1.2. Свойства грунтов и их показатели

В данном подразделе приводятся традиционные термины и их определения, раскрывающие суть свойств грунтов и их показателей, а также даются формулы для расчета показателей свойств грунта в общепринятых обозначениях [1, 11].

Рассматривая рис. 1.2 и формулы (1.1) и (1.2), несложно заметить, что объемный вес грунта можно определить отношением веса всего грунта (веса твердых частиц и воды) к занимаемому им объему [8, с. 61], то есть по формуле

где – плотность грунта, кг/м3; g – ускорение силы тяжести (свободного падения), м/с2.

18 В действительности ускорение свободного падения в различных точках земной поверхности неодинаково, например у экватора g=9,78 м/с2, а на полюсах g=9,832 м/с2. Таким образом, ускорение силы тяжести зависит от географической широты , а также от высоты над поверхностью Земли hм, которую принято отсчитывать от уровня моря. Приблизительные вычисления ускорения силы тяжести можно выполнить по эмпирической формуле g=9,780327 (1+0,0053024 sin2 -0,0000058 sin22 )-3,086 hм

Поэтому в системе единиц принято стандартное (нормальное) g=9,80665 м/с2, которое является средним для всей земли, оно практически соответствует ускорению силы тяжести на широте 45,5о над уровнем моря. В инженерных расчетах принимают g 9,81 м/с2.

19 На английском dry density, отсюда происхождение нижнего индекса d и, как следствие, обозначение d.

27

Плотность сухого грунта d представляет собой отношение массы грунта за вычетом массы воды и льда в его порах к его первоначальному объему [11, прил. 1]. Математически это определение записывается формулой

где mw – масса воды в грунте, г; md – масса сухого грунта, г.

Под удельным весом грунта понимают отношение веса частиц грунта к их объему, его определяют по формуле [8, с. 61]

отношение массы воды в объеме грунта к массе этого грунта, высушенного до постоянной массы [11, прил. 1].

При необходимости вычисления влажности грунта в процентах результат, найденный по формуле (1.11), необходимо умножить на 100%. Если объем исследуемого грунта принять за единицу, то влажность грунта можно выразить отношением веса воды w, определяемой разностью веса всего грунта и сухого грунта ( - d) к весу сухого грунта[8, с. 62]. Следовательно, влажность определяется по

28

Представив в зависимости (1.13) вес грунта и вес сухого грунта произведениями соответствующих плотностей и ускорения силы тяжести, получим

приложении к грунтуИуплотняющей нагрузки изменяется. Поэтому в практических расчетах используют более удобную характеристику,

называемую «Скоэффициент пористости». Он представляет собой отношение объема пор к объему твердых частиц грунта и определяется по формуле [8, с. 63]

29

Представив в выражениях (1.18) и (1.20) вес частиц грунта и вес сухого грунта произведениями соответствующих плотностей и ускорения силы тяжести, получим

Зависимости (1.19), (1.21) и (1.22), так же как формулы (1.14), представляют собой взаимосвязь фундаментальных показателей физических свойств грунта, определяющих его состояние по плотности, пористости и влажности. Используя эти фундаментальные зависимости, можно получить формулы, связывающие один показатель с двумя или тремя другими характеристиками физического состояния грунта. Эти формулы приведены нами в табл. 1.9.

Таблица 1.9. Математические формулы, связывающие , d, s, n, e, и W

Примечание. Все формулы табл. 1.9, так же как зависимости (1.14), (1.18), (1.21) и (1.22), выводятся из анализа модели, представленной на рис. 1.2, поэтому эта схема является фундаментальной моделью геологии и механики грунтов.

Кроме представленных нами формул, для определения показателей фундаментальных физических свойств грунта в представленной нами классификации используются и другие характеристики, определяемые в соответствии с требованиями стандарта [1, прил. А].

30

Формулы для определения этих показателей и их физическая суть приведены в табл. 1.10.

Таблица 1.10. Формулы для определения показателей, применяемых в

классификации грунтов

20Выветривание– это процесс взаимодействия пород приповерхностной области литосферы с атмосферой, биосферой, гидросферой и техносферой, в результате которого изменяются состав, строение, свойства и внешний облик этих пород. Различают биохимическое, криогенное, латеритное, подводное, термическое, физическое и химическое выветривания.

21Размягчаемость – это способность пород с твердыми кристаллизационными или конденсационными связями снижать свою прочность под действием воды вследствие ослабления связей между частицами пород при проникновения в промежутки между ними молекул воды.

31

Ниже нами приведены показатели свойств грунтов и их определения с указаниями стандартов РФ, в соответствии с требованиями которых необходимо выполнять испытания.

Высота капиллярного поднятия hc, м, – наибольшая (равновесная) высота подъема воды по порам грунта, отсчитываемая от зеркала грунтовых вод (равная мощности капиллярной каймы) [1, прил. А,

п. А.1].

Липкость (прилипаемость) – адгезионная прочность глинистых грунтов, определяемая усилием, необходимым для отрыва плоского штампа из заданного материала от грунта после их контакта в тече-

ки определяется экспериментально в соответствии с требованиями стандарта [16] и рассчитывается отношениемИувеличения высоты образца глинистого грунта при замачивании после свободного набухания в условиях невозможности бокового расширения к начальной высоте образца природной влажности.

Предел прочности грунта на одноосное сжатие определяется экспериментально в соответствии с требованиями стандарта [16] и

прочность глинистых грунтов, определяемую экспериментально по результатам трехосныхСнеконсолидированных недренированных лабораторных испытаний или полевых испытаний вращательным срезом, выполненных согласно указаниям [16, 17] соответственно.

Относительное содержание органического вещества, определяемое экспериментально в соответствии с требованиями стандартов [18, 19], вычисляется отношением массы органического вещества к массе абсолютно сухого грунта.

Показатель качества породы определяется отношением суммарной длины сохранных (неразрушившихся) кусков керна длиной более 10 см к длине пробуренного интервала в скважине.

Степень растворимости в воде – величина, отражающая способность грунта растворяться в воде при нормальных условиях за счет растворения неорганических и органических веществ, определяемая при соотношении грунта и воды 1:5 и равная концентрации образующегося равновесного раствора.

33