Методические указания к выполнению работы Задача № 1.

Гранулометрическим (зерновым) составом грунта называется относительное содержание в грунте (по весу) частиц различной крупности.

Определение гранулометрического состава состоит в разделении грунта на фракции (группы частиц, близкие по крупности) и установлении их процентного содержания. Принято выделять следующие основные фракции:

Наименование частиц	Размеры частиц, d мм
Валунные	d > 200
Галечниковые (щебенистые)	200  d > 10
Гравийные (дресвяные)	10  d > 2
Песчаные	2  d > 0,05
Пылеватые	0,05  d > 0,005
Глинистые	d  0,005

Для определения степени неоднородности гранулометрического состава песчаных грунтов строят интегральную кривую гранулометрического состава (рис. 8).

Рисунок 8. Интегральная кривая гранулометрического состава.

При построении интегральной кривой гранулометрического состава грунта по оси абсцисса откладывают диаметры частиц в мм (для сокращения размеров графика по горизонтали рекомендуется логарифмический масштаб), а по оси ординат – процентное содержание частиц нарастающим итогом. При этом суммирование начинают с самой мелкой фракции. Приемы построения такого графика приведены в литературе 1. Степень неоднородности гранулометрического состава U определяется по формуле:

,

где d₆₀, d₁₀ – диаметры частиц, меньше которых в данном грунте содержится соответственно 60 и 10% частиц по массе (принимается по интегральной кривой гранулометрического состава грунта).

При U  3 - песок однородный.

По заданному гранулометрическому составу можно определить тип грунта [1, табл. 3.1]; [2, табл. 2]; [8, табл. 4].

Песчаные и крупнообломочные грунты в зависимости от зернового состава подразделяются следующим образом:

Классификация песчаных и крупнообломочных грунтов

по гранулометрическому составу.

Грунты	Размер частиц, d мм	Масса частиц, % от массы воздушно-сухого грунта
Крупнообломочные:
Валунный (глыбовый)	d > 200	> 50
галечниковый (щебенистый)	d > 10	> 50
гравийный (дресвяный)	d > 2	> 50
Песок:
гравелистый	d > 2	> 25
крупный	d > 0,5	> 50
средней крупности	d > 0,25	> 50
мелкий	d > 0,1	 75
пылеватый	d > 0,1	< 75
Примечание: Для установления наименования грунта последовательно суммируются проценты частиц исследуемого грунта: сначала крупнее 200 мм, затем крупнее 10 мм, далее крупнее 2 и т. д. Наименование грунта принимается по первому показателю в порядке расположения наименований в таблице сверху вниз.

Важным показателем оценки свойств песчаных грунтов является плотность их сложения. Пески по плотности их сложения подразделяются в зависимости от величины коэффициента пористости в естественном состоянии на плотные, средней плотности и рыхлые [1, табл. 3.2] [2, табл. 2]; [8, табл. 10]; [11, табл. 1.2].

Плотность сложения песчаных грунтов

Вид песков	Плотность сложения песков
	плотные	средней плотности	рыхлые
Пески гравелистые, крупные и средней крупности	e < 0.55	0.55  e  0.70	e > 0.70
Пески мелкие	e < 0.60	0.60  e  0.75	e > 0.75
Пески пылеватые	e < 0.60	0.60  e  0.80	e > 0.80

Величину коэффициента пористости e можно определить по формуле:

,

где _s - плотность частиц грунта;

 - плотность грунта;

W - природная влажность.

Разновидность песчаных грунтов по степени влажности S_r определяется согласно ГОСТ [2, табл.2].

,

где _W - плотность воды.

Крупнообломочные и песчаные грунты по степени влажности различаются на:

маловлажные 0,0 < Sr 0,5

влажные 0,5 < Sr 0,8

насыщенные водой 0,8 < Sr 1,0

Тип глинистого грунта и разновидность по консистенции определяются по заданным границам текучести, раскатывания и природной влажности [1]; [2, табл.2]; [8, табл.11 и табл. 13]; [11].

Граница (предел) текучести W_L соответствует влажности, при незначительном превышении которой грунт переходит из пластичного состояния в текучее.

Граница (предел) раскатывания W_p соответствует влажности, при незначительном уменьшении которой грунт переходит из пластичного состояния в твёрдое.

Разность между влажностями на границах текучести и раскатывания называется числом (индексом) пластичности и обозначается I_p:

.

По числу пластичности устанавливается наименование грунта. По ГОСТ связные грунты классифицируются следующим образом:

Вид глинистых грунтов	Число пластичности Ip
Супесь	0.01  Ip  0.07
Суглинки	0.07  Ip  0.17
Глины	Ip > 0.17

Показатель текучести I_L определяется по формуле:

,

где W - весовая влажность грунта в естественном состоянии.

По ГОСТ различают следующие виды консистенции глинистых грунтов в зависимости от величины I_L:

Консистенция глинистых грунтов по показателю текучести	Показатель текучести IL
Супеси:
твёрдая	IL < 0
пластичная	0  IL  1
текучая	IL > 1
Суглинки и глины:
твёрдая	IL < 0
полутвёрдая	0  IL  0.25
тугопластичная	< IL  0.50
мягкопластичная	< IL  0.75
текучепластичная	< IL  1
текучая	IL > 1

Расчетные сопротивления R₀ песчаных и глинистых грунтов определяются на основании оценки их вида и состояния по заданным характеристикам физических свойств в соответствии с нормами проектирования [1, табл. II.1 – II.3]; [8, табл.45-47].

Расчётные сопротивления R₀ крупнообломочных грунтов

Крупнообломочные грунты	Значение R0, кПа	Крупнообломочные грунты	Значение R0, кПа
Галечниковые (щебенистые) с заполнителем:		Гравийные (дресвяные) с заполнителем:
Песчаным	600	Песчаным	500
Пылевато-глинистым при показателе текучести IL: IL  0.5	450	Пылевато-глинистым при показателе текучести IL: IL  0.5	400
0.5 < IL 0.75	400	0.5 < IL 0.75	350

Расчётные сопротивления R₀ песчаных грунтов

Пески	Значение R0 ,кПа, в зависимости от плотности сложения песков
	плотные	средней плотности
Крупные	600	500
Средней крупности	500	400
Мелкие: маловлажные	400	300
влажные и насыщенные водой	300	200
Пылеватые: маловлажные	300	250
влажные	200	150
насыщенные водой	150	100

Расчётные сопротивления R₀ пылевато-глинистых (непросадочных) грунтов

Пылевато-глинистые грунты	Коэффициент пористости е	Значение R0, кПа, при показателе текучести грунта
		IL = 0	IL = 1
Супеси	0,5	300	300
	0,7	250	200
Суглинки	0,5	300	250
	0,7	250	180
	1,0	200	100
Глины	0,5	600	400
	0,6	500	300
	0,8	300	200
	1,1	250	100

Примечания: для грунтов с промежуточными значениями е и I_L значения R₀ определяются по интерполяции.

Для построения графика компрессионной зависимости (рис. 9) и определения коэффициента относительной сжимаемости грунта необходимо, прежде всего, вычислить коэффициенты пористости грунта e_i, соответствующие заданным ступеням нагрузки, по формуле:

где e_i – искомое значение коэффициента пористости грунта после уплотнения под нагрузкой Р_i;

е₀ – начальное (до уплотнения) значение коэффициента пористости грунта;

S_i –полная осадка образца грунта при заданной нагрузке Р_i, измеренная от начала загружения;

h – начальная (до уплотнения) высота образца грунта.

Коэффициент относительной сжимаемости грунта m_v определяется по формуле:

,

Рисунок 9. График компрессионной зависимости.

где m₀ - коэффициент сжимаемости грунта для заданного расчетного интервала давлений:

,

е₁ и е₂ – коэффициенты пористости, соответствующие давлениям Р₁ и Р₂;

Р₂ – Р₁ = Р – заданный расчетный интервал давлений, или так называемое действующее давление.

Числовые значения коэффициента относительной сжимаемости m_v позволяют судить о сжимаемости грунтов. При значениях m_v порядка 1Мпа^-1 – грунт сильносжимаемый; при m_v порядка 0,1 МПа^-1 – среднесжимаемый и при m_v порядка 0,01 Мпа^-1 - малосжимаемый [1].

Модуль деформации вычисляют для заданного расчетного интервала давлений Р = Р₂ – Р₁ по формуле:

где е_о - начальный коэффициент пористости грунта;

• - коэффициент, учитывающий отсутствие поперечного расширения грунта в приборе и назначаемый в зависимости от коэффициента Пуассона  .

По данным таблицы 3 необходимо построить график сдвига вида  = f(р), в общем виде показанный на рис. 10).

Грунт	
Песок и супесь	0,30	0,74
Суглинок	0,35	0,62
Глина	0,42	0,40

Для определения нормативного значения угла внутреннего трения грунта ^н и сцепления грунта с следует воспользоваться формулами, составленными на основе законов математической статистики 1 и 3:

где n - число экспериментов по определению сопротивления грунта сдвигу _i при давлении p_i;

- общий знаменатель этих выражений, определяемый по формуле:

Примеры определения нормативных значений угла внутреннего трения ^н, сцепления грунта с и построения графиков сдвига приведены в 4.

Рисунок 10. График сдвига  = f(p).