Структурные связи между минеральными частицами. Понятие о внутреннем трении в грунтах

Прочностные свойства грунтов зависят не от прочности отдельных минеральных зерен, а от структурных связей между отдельными минеральными частицами.

Для скальных грунтов характерны жесткие, для глинистых грунтов - пластичные связи.

Нескальные грунты по характеру структурных связей разделяют на связные (супеси, суглинки, глины) и несвязные, сыпучие (крупнообломочные и песчаные грунты).

Сопротивление взаимному перемещению частиц сыпучих грунтов, вызываемое трением в точках контакта частиц, называют внутренним трением грунта.

Трещины и их влияние на свойства грунтов

Трещины наиболее часто встречаются в скальных грунтах, плотных глинах, и изредка в песчаных грунтах. По степени расчлененности трещинами скальные грунты разделяют на: монолитные – если трещин нет, либо они есть, но не пересекаются; трещиноватые – трещины частично пересекаются, оставляя между блоками мостики прочного скального грунта; разборные – трещины образуют густую сеть, пересекаются и полностью разделяют обломки породы.

Трещины оказывают негативное влияние на свойства грунтов. По трещинам возможны сдвиги частей скального грунта под нагрузкой. Глинистые и песчаные грунты также могут иметь сеть трещин, по которым будет происходить замачивание массива, отрыв и соскальзывание при оползнях, следовательно, пренебрегать их трещиноватостью нельзя.

Основные физические характеристики грунтов. Дополнительные характеристики грунтов.

Оценка каждой разновидности грунта как физического тела производится с помощью ряда физических характеристик. Некоторые из них применяются в расчетах оснований и грунтовых сооружений, другие – для классификации грунтов. Основными физическими характеристиками грунтов являются:

Плотностью ρ называется отношение массы грунта, включая массу воды в его порах, к занимаемому этим грунтом объему. Плотность песчаных и глинистых грунтов — 1,5...2 т/м³; полускальных неразрыхленных грунтов — 2...2,5 т/м³, скальных — более 2,5 т/м³.

ρ=m_g/V_g

Плотность частиц грунта ρ_s — отношение массы сухого грунта (исключая массу воды в его порах) к объему твердой части этого грунта.

ρ_s=m_s/V_s

Плотность скелета грунта — плотность сухого грунта, ρ_d.

ρ_d= ρ/1+w

w – влажность грунта.

Влажностью w называется отношение массы воды в порах грунта к массе высушенного грунта.

w =m_ω/m_s

Влажность грунтов определяют высушиванием пробы грунта при температуре 105°С до постоянной массы. Отношение разности масс пробы до и после высушивания к массе абсолютно сухого грунта дает значение влажности, выражаемое в процентах или долях единицы. Грунты влажностью до 5 % считают сухими, свыше 30 % — мокрыми, а от 5 до 30 % — нормальной  влажности.

Для повышения производительности машин и снижения трудоемкости некоторых работ (уплотнение грунта во время обратной засыпки котлованов, устройство насыпей, трамбование грунта и др.) грунты стремятся доводить до оптимальной влажности, определяемой гранулометрическим составом грунта, требуемой его плотностью, типом применяемых машин и другими факторами.

При значительной влажности глинистых грунтов появляется липкость. Большая липкость грунта усложняет его выгрузку из ковша машины или кузова, условия работы конвейера или передвижение машины.

Долю заполнения пор грунта водой — степень влажности S_r рассчитывают по формуле:

ρ_w – плотность воды (1г/см³).

е – коэффициент пористости;

Под пористостью грунтов понимают наличие в них мелких пустот. Количественно пористость обычно выражают процентным от­ношением объема пустот (V_n) к общему объему грунта (V); эту величину называют пористостью и обозначают через n.

Кроме того, пористость грунта может характеризоваться отно­шением объема пустот (V_n) к объему твердой фазы (V_s) - эта величина называется коэффициентом пористости, или приведенной пористостью, и выражается обычно в долях единицы. e=(ρ_s − ρ_d)/ρ_d

Характеристики пластичности пылевато-глинистых грунтов — это влажности на границах текучести w_L и раскатывания w_p, определяемые в лабораторных условиях, а также число пластичности I_p и показатель текучести (консистенции) I_L вычисляемые по формулам:

Число пластичности: I_p=w_L−w_p

Показатель текучести: I_L=(w−w_p)/(w_L−w_p)

Граница текучести – влажность грунта, находящегося м/у пластичным и текучим состоянием.

Граница пластичности - влажность грунта, находящегося м/у твердым и пластичным состоянием.

Характеристики w_L, w_p и  I_р являются косвенными показателями гранулометрического и минералогического состава пылевато-глинистых грунтов.

Ip=1-7% — супесь.

Ip=7-12% — лёгкий суглинок

Ip=12-17% — тяжёлый суглинок

Ip=17-27% — лёгкая глина

Ip > 27% — тяжёлая глина

Супесь:

пластичная 0 ≤ I_L ≤ 1    

текучая I_L > 1

Суглинок и глина:      

твердые I_L < 0    

полутвердые 0 ≤ I_L ≤ 0,25    

тугопластичные 0,25 ≤ I_L ≤ 0,5    

мягкопластичные 0,5 ≤ I_L ≤ 0,75    

текучепластичные 0,75 ≤ I_L ≤ 1    

текучие IL > 1

Дополнительными характеристиками грунтов являются содержание органических веществ, засоленность, льдистость. Относительное содержание органических веществ в грунте I_om определяется как отношение их массы в образце сухого грунта к массе образца. Засоленность грунтов d₀ определяется как отношение минимального суммарного содержания легко- и среднерастворимых солей к массе сухого грунта. Льдистость различают весовую и объемную. Весовая льдистость i – отношение массы льда к массе всей воды, содержащейся в грунте. Объемная льдистость i_об – отношение объема льда к объему всей воды, содержащейся в грунте.

Грунт по своей природе – тело неоднородное. Определение какой-либо его характеристики по одному образцу дает только ее частное значение. Поэтому различают нормативные Xн и расчетные X значения физических характеристик грунта.