1)Основные физические характеристики грунтов и методы их определения

В книге Б.И.Далматов с 17

Строительные качества грунтов оценивают по ряду физических характеристик. Эти характеристики делятся на основные, определяемые лабораторными анализами (удельный и объемный вес, влажность, граница текучести и граница раскатывания глинистого грунта), и иа производные, вычисляемые по значениям основных характеристик (объемныи вес скелета, пористость, коэффициент пористости, объемный вес взвешенного вводе грунта, степень влажности или степень водонасыщеиия).

Удельный вес грунта у, гс/см5, (ГОСТ 5181—64) выражается отношением веса минеральных частиц (скелета) к их объему и определяется по формуле

Объемный вес грунта, (ГОСТ 5182—64) характеризует вес единицы его объема, различают объемный вес влажного грунта у, гс/см3, равный отношению веса образца грунта природной влажности к его объему, и объемный вео скелета грунта усн, гс}смъ, равный отношению веса образца грунта, высушенного при 100— 105° С до постоянного веса, к его первоначальному объему (т. е. к объему до высушивания).

Объемный вес влажного грунта вычисляют по формуле

Влажностью грунта (ГОСТ 5179—64) называется содержание в нем воды, удаляемой высушиванием при 100—105° С до постоянного веса, выраженное в процентах к этому постоянному весу. Величину влажности грунта вычисляют по формуле

Граница текучести глинистого грунта WL проц., является мерой консистенции (степени подвижности) и выражается влажностью, определяющей границу между его пластичным и текучим состоянием (ГОСТ 5184—64).

Граница раскатывания глинистого грунта Wp , проц., является мерой пластичности и выражается влажностью, определяющей границу между его пластичным и твердым состоянием (ГОСТ 5183—64).

Пористость л, проц., и коэффициент пористости е служат для количественной оценки объема, занимаемого порами в грунте природного сложения и влажности.

2) Основные механические характеристики грунтов и методы их определения в книге б.И.Далматов с 23

3) Класиф.Показатели песчаных и песчанно-глинистых грунтов

Конструкцию фундамента во многом определяют характеристики грунта, возводится на котором, он будет. Грунт в основании должен отличаться прочностью и иметь низкую степень сжимаемости и пучинистости. Но не всем грунтам свойственны такие качества, что является следствием индивидуальности структуры каждого из них. К примеру, торфяные грунты подвергаются сильному сжатию под нагрузкой, а некоторым грунтам относящимся к группе глинистых, свойственно при замачивании давать дополнительную осадку под нагрузкой или же, наоборот набухать, то есть подниматься. Строительство фундаментов на таких видах грунта требует организации всевозможного рода мероприятий, которые связанны с осушением участка, который подлежит застройке и предотвращением увлажнения в основании фундамента.

Особого внимания, заслуживает такая разновидность грунта, как песчаный. Он обладает сыпучестью в сухом состоянии и ему не свойственна пластичность в увлажнённом состоянии. Для песчаного грунта характерно содержание меньше 50% относительно массы, частиц обладающих размером более 2 – ух миллиметров. Песчаные грунты классифицируются в зависимости от величины частиц, а также их количества на пять различных видов. К ним относятся: песок гравелистый, крупный песок, обладающий средней крупностью, мелкий песок, а также песок пылеватый.

По значению коэффициента плотности или пористости, песчаные грунты классифицируются на плотные, со средней плотностью и рыхлые. По показателям влажности существуют, маловлажные, заполняемые водой на 50% пор, чрезвычайно влажные, в которых данный показатель находится в рамках 50 – 80 %, а также насыщенные, где уровень насыщения влагой достигает свыше 80%. Данные показатели необходимы для произведения расчётов несущей способности, что весьма важно при закладке фундамента. Отличительным свойством песчаных грунтов , является способность проседать под действием нагрузки, то есть уплотняться. Возрастание плотности оснований из песка, будет повышаться с увеличением объёма частиц. Для песков средней плотности характерно незначительное проседание под воздействием нагрузки, и так же, как и в случае с крупным песком слабая реакция на увлажнение.

