Инженерное грунтоведение.

1. Какие показатели характеризуют состав грунтов?

Основными показателями состава дисперсных грунтов являются:

• Петрографический, минералогический и химический составы;

• Гранулометрический состав;

• Плотность частиц грунта;

• Показатели пластичности (для связных грунтов): предел текучести (граница текучести), предел пластичности (граница раскатывания), число пластичности.

2. Какие характеристики относятся к показателям состояния грунтов?

К основным показателям состояния дисперсных грунтов относятся:

• Влажность;

• Пористость;

• Коэффициент пористости;

• Плотность сухого и влажного грунта;

• Показатель консистенции глинистых пород.

3. Какими методами определяется гранулометрический состав грунтов и условия их применения.

Методы, применяемые для определения гранулометрического состава, подразделяют на прямые (ситовой, пипеточный и т.д.) и косвенные (визуальный и ареометрический).

Прямые методыпозволяют непосредственно выделять необходимые фракции, определять их массу и процентное содержание в грунте.

Косвенные методы основаны на изучении некоторых свойств исследуемых грунтов, по изменению которых можно судить о содержании в породе тех или иных фракций.

Ситовой метод используют для определения гранулометрического состава песчано-гравелистых грунтов (с размером частиц более 0,1 мм).

Пипеточный метод используют главным образом для определения гранулометрического состава глинистых пород.

Ареометрический метод используется для определения гранулометрического состава грунтов, содержащих фракции диаметром менее 0,25 мм, и основан на измерении плотности суспензии в процессе ее отстаивания.

Метод Рутковского дает приближенное представление о гранулометрическом составе и часто используется в полевых условиях.

В основе метода лежат:

• Способность глинистых частиц набухать в воде;

• Различная скорость падения частиц в воде в зависимости от их размера (на основе формулы Стокса).( гдеr – радиус частиц, см;γ_s– плотность частиц, г/см³; γ_w –плотность воды, г/см³;g– ускорение свободного падения, см/с²;η– коэффициент вязкости воды.)

4. Показатели состояния грунтов. Методы их определения.

К основным показателям состояния дисперсных грунтов относятся:

• Влажность; (6 вопрос)

• Пористость; (10 вопрос)

• Коэффициент пористости; (10 вопрос)

• Плотность сухого и влажного грунта; (19 вопрос)

• Показатель консистенции глинистых пород.

5. Схема (?) определения капиллярных явлений в грунтах. Физическая их природа и влияние гранулометрического состава на высоту капиллярного поднятия.

Грунты обладают способностью поднимать воду по капиллярным порам снизу вверх вследствие воздействия капиллярных сил, которые возникают на границах раздела различных компонентов грунта.

Капиллярные свойства грунтов обычно характеризуются максимальной величиной капиллярного поднятия и скоростью капиллярного поднятия.

Высота и скорость капиллярного поднятия сильно зависят от гранулометрического состава грунтов, поскольку он в первую очередь определяет размер и характер пор. С возрастанием дисперсности грунтов размер пор в них уменьшается, а в соответствии с этим увеличивается высота капиллярного поднятия и, наоборот, уменьшается скорость подъема воды. Эти капиллярные свойства грунта связаны между собой обратной зависимостью.

6. Метод определения и расчета влажности грунтов. Характерные влажности. Зачем определяются.

Влажность грунта – это отношение массы водыm_в, заключенной в порах грунта, к массе сухого грунтаm_ск

W = m_В/m_ск иногда ее выражают в процентах.

Влажность грунтов в лаборатории принято определять высушиванием образцов до постоянной массы при температуре 105..107 градусов. Влажность грунтов может изменяться от нескольких процентов для скальных грунтов до сотен процентов для илов или торфов.

В полевых условия природную влажность (без отбора образцов) можно определить с помощью нейтронного влагометра.

Пластичность– способность грунта под внешним воздействием изменять форму без разрушения или разрыва сплошности и сохранять приданную ему форму после устранения действия внешней силы. Влажности, ограничивающие интервал появления пластических свойств грунтов, называютпределами пластичности, илихарактерными влажностями. Они нужны для определения числа пластичности грунтов.

7. Плотность грунтов. Методы определения плотности сыпучих и связных грунтов.

Плотностью грунта называют массу единицы объема грунта в его природном состоянии, т.е. ненарушенной структуры с естественной пористостью и влажностью. Она численно равна отношению массы грунта m_гр к его объемуV_гр.

ρ = m_гр/ V_гр.

Для связного (глинистого) грунта применяют методы режущего кольца и гидростатического взвешивания. Последний метод используется в тех случаях, когда нельзя изготовить образцы правильной геометрической формы, а образцы глинистого грунта перед взвешиванием в воде парафинируют.

