1.6. Грунттардың физикалық қасиеттерінің сипаттамалады.

Құрылыс маұсатына пайдаланылатын грунттардың сапасын бағалау үшін олардың физикалық қасиеттерінің сипаттамаларын білу қажет.

Грунттың табиғи күйіндегі қасиеттерін толық сипаттау үшін оның құрылымдық байланыстары бұзылмаған сынамаларын зерттейді. Әдетте инженерлік геологиялық іздестірулер жүргізілгенде шурфтардан және скважиналардан зерттелетін грунттың куб немесе цилиндр тәрізді табиғи құрылымдық байланыстары бұзылмаған сынамалары «монолиттер» қазылып алынады. Осындай монолиттерден лабораториялық жағдайда грунт сынамалары дайындалып, қажетті зерттеулер жүргізіледі.

Грунттардың ең алғашқы негізгі физикалық сипаттамалары ретінде тәжірибе жүзінде мынадай үш көрсеткіш анықталады: грунтың тығыздығы; грунттың қатты түйіршіктерінің тығыздығы; грунттың ылғалдылығы. 1.3.- суретте көрсетілгендей табиғи күйдегі грунттан көлемі V=1 сынама алып, оны ойша екі бөлікке боліп қарастырайық. Бірінші бөлікте - барлық өатты түйіршіктердің жиынтық көлемі дейік, ал екінші бөлікті - бүкіл грунт құрамындағы кеуіктердің көлемі деп алайық, ал - барлық қатты түйіршіктердің массасы болсын, - грунт құрамындағы судың массасы делік.

1.3- сурет. Грунт бөліктерінің шартты схемасы: 1- қатты түйіршіктері; 2-су;3-ауа немесе газ.

Грунттың тығыздығы (ρ, г/см³)-грунттың табиғи күйдегі массасын оның көлеміне бөлгенге тең:

ρ=(m_s+m_w)/(v₁+v₂)=m/v (1.1)

Грунттың қатты түйіршіктерінің тығыздығы (ρ_s,г/см³) – грунттың құрғақ күйіндегі (су мен ылғалсыз) массасын оның тек қана қатты (минералды) түйіршіктерінің көлеміне бөлгенге тең:

ρ_s=m_s/v₁ (1.2)

Грунттың ылғалдылығы (W)-грунт сынамасының көлеміндегі судың массасын сол көлемдегі қатты түйіршіктердің массасына бөлгенге тең:

W=m_w/m_s (1.3)

Жоғарыда көрсетілген негізгі үш сипаттамадан басқа лабораториялық тәжірибелер жүргізу арқылы грунттардың мынадай қосымша көрсеткіштері анықталады:

• балшықты грунттардың аққыштық шегі (W₁) деп олардың иленгіш күйінен аққыш күйіне (немесе керісінше) ауысуына сәйкес келетін ылғалдылық шамасын айтады;

• балшықты грунттардың иленгіштік шегі (W_p) деп олардың қатты күйінен (немесе керісінше) иленгіш күйіне ауысуына сәйкес келетін ылғалдылық шамасын айтады;

• сусыма грунттардың түйіршікті (гранулометриялық) құрамы деп олардың сынамасының көлеміндегі әр шамалы түйіршіктердің сыбағалы мөлшерін айтады. Бұл сипаттама әдетте процент % арқылы көрсетіледі.

Грунттың физикалық қасиеттерінің туынды («жетіспейтін») көрсеткіштерін, оның тәжірибе жолымен табылған сипаттамаларын пайдаланып, мына формулалар бойынша есептейді:

• балшықты грунттардың иленгіштік саны (I_p):

I_p=W₁-W_p (1.4)

• балшықты грунттардың аққыштық (консистенция) көрсеткіші:

I₁=(W-W_p)/(W₁-W_p) (1.5)

• кеуектілік коэффициенті (е) деп грунт сынамасының бойындағы кеуектің көлемінің қатты түйіршіктердің көлеміне қатынасын атайды, мысалы шартты түрде грунттың бірлік көлемін V=1 қарастырсақ:

n+m=1

e=n/m немесе e=n/(1-n) (1.6)

мұнда n және m грунттың бірлік көлеміндегі кеуектің және қатты түйіршіктердің көлемдері. (1.6) теңдеулер жүйесін шешсек:

n=e/(1+e) (1.7)

m=1/(1+e) (1.8)

Кеуектілік коэффициентін мына теңдеу арқылы да есептеуге болады:

e=(ρ_s-ρ_d)/ρ_d , (1.9)

мұндағы ρ_d-құрғақ грунттың тығыздығы.

ρ_d=ρ/(1+W) (1.1)

Ылғалдылық дәрежесі (S_r) грунттың табиғи ылғалдылығын (W) оның суға қаныққан күйіне сәйкес келетін ылғалдылығын (W_sat) бөлгенге тең:

S_r=W/W_sat=W · ρ_s/e · ρ_w (1.11)

мұнда ρ_w – судың тығыздығы.

Грунттың үлесті салмағы:

γ=ρ·q

мұнда q – еркін түсу үдеуі;

грунттың қатты түйіршіктерінің үлесті салмағы:

γ_s = ρ_s g; (1.12)

құрғақ грунттың үлесті салмағы:

γ_d = ρ_d g; (1.13)

суда қалқыған грунттың үлесті салмағы:

γ_sb = (γ_s – γ_w)/(1 + e), (1.14)

мұнда γ_w – судың үлесті салмағы:

γ_w=ρ g (1.15)