Характерные влажности и число пластичности

Если взять образец пылевато-глинистого грунта, находящегося в пластическом состоянии (когда из глины можно лепить), и высушить его, то глина превращается в твердое тело. Если же, наоборот, к образцу добавлять воду, можно достигнуть такого состояния глины, при котором она по свойствам будет соответствовать низкой жидкости. Таким образом, пылевато-глинистые грунты могут менять консистенцию (густоту теста) от твердой до текучей.

Для определения консистенции грунта находят характерные влажности, соответствующие границе раскатывания (пластичности) W_Р и границе текучести W_L (здесь W_Р – влажность грунта, при которой он теряет способность раскатываться в шнур диаметром 2...3 мм; W_L – влажность грунта, при которой стандартный конус погружается в образец на глубину 10 мм). Разность между этими влажностями называется числом пластичности I_р:

Хотя границы раскатывания (пластичности) и текучести определяются неточно, величина I_р используется для установления наименования пылевато-глинистого грунта. Определение W_Р и W_L несложно, и при минеральных грунтах (без органических веществ) значение I_р достаточно хорошо характеризует глинистость грунта. Пески не пластичны и имеют I_р <0,01.

Состояние пылевато-глинистого грунта по показателю текучести

Сравнение естественной влажности грунта с влажностью на границах раскатывания (пластичности) и текучести позволяет устанавливать его состояние по показателю текучести I_L:

Глины и суглинки могут иметь в зависимости от значения показателя текучести следующие состояния:

Показатель текучести пылевато-глинистых грунтов устанавливают также по результатам зондирования или пенатрации (по погружению конуса в грунт).

Для супесей вследствие малой точности определения значений W_Р и W_L различают только три состояния:

Практическое применение: От J_L зависит расчетное сопротивление грунта нагрузкам R (см. табл. СНиП 2.02.01–83*)

Состояние сыпучих грунтов по плотности сложения

Как определить состояние грунта по плотности?

Коэффициент относительной плотности (индекс плотности)

e_max – коэффициент пористости грунта в max рыхлом его состоянии;

e_min – коэффициент пористости грунтов в min рыхлом его состоянии;

e – коэффициент пористости грунтов в естественном состоянии.

Если

0 ≤D≤0,33 – рыхлое состояние R≈ 0 (строить нельзя);

0,33≤D≤0,67 – средняя плотность R≈ 0,25 МПа;

0,67≤D≤1 – плотное состояние R≈ 0,5 МПа.

Лекция 3. Механические свойства грунтов

Основные закономерности механики грунтов

Под действием передаваемых сооружением вертикальных или наклонных сил в массиве основания возникают нормальные и касательные напряжения, приводящие к деформации грунтов. Кроме того, грунт испытывает напряжения от собственного веса. Деформации от собственного веса грунта завершаются, как правило, в процессе образования и диагенеза грунтов. Напряжения, возникающие от усилий, передаваемых сооружением, приводит к дополнительной деформация грунтов. Наиболее часто имеют место деформации уплотнения грунтов под действием нормальных напряжений, реже –деформации сдвигов грунтов, вызываемые касательными напряжениями.

Воздействие нормальных напряжений на сплошные тела рассматривают в механике деформируемых тел (сопротивление материалов, теория упругости). Поскольку грунты относятся к дисперсным телам, кроме закономерностей деформируемости сплошных тел, приходится учитывать изменение объема пор при сжатии, т. е. рассматривать дополнительно закон уплотнения (закон компрессии). Кроме того, в грунтах, как и в сплошных телах, при действии нормальных напряжений наблюдается боковое расширение, но по более сложной закономерности.

Деформируемость сплошных тел под действием касательных напряжений характеризуется модулем сдвига при упругих деформациях, границей текучести при пластических деформациях и коэффициентом вязкости, обусловливающим вязкое течение. В грунтах деформации сдвигов рассматривают сравнительно редко, обычно интересуются сопротивлением их сдвигу при предельно напряженном состоянии. Это сопротивление зависит от угла внутреннего трения и удельного сцепления грунтов, определяемых в соответствии с законом сопротивления грунтов сдвигу.

Как деформируемость грунтов во времени, так и их сопротивление сдвигу зависит от долей напряжений, передаваемых на скелет грунта и на воду, находящуюся в порах. Поровая вода под действием возникающего в ней давления постепенно отжимается и передает его на скелет грунта, поэтому деформируемость грунтов и их сопротивление сдвигу зависят от фильтрационных способностей грунта. Кроме того, фильтрация воды в грунтах интересует строителей в отношении определения притока воды в котлован и расчета водопонижающих установок. Все это обусловливает необходимость изучения закона фильтрации поровой воды.

Для грунтов, структура которых нарушается при увлажнении, динамических воздействиях, напряженном состоянии или оттаивании (сруктурно-неустойчивые грунты), приходится рассматривать закономерности, определяющие характер их деформируемости – закономерности разрушения структуры.

Знание указанных трех законов, а также закономерностей разрушения структурно-неустойчивых грунтов позволяет составлять прогнозы ожидаемой осадки и предусматривать возможность потери устойчивости массивов грунтов.