Плотность сыпучих грунтов нарушенной структуры определяется в двух состояниях: рыхлом и плотном, что необходимо для оценки их строительных свойств и состояния.

8. Схема определения коэффициента фильтрации грунтов. От чего он зависит?

Коэффициент фильтрации К_Фхарактеризует способность грунта пропускать воду, т.е. его водопроницаемость, и представляет собой скорость движения потока воды в грунте при единичном градиенте напора.

Определение коэффициента фильтрации проводится при трех различных, но постоянных значениях гидравлического градиента в трубке Каменского по методу Дарси.

В трубку с песчаным грунтов наливают воду до определенного уровня h_i, который затем поддерживают постоянным в течение 2…3 мин, подливая воду из мерного цилиндра, что позволяет определить объем профильтровавшейся воды за отрезов времени. На основе полученных данных определяют значение коэффициента фильтрации по формуле Дарси

К_Ф = Q/FI

Где К_Ф – коэффициент фильтрации, см/с;

Q– количество воды, профильтровавшейся за единицу времени, см³/с, т.е.Q= V/t;

F – площадь сечения трубки, см²;

I– напорный (гидравлический) градиент, равный отношению разности напоров к длине пути фильтрации, т.е.I = (h₁-h₂)/L

Величина К_Фзависит от гранулометрического состава, структуры и пористости грунта, формы грунтовых частиц (т.е. их окатанности), температуры воды и содержания в ней растворенных веществ, в том числе и воздуха (газов).

9. Как определяется число пластичности грунта и как они классифицируются по этому показателю?

Интервал влажности между пределами пластичности характеризуется числом пластичности и используется как классификационный показатель грунта:I_P = W_L – W_P.

Для определения наименования глинистого грунта используют следующую классификацию:

Разновидность глинистых грунтов	Число пластичности
Супесь	1…7
Суглинок	7…17
Глина	>17

10. Что такое пористость и коэффициент пористости? Как эти характеристики определяются?

Между твердыми частицами грунта в результате их неплотного прилегания одна к другой образуются промежутки различной величины, которые называются порами. Поры могут быть заполнены воздухом или водой.

Пористостью грунта n называют отношение объема пустот (пор) в грунте к общему объему грунта, выраженное в процентах или в долях единицы,

n = V_пор/V_грунта

Вычисление пористости грунта производится по данным определения плотности частиц грунта и плотности сухого грунта.

n = ρ_s – ρ_d/ ρ_s

Часто пористость грунта характеризуют отношением объема пор к объему, занимаемому твердой фазой (скелетом) грунта. Эта величина называется коэффициентом пористости, или приведенной пористостью

е = V_пор/V_грунта

Коэффициент пористости может быть вычислен по плотности частиц грунта ρ_sи плотности сухогоρ_d (ρ_ск) грунта

е = ρ_s – ρ_d/ ρ_d

11. Метод определения коэффициента фильтрации грунтов.

Коэффициент фильтрации К_Фхарактеризует способность грунта пропускать воду, т.е. его водопроницаемость, и представляет собой скорость движения потока воды в грунте при единичном градиенте напора.

Определение коэффициента фильтрации проводится при трех различных, но постоянных значениях гидравлического градиента в трубке Каменского по методу Дарси.

В трубку с песчаным грунтов наливают воду до определенного уровня h_i, который затем поддерживают постоянным в течение 2…3 мин, подливая воду из мерного цилиндра, что позволяет определить объем профильтровавшейся воды за отрезов времени. На основе полученных данных определяют значение коэффициента фильтрации по формуле Дарси

К_Ф = Q/FI

Где К_Ф – коэффициент фильтрации, см/с;

Q– количество воды, профильтровавшейся за единицу времени, см³/с, т.е.Q= V/t;

F – площадь сечения трубки, см²;

I– напорный (гидравлический) градиент, равный отношению разности напоров к длине пути фильтрации, т.е.I = (h₁-h₂)/L

12. Гранулометрический состав грунтов. Методы определения. Назначение.

Гранулометрический состав характеризует содержание в грунте частиц (фракций) определенных размеров, взятых по отношению к массе абсолютно сухой породы в процентах. Размер фракций, слагающих тот или иной грунт, выражают обычно в миллиметрах.

Методы, применяемые для определения гранулометрического состава, подразделяют на прямые (ситовой, пипеточный и т.д.) и косвенные (визуальный и ареометрический).

Прямые методыпозволяют непосредственно выделять необходимые фракции, определять их массу и процентное содержание в грунте.

Косвенные методы основаны на изучении некоторых свойств исследуемых грунтов, по изменению которых можно судить о содержании в породе тех или иных фракций.

Ситовой метод используют для определения гранулометрического состава песчано-гравелистых грунтов (с размером частиц более 0,1 мм).Суть ситового метода состоит в разделении средней пробы на фракции с помощью набора сит с различным диаметром ячеек – от 10 до 0,1 мм.

Пипеточный метод используют главным образом для определения гранулометрического состава глинистых пород. Этим методом с достаточной точностью определяют содержание в породе фракций диаметром менее 0,1 мм. При наличии в грунте более крупных частиц пипеточный метод применяется в комбинации с ситовым методом.

Ареометрический метод используется для определения гранулометрического состава грунтов, содержащих фракции диаметром менее 0,25 мм, и основан на измерении плотности суспензии в процессе ее отстаивания. Так, если во взмученную суспензию опустить ареометр, то в процессе отстаивания плотность ее будет изменяться (в связи с выпадением из неё частиц грунта) и ареометр будет погружаться в суспензию. Через определенные отрезки времени снимаем отсчеты по глубине погружения ареометра и далее рассчитываем содержание каждой фракции, меньшей 0,25 мм.

Метод Рутковского дает приближенное представление о гранулометрическом составе и часто используется в полевых условиях.

В основе метода лежат:

• Способность глинистых частиц набухать в воде;

• Различная скорость падения частиц в воде в зависимости от их размера (на основе формулы Стокса).

При производстве массовых определений гранулометрического состава грунтов в полевых условиях часто выделяют только три основные группы фракций: глинистую (по набуханию), песчаную (по скорости падения частиц в воде) и пылеватую (вычитая из 100% суммарное содержание глинистых и песчаных частиц в процентах).

13. Приведите примеры показателей и состава и состояния грунтов.(?)

Основными показателями состава дисперсных грунтов являются:

• Петрографический, минералогический и химический составы;

• Гранулометрический состав;

• Плотность частиц грунта;

• Показатели пластичности (для связных грунтов): предел текучести (граница текучести), предел пластичности (граница раскатывания), число пластичности.

К основным показателям состояния дисперсных грунтов относятся:

• Влажность;

• Пористость;

• Коэффициент пористости;

• Удельный вес сухого и влажного грунта плотность;

• Показатель консистенции глинистых пород.

Примеры (?)

14. Определение оптимальной влажности ( W_опт ) и максимальной плотности ( ρ_dmax ) методом стандартного уплотнения.

Оптимальной влажностью W_оптназывается влажность, при которой достигается наибольшая плотность сухого грунта при затрате стандартной работы на уплотнение, а достигнутая при этом плотность ρ_dmax называетсямаксимальной плотностью грунта.В лабораторных условиях определениеW_опт и соответствующей ейρ_dmax производят на приборе стандартного уплотнения.

Метод заключается в последовательном уплотнении в приборе стандартного уплотнения (СоюздорНИИ) при одинаковых условиях пробы грунта с постоянным увеличением его влажности.

Испытания грунта на уплотнение с наращиванием влажности проводят до тех пор, пока плотность сухого грунта ρ_d не станет уменьшаться. По полученным при каждом уплотнении значениям ρ_d и W_i строят график ρ_d = ƒ (W_i).

За максимальную плотность грунта ρ_dmax принимают наибольшее значение ρ_d, а за оптимальную влажность W_опт– влажность, соответствующую максимальной плотности сухого грунта.

15. Показатели состава грунтов. Их характеристика. Методы определения.(4 вопрос)

16. Капиллярные явления в грунтах. Метод определения. Физическая природа. Величина поднятия в различных грунтах.

Грунты обладают способностью поднимать воду по капиллярным порам снизу вверх вследствие воздействия капиллярных сил, которые возникают на границах раздела различных компонентов грунта.

Поднятие воды в грунте по капиллярам можно представить как результат действия подъемной силы вогнутых менисков, которая по формуле Лапласа выражается как:

Q= 2a/Rгдеa – поверхностное натяжение жидкости;

R– радиус кривизны мениска, который связан прямой зависимостью с диаметром капилляра

R = d/2cosΘ;

d, r – соответственно диаметр и радиус капилляра;

Θ – краевой угол смачивания.

Капиллярные свойства грунтов обычно характеризуются максимальной величиной капиллярного поднятия и скоростью капиллярного поднятия.

Высота и скорость капиллярного поднятия сильно зависят от гранулометрического состава грунтов, поскольку он в первую очередь определяет размер и характер пор. С возрастанием дисперсности грунтов размер пор в них уменьшается, а в соответствии с этим увеличивается высота капиллярного поднятия и, наоборот, уменьшается скорость подъема воды. Эти капиллярные свойства грунта связаны между собой обратной зависимостью.

17. Число пластичности. Классификация грунтов по числу пластичности. Показатель консистенции глинистого грунта.

Пластичность– способность грунта под внешним воздействием изменять форму без разрушения или разрыва сплошности и сохранять приданную ему форму после устранения действия внешней силы. Влажности, ограничивающие интервал появления пластических свойств грунтов, называютпределами пластичности, илихарактерными влажностями.

Влажность, при которой грунт переходит из пластичного состояния в текучее, называют верхним пределом пластичности или границей текучести. В текучем состоянии грунт может рассматриваться как тяжелая вязкая жидкость.

Влажность, при которой грунт переходит из пластичного состояния в твердое, называют нижним пределом пластичности или границей раскатывания. В твердом состоянии изменение формы грунта сопровождается появлением в нем разрывов.

Определение границы текучести W_Lпроизводится методом балансирного конуса, а границы раскатыванияW_P – путем раскатывания грунтового теста в жгут.

Интервал влажности между пределами пластичности характеризуется числом пластичности и используется как классификационный показатель грунта:I_P = W_L – W_P.

Для определения наименования глинистого грунта используют следующую классификацию:

Разновидность глинистых грунтов	Число пластичности
Супесь	1…7
Суглинок	7…17
Глина	>17

Для определения состояния глинистых грунтов вычисляют показатель консистенции

I_L = W – W_P/W_L - W_P

Где W– природная влажность грунта.

18. Влажность грунтов. Метод определения. Характерные влажности. Показатель консистенции глинистого грунта.

Влажность грунта – это отношение массы водыm_в, заключенной в порах грунта, к массе сухого грунтаm_ск

W = m_В/m_ск иногда ее выражают в процентах.

Влажность грунтов в лаборатории принято определять высушиванием образцов до постоянной массы при температуре 105..107 градусов. Влажность грунтов может изменяться от нескольких процентов для скальных грунтов до сотен процентов для илов или торфов.

В полевых условия природную влажность (без отбора образцов) можно определить с помощью нейтронного влагометра.

Пластичность– способность грунта под внешним воздействием изменять форму без разрушения или разрыва сплошности и сохранять приданную ему форму после устранения действия внешней силы. Влажности, ограничивающие интервал появления пластических свойств грунтов, называютпределами пластичности, илихарактерными влажностями.

Для определения состояния глинистых грунтов вычисляют показатель консистенции

I_L = W – W_P/W_L - W_P

Где W– природная влажность грунта.

19. Плотность частиц грунта, влажного грунта, сухого грунта.

Плотность частиц грунта ρ_s представляет собой отношение массы твердой части сухого грунтаm_s(исключая массу воды в его порах) к его объемуV_s: ρ_s =m_s/V_s.

Плотность влажного грунта ρ_wпредставляет собой отношение массы влажного грунтаm_wк его объемуV_w: ρ_w=m_w/V_w.

Плотность сухого грунта ρ_d представляет собой отношение массы сухого грунтаm_d (исключая массу воды в его порах) к занимаемому этим грунтов объему, который включает в себя объем имеющихся в этом грунте пор: ρ_d=m_d/V_w.

20. Коэффициент водонасыщения. Классификация грунтов по степени водонасыщения.

Для характеристики физического состояния породы знания одной природной влажности недостаточно, необходимо еще установить степень заполнения пор грунта водой, т.е. коэффициент водонасыщения.

Коэффициент водонасыщения обычно определяют по выражению

S_r = W/W_sat ,

Где W – природная влажность грунта;

W_sat – предельная влажность грунта, возможна при данной его пористости (т.е. полная влагоемкость грунта).

Коэффициент водонасыщения чаще всего вычисляют по формуле

S_r =ρ_sW/eρ_W

Где W – влажность грунта в долях единицы;

ρ_s – плотность частиц грунта;

e– коэффициент пористости грунта;

ρ_W– плотность воды.

В зависимости от величины S_r грунты подразделяют на:

Разновидность грунтов	Коэффициент водонасыщения Sr, доля ед.
Малой степени водонасыщения	0…0,5
Средней степени водонасыщения	0,5…0,8
Насыщенные водой	0,8…1,0

21. Капиллярные явления в грунтах. Физическая природа и значение в дорожном строительстве. Величина поднятия в различных грунтах. Метод определения.(16 вопрос, лабораторный практикум стр 17-20).