Что касается, мелкого песка, то он под воздействием влаги в значительной степени утрачивает свою несущую способность. Для этих грунтов свойственно фильтрование воды и промерзание без пучения.

В зависимости от крупности песка и его чистоты, увеличивается уровень нагрузки, которую он способен нести. В случае достаточной толщины слоя и равномерно распределенной плотности песчаные грунты, являются качественным основанием для различных построек, это позволяет с незначительными исключениями, возводить фундаменты любого уровня сложности. При работе с песчаными грунтами рекомендованная глубина закладки основания колеблется в районе 40 – 70 сантиметров.

Процесс осадки здания построенного на качественном песке происходит довольно равномерными темпами и в течение незначительного временного периода. Песчаное основание, которое обладает крупной структурой, не способствует задерживанию влаги и им несвойственно расширение при понижении температур ниже минусовой отметки, что в свою очередь не приводит к негативным воздействиям на фундамент. Плотным принято считать песчаное основание, находящееся на глубине более полутора метров при искусственном уплотнении. В результате можно определить, что наилучшим вариантом песчаного грунта служащим для возведения на нём фундамента, является крупный песок или же, гравелистый песок, обладающие наиболее приемлемыми свойствами.

4) Компресійні випробуваннягрунтів. Залежністьміжтиском та коефіцієнтомпористості. Залежністьміжвологістю та тиском в грунтовіймасі. Визначення модуля деформаціїгрунтів за данимикомпресійнихдосліджень.

Коэффициент сжимаемости , модуль деформации Е, структурную прочность на сжатие  определяют по результатам испытаний образцов грунта в компрессионных приборах (одометрах), исключающих возмож­ность бокового расширения образца грунта при его нагружении верти­кальной нагрузкой по ГОСТ 12248-96; по результатам измерения бокового давления при испытаниях в приборах трехосного сжатия, по моменту воз­никновения давления в поровой воде в водонасыщенных грунтах. Структурная прочность обусловлена хрупкими кристаллизационными связями и водно-коллоидными, создающимися в процессе длительного существования грунтов. Диапазон давлений, при которых проводят испытания, определяется в программе испытаний или принимается в пределах полуторного значения проектного давления на грунт. Образец должен иметь форму цилиндра диаметром не менее 71 мм, с отношением высоты к диаметру 1/3,5. Для испытаний используют образцы грунта ненарушенного сложения с природной влажностью или водонасыщенные или образцы нарушенного сложения с заданными значениями плотности и влажности. Образец грунта в рабочем кольце взвешивают, покрывают с торцов влажными фильтрами и помещают в компрессионный прибор. Рис.1. Схема компрессионного прибора (одометра): 1 – компрессионное кольцо; 2 – корпус прибора; 3 – перфорированные штампы; 4 – индикаторы. После помещения образца проводят следующие операции: устанавли­вают образец на перфорированный штамп; регулируют механизм нагружения образца; устанавливают приборы для измерения вертикальных де­формаций образца; записывают начальные показания приборов. При необходимости водонасыщение образца проводят путем фильт­рации воды снизу вверх под арретиром. Для этого заполняют поддон во­дой. Водонасыщение проводят для глинистых грунтов в течение 2...5 сут., для песков - до момента появления воды над штампом. Нагружение испытуемого образца проводят равномерно, без ударов, ступенями нагрузки. Первую ступень давления , при испытании песков, в том числе заторфованных, принимают в зависимости от коэффициента пористости, а последующие ступени давления принимают равными 0,0125; 0,025; 0,05; 0,1 МПа и далее с интервалом 0,1 МПа до заданного значения нагрузки. При испытании глинистых грунтов, в том числе органо-минеральных, для определения их структурной прочности на сжатие  первую и по­следующие ступени давления принимают равными 0,0025 МПа до момен­та начала сжатия образца грунта. Начало сжатия следует считать при отно­сительной вертикальной деформации образца грунта ε > 0,005. При даль­нейшем нагружении за очередную ступень давления принимают ближай­шее большее значение 0,0125; 0,025; 0,05; 0,1 МПа и далее с интервалом 0,1 МПа. На каждой ступени нагружения образца грунта снимают отсчеты по приборам для измерения вертикальных деформаций в следующей после­довательности: первый отсчет - сразу после приложения нагрузки, а затем через 0,25; 0,5; 1; 2: 5; 10; 20; 30 мин и далее с интервалом один час в тече­ние рабочего дня, а затем - в начале и конце рабочего дня до условной стабилизации деформации образца. За критерий условной стабилизации деформации принимают скорость деформации образца, не превышающую 0,01 мм за последние 4 ч наблюдений для песков, 16 ч - для глинистых и 24 ч - для органоминеральных и органических грунтов. В процессе испытания полученные данные заносят в табл. 1. Для определения характеристик , Е и . по результатам испы­тания для каждой ступени нагружения вычисляют: -    абсолютную вертикальную стабилизированную деформацию образца грунта , мм, как среднее арифметическое показаний измерительных; -    относительную вертикальную деформацию образца грунта (мо­дуль осадки) по формуле, где h - начальная высота образца. По вычисленным значениям строят график зависимости и . Через точки графика проводят осредняющую плавную кривую или аппроксимируют эти точки монотонной зависимостью. Значение давления, соответствующее точке пересечения кривой с осью давления  равно значению структурной прочности на сжатие . В случае частичного разуплотнения грунта за  прини­мают абсциссу точки  графика  с ординатой . Вычисляют коэффициенты пористости  грунта при давлениях  по формуле . Это уравнение компрессионной кривой. Чем больше изменение  при уве­личении , тем большей сжимаемостью будет обладать грунт. Сжимаемость грунта характеризуется коэффициентом сжимаемости в заданном интервале давлений  и , который вычисляют с точностью 0,001 МПа по формуле , МПа, где и  -  коэффициенты пористости, соответствующие давлениям и . При расчете осадок уплотнения используют коэффициент относи­тельной сжимаемости . Если выделить прямолинейный участок на компрессионной кривой, то . Продифференцировав уравнение, получим закон сжимаемости . Бесконечно малое изменение коэффициента пористости (объема пор) прямо пропорционально бесконечно малому изменению давления. Основные характеристики сжимаемости. Модуль общей деформации в интервале давлений  и  вычис­ляют с точностью 0,1 МПа по формулам:  или , МПа, где и  - коэффициенты пористости, соответствующие давлениям  и ; - коэффициент сжимаемости, соответствующий интервалу дав­ления от  и ;  - коэффициент, учитывающий отсутствие попереч­ного расширения грунта (коэффициент стеснения поперечных деформа­ций) в компрессионном приборе и вычисляемый по формуле: , где  - коэффициент поперечной деформации (коэффициент Пуассона): , здесь  - горизонтальная;  - вертикальная деформация;  - коэффициент бокового давления, определяется в приборах трехосного сжатия соотноше­нием приращения горизонтального давления к вертикальному . При отсутствии экспериментальных данных допускается принимать  равным: 0,30.. .0,35 - для песков и супесей; 0,35.. .0,37 - для суглинков; 0,2.. .0,3 при < 0; 0,3...0,38 при 0<  < 0,25; 0,38...0,45 при 0,25 <  < 1,0 - для глин. При этом меньшие значения  принимают при большей плотности грунта. В полевых условиях модуль деформации определяют по результатам динамического и статического зондирования, по результатам штамповых испытаний: , где  - диаметр штампа;  - коэффициент учитывающий форму штампа, для круглых равен 0,8;  - приращение осадки при изменении давления ; или прессиометрических: , где  - начальный радиус скважины;  - приращение радиуса при давле­нии . Сущность прессиометрического метода испытаний заключается в об­жатии буровой скважины боковым давлением с замером деформаций. Таблица 1. Результаты проведения испытаний. Давление на образец грунта, МПа Показания индикаторов деформации Абсолютная деформация образца, , мм Относительная деформация образца, , мм Коэффициент пористости, Коэффициент сжимаемости, ,  МПа Модуль деформации, E, МПа среднее 0 5,51 5,77 5,64 - - 0,5 0,18 - 0,05 5,63 5,95 5,79 0,15 0,006 0,491 0,246 1983,333 0,1 5,81 6,18 5,995 0,355 0,0142 0,4787 0,168 419,0141 0,15 5,91 6,36 6,135 0,495 0,0198 0,4703 0,102 200,3367 0,2 5,97 6,47 6,22 0,58 0,0232 0,4652 0,114 128,2328 0,25 6,05 6,58 6,315 0,675 0,027 0,4595 0,072 88,14815 0,3 6,10 6,65 6,375 0,735 0,0294 0,4559 - 67,46032 Расчеты. 1.  мм. … 2. . … 3. . … 4.  МПа. … 5. . 6.  МПа. … Рис. 1. График зависимости . Вывод: в ходе лабораторной работы была освоена методика испытания грунта методом компрес­сионного сжатия и определены для него основные характеристики сжимаемости. 5) Сопротивление грунтов сдвигу Закон Кулона для сипких і зв’язнихгрунтів

Изучение сопротивления грунтов сдвигающим усилиям, возникающим в результате воздействия различных инженерных сооружений, имеет большое значение для правильного расчета устойчивости оснований (несущей способности оснований), оценки устойчивости откосов, расчета давления грунтов на подпорные стенки и других инженерных расчетов.

В настоящее время нет единой точки зрения на природу сопротивления глинистых пород сдвигу. Одни исследователи считают, что сопротивление глинистых пород сдвигу обусловлено только сцеплением между частицами, показателем которого является коэффициент сцепления. Другие полагают, что сопротивление глинистых пород сдвигу зависит как от сил трения, так и от сил сцепления. Показателями сил трения, действующих в грунте, считают угол внутреннего трения икоэффициент трения.

Вследствие неясности природы сопротивления глинистых пород сдвигу и условности разделения его на внутреннее трение и сцепление, некоторые исследователи предлагают вообще отказаться от такого разделения и характеризовать сопротивление глинистых пород сдвигу так называемым углом сдвига ? соответственно тангенс этого угла называюткоэффициентом сдвига tg?.

Сопротивление сдвигу одного и того же грунта непостоянно и зависит от физического состояния грунта - степени нарушенности естественной структуры, плотности, влажности, а также от условий производства испытаний (конструкция прибора, размеры образца, скорость сдвига и т. д.). Для получения наиболее достоверных данных испытания на сдвиг должны всегда проводиться в условиях, максимально приближающихся к условиям работы грунта под сооружением или в самом сооружении.

Показатели сопротивления грунта сдвигу определяются различными способами, среди которых можно выделить три группы:

•   способы определения сопротивления сдвигу по одной или двум заранее фиксированным плоскостям в сдвиговых приборах;

•   способы определения сопротивления сдвигу путем раздавливания при одноосном и трехосном сжатии;

•   способ определения сопротивления сдвигу по углу естественного откоса.

Способы первой группы могут быть в свою очередь разделены на две подгруппы:

• а) способы поперечного сдвига с конечной плоскостью сдвига;

• б) способы кольцевого сдвига с бесконечной (замкнутой) плоскостью сдвига.

Лабораторные испытания грунтов для определения показателей трения и сцепления способом поперечного сдвига производят путем среза нескольких образцов исследуемого грунта. При этом в зависимости от характера предварительной подготовки образцов к опыту различают:

• а) сдвиг нормально уплотненных образцов (завершенное уплотнение), когда образцы перед опытом предварительно уплотняются под разными нагрузками до окончания процесса консолидации; срез каждого образца производится при той же вертикальной нагрузке, под которой он предварительно уплотнялся;

• б) сдвиг переуплотненных образцов, когда образцы предварительно уплотняются до окончания процесса консолидации, а сдвигаются без нагрузки или при меньших нагрузках;

• в) сдвиг недоуплотненных образцов (незавершенное уплотнение), когда образцы предварительно не уплотняются или уплотняются в продолжение короткого времени, за которое не наступает полная консолидация; срез производится при различных вертикальных нагрузках.

В зависимости от скорости приложения сдвигающего усилия в процессе опыта различают медленный сдвиг и быстрый сдвиг. При медленном сдвиге сдвигающую силу увеличивают только после прекращения деформации, вызванной предыдущей ступенью этой силы. При быстром сдвиге увеличение сдвигающей силы производят быстро, не дожидаясь прекращения деформаций.