4 . Как подразделяются основные и расчетные характеристики физических свойств грунтов.

Одним из важнейших свойств является пористость. В природных грунтах всегда есть вода, которая может изменять свойства грунта. Одной из основных характеристик является влажность. (w) Второй основной характеристикой является удельный вес, (g)который может меняться от внешних воздействий. Третья основная характеристика: удельный вес частиц грунта (g_s).Удельный вес или плотность грунта определяется методом режущего кольца. Влажность определяется высушиванием до постоянной массы. Удельный вес частиц грунта определяется пикнометрическим способом.

Масса твердых частиц в единице объема грунта –m.Объем пор в единице объема грунта -n.

m = 1-n

е – коэффициент пористости.S_r – степень влажности, характеризующая степень заполнения пор водой. g_d - удельный вес грунта в сухом состоянии. g_w – удельный вес воды.

w g_s =

е = =

q_{1 –} масса твёрдых частиц.q₂ – масса воды в порах грунта

По величине пористости оценивается плотность сложения грунта. По плотности сложения песчаного грунта в зависимости от коэффициента пористости и грансостава делят на:

Плотные Средней плотности Рыхлые

S_r < 0.5 – маловлажный. S_r = 0.5 – 0.8 – влажный S_r > водонасыщенный

Глинистые грунты классифицируются по влажности и способности поглощать воду.

w_р – влажность на границе пластичности. w_L- влажность на границе текучести.

I_P- число пластичности.

I_P = 1-7 – супесь. I_P = 7-17 – суглинок. I_P >17 – глины

I_L – показатель текучести.

I_L =

I_L<0 – супесь твердая; 0-1 – пластичная; >1 – текучая

Суглинки и глины:

I_L <0 - твердые

0-0,25 – тугопластичные

0,25-0,5 – мягкопластичные

0,5-0,75 – пластичные

0,75-1 – текучепластичные

>1 - текучие

5.Виды воды и газообразных включений в грунте

Вода в грунте, ее виды и свойства могут быть весьма различ­ными в зависимости от ее содержания в грунте и величины сил взаимодействия с минеральными частицами, определяемой, глав­ным образом, гидрофильностью минеральных частиц.

Минеральные частицы грунтов заряжены отрицательно, а мо­лекулы воды представляют диполи, заряженные положительно на одном (атом кислорода) и отрицательно на другом (два атома водорода) конце. При соприкосновении твердой минеральной ча­стицы с водой возникают электромолекулярные силы взаимодей­ствия, которые притягивают диполи воды к поверхности минераль­ных частиц с огромной силой (особенно первые слои), и чем больше удельная поверхность частиц, тем большее количество мо­лекул воды будет находиться в связанном состоянии. Электромо­лекулярные силы взаимодействия, по современным данным, очень велики и у поверхности минеральных частиц (для первого ряда связанных молекул воды) составляют величину порядка несколь­ких сотен мегапаскалей. По мере же удаления от поверхности твердых частиц они быстро убывают и на расстоянии, равном примерно 0,5 мкм, становятся близкими к нулю. Самые близкие к минеральной частице слои в 1—3 ряда молекул воды, соприка­сающиеся с твердой поверхностью, настолько связаны электромо­лекулярными силами притяжения с поверхностью, что их не удает­ся удалить ни внешним давлением в несколько атмосфер, ни дей­ствием напора воды, и эти слои образуют пленки так называемой прочносвязанной адсорбированной воды.

Следующие слои молекул воды, окружающей минеральные час­тицы, будут связываться и ориентироваться граничной фазой по мере удаления от твердой поверхности грунтовых частиц все мень­шими силами; они образуют слои рыхлосвязанной (лиосорбиро-ванной) воды, которые поддаются выдавливанию из пор грунта внешним давлением до нескольких сотен килопаскалей (иногда и до нескольких мегапаскалей).

Наконец, молекулы воды, находящиеся вне сферы действия электромолекулярных сил взаимодействия с поверхностью мине­ральных частиц, будут образовывать свободную (по проф. А. Ф. Ле­бедеву)— гравитационную воду, движение которой происходит под действием разности напора, и капиллярную, подтягиваемую на некоторую высоту от уровня грунтовых вод силами капилляр­ного натяжения воды (капиллярными менисками, образующимися под действием адсорбцион­ных сил поверхности в тон­ких порах грунтов и обус­ловливающими ^капиллярные силы в грунтах).

На рис. 1.3 показана схе­ма электромолекулярного взаимодействия поверхности минеральных частиц с во­дой.

Газообразные включения (пары, газы) всегда в том или ином количестве содер­жатся в грунтах и могут на­ходиться в следующих со­стояниях: замкнутом, располага­ясь в вакуолях (пустотах) между твердыми минераль­ными частицами, окружен­ными пленками связанной воды, свободном, когда га­зы (воздух) соединяются с атмосферой, и, наконец, растворенными в поровой воде.

Наличие пузырьков газов, как замкнутых, так и содержащихся в поровой воде, существенно сказывается на деформируемости грунтов, обусловливая сжимаемость поровой воды и увеличивая упругость грунта.Содержание же свободных газов (воздуха), соединяющихся с атмосферой, особого значения в механике грунтов не имеет, так как они практически не участвуют в распределении давлений меж­ду частицами.