3й курс (Арх) / Лекции / Лекція 3
.pdfЛекція 3. Фізичні характеристики
ґрунтів
1
Будова ґрунту
Візуально можна визначити, що ґрунт складається з окремих частинок, які складені не щільно, утворюючи пустоти та пори.
1
2
1 – Тверді частинки
2 – Повітря
3 – Вода
4 – Лід
3
4
Фазова модель ґрунту
Пори, пустоти
Скелет
Для розгляду фізичних властивостей ґрунту його складові частини не об’єднують, а розглядають окремо, але будову значно спрощують.
2 Тверді частинки (1) формують скелет ґрунту і є його каркасом, через який передається навантаження. Повітря (2), вода (3) та лід (4) знаходяться в порах і пустотах ґрунту, визначають зв’язки між твердими частинками ґрунту.
Складові ґрунту, їх сполучення в природі
Газова складова (2) |
|
Рідка складова (3, 4) |
Фази |
Тверда складова (1)
Сполучення складових ґрунту в природі:
Однофазний стан (1)
Двофазний стан (1)+(2), (1)+(3), (1)+(4) Трьохфазний стан (1)+(2)+(3), (1)+(2)+(4)
Чотирьохфазний стан (1)+(2)+(3)+(4)
Коротка характеристика складових ґрунту |
3 |
Тверда складова – це окремі частинки ґрунту, які відрізняються за складом та розмірами.
В залежності від розміру частин поділяються на:
|
Частинки |
Розмір, мм |
Склад |
Форма |
1. |
Великоуламкові |
> 2 |
Гірські породи |
|
|
|
|
|
|
2. |
Піщані |
2…0,05 |
Кварц польовий |
1:1 |
|
|
|
|
|
3. |
Пилуваті |
0,05…0,005 |
Кварц, слюда |
|
|
|
|
|
|
4. |
Глинисті |
< 0,005 |
Мінерали глинисті |
1:10 |
Тверда складова ґрунту – це його основна складова.
Міцність частинок та їх компоновка в ґрунті впливають на властивості ґрунту.
Газова складова – це гази, які можуть взаємодіяти з атмосферою або бути защемленими в ґрунті
Поділяють на: 1 – Повітря 2 – Пари води
3 – Гази органічного походження
4 – Гази хімічного походження
Висота підняття капілярної води:
– піски, супіски: |
h=0,15...1,0 м; |
– суглинки: |
h=2,0...4,0 м; |
– глини: |
h=5,0...20,0 м. |
Ґрунтова порова вода
Твердий стан |
|
Газоподібний |
|
(лід) |
Рідкий стан |
||
стан (пар) |
|||
|
|||
|
(вода) |
|
Хімічно-зв’язана Вільна Фізично-зв’язана (вода в кристал.
решітці мінералів)
4
Фізичні властивості ґрунту
Основні |
Похідні |
Особливі |
Спеціальні |
Гранулометричний 
склад
Щільність ґрунту, ρ
Щільність частинок ґрунту, ρs
Вологість, W
Пластичність
Щільність ґрунту в 
сухому стані, ρd
Питома вага ґрунту, γ
Пористість, n
Коефіцієнт 
пористості, е
Ступінь 
водонасичення, SR
Число пластичності, IP
Показник текучості, IL
Просадочність |
|
Магнітність |
Набухання |
|
Теплопровідність |
Усадка |
|
Електропровідність |
|
Визнач. із зразків ґрунтів |
Визнач. за формулами |
у лабор. і польових умовах |
|
|
із основних властивостей |
Основні фізичні характеристики ґрунтів |
5 |
Це характеристики, які визначені в лабораторних і польових умовах із зразків ґрунту порушеної і непорушеної структур
♦ Гранулометричний склад – це кількість частинок ґрунту, розділених