3. Водопроницаемость. Закон фильтрации.

Водопроницаемость грунтов — способность водонасыщенных грунтов пропускать сквозь себя воду за счёт градиента напора.

Закон ламинарной фильтрации: скорость фильтрации прямо пропорционально гидравлическому градиенту.

Кф – коэффициент фильтрации ( см/сут, м/с)

I – гидравлический градиент

Закон Дарси. vф = k_ф∙ i i=H/L H=pw/ γ w

v ф—скорость фильтрации, см/с;

k_ф — коэффициент фильтрации, см/с;

i — градиент напора (гидравлический градиент)

H-потеря напора

L-пусть фильтрации

γ w-удельный вес воды

pw-давление в поровой воде

4. Характеристики физических свойств грунтов и их определения. Классификация песчаных и глинистых грунтов.Физические свойства грунта характеризуют физические состояние грунта и способность изменять это состояние под влиянием физико-химических факторов. Они оказывают значительное влияние на технологию производства земляных работ.

Плотность грунта – отношение массы грунта m, включая массу воды в его порах, к объему грунта V

ρ = m/V, г/см³.

Влажность грунта характеризует насыщенность грунта водой и определяется отношением массы содержащейся в нём воды m2 к массе твёрдых минеральных частиц грунта m1

ω = m₂/m₁, %.

Сухие грунты имеют влажность до 5%, влажные – от 5 до 30%, мокрые – свыше 30%.

Удельный вес грунта – вес занимаемого грунтом объёма

γ = ρ×g, кН/м³ (g = 9,81 м/с²).

Относительное содержание твёрдых частиц – отношение объёма твёрдых частиц V1 к объёму грунта

m = V1/V = ρd/ρs, %.

Пористость грунта – отношение объема пор V_пор к полному объему V, занимаемого грунтом

n = Vпор/V = 1 - ρd/ρs, %,

где ρd – плотность сухого грунта, ρs – плотность твердых частиц грунта.

Коэффициент пористости грунта – отношение объема пор в образце к объему, занимаемому его твердыми частицами

e = ρs/ρd - 1 = n/(1-n).

Водонасыщение – степень заполнения объема пор грунта водой

S = (ρs×ω)/(n×ρω),

ρω – плотность воды.

Набухание грунта – увеличение его объема при взаимодействии с водой; свойственно глинистым грунтам при их замачивании.

5. Сжимаемость грунтов. Компрессионные испытание .

Сжимаемость – свойство грунта изменять свое строение за счет уменьшения пористости под влиянием внешних воздействий. Сжимаемость под нагрузкой может быть двух видов: от воздействия постоянной нагрузки (уплотнения) и от действия динамической нагрузки (уплотняемость). При статической нагрузке уплотнение происходит, если структурные связи между частицами будут преодолены. При динамическом воздействии хорошо уплотняются маловлажные рыхлые песчаные грунты и неводонасыщенные грунты с жесткими контактами.Сжимаемость грунта определяется экспериментальным путем. Основным прибором для лабораторного определения служит компрессионный прибор или одометр. По результатам испытания определяют модуль сжимаемости грунта:  , где

и  - коэффициенты пористости до начала испытания и после испытания образцов грунта; р – действующее давление.Для грунтов полностью водонасыщенных изменение пористости возможно лишь при изменении их влажность

Исследуем грунт ненарушенной структуры, помещая его в одометр или компрессионный прибор (рис. 3.1). Прикладываем нагрузку Р1 – произойдет уплотнение грунта, и коэффициент пористости станет е1. Нагрузка Р2 – е2 и т. д. (4 – 5 ступеней) Затем будем снимать нагрузку и наблюдать за результатами. По результатам испытаний строим график компрессионной кривой (к. к.) (рис. 3.2).

Из графика видно, что происходит необратимое уплотнение грунта. Нас интересует в основном только прямая ветвь к. к., так как обратная ветвь к. к. – возможность поднятия дна, имеет значение при глубоких котлованах и рассматривается в основном в гидротехническом строительстве. Компрессионная кривая позволяет судить о сжимаемости грунта. Изобразим снова компрессионную кривую (рис. 3.3). На небольшом участке рассмотрим приращение нагрузки ∆Р и получим соответствующее ∆е. Заменим дугу прямой и рассмотрим угол α . Тангенс угла наклона касательной компрессионной кривой называется коэффициентом сжимаемости

Если

mo < 0,005 – грунт малосжимаемый,

mo = 0,005 ÷ 0,05 – грунт среднесжимаемый,

mo > 0,05 – грунт сильносжимаемый. []1МПа−

Кроме этого используется коэффициент относительной сжимаемости

Mv=m0/(1+e0)

где eo – начальный коэффициент пористости [МПа–1].

е = –tgР Δα Δ

показывает, что с увеличением нагрузки α уменьшается. α также может характеризовать сжимаемость.