, см³ (м³).

Пористость грунта n тесно связана с коэффициентом пористости е и вычисляется по формуле:

или (17)

Плотность грунта в сухом состоянии, пористость и коэффициент пористости характеризуют плотность сложения грунта. От плотности сложения существенно зависят его прочность и сжимаемость, в частности прочность насыпи, после ее возведения

г) Степенью влажности S_r называется степень заполнения объема пор грунта водой:

(18)

где – объем воды в порах данного объема грунта, см³ (м³);

– объем пор в данном объеме грунта, см³ (м³).

Вычисляется по формуле:

(19)

где – влажность грунта, %;

– плотность твердых частиц грунта, г/см³; (т/м³);

=1.0 г/см³; (т/м³) – плотность воды.

Наибольшее влияние степень влажности оказывает на строительные свойства песчаных грунтов. Из определения характеристики и вида формулы (18) понятно, что степень влажности в принципе не может быть больше 1,0

По степени влажности песчаные и крупнообломочные грунты делятся на следующие разновидности:

маловлажные

влажные насыщенные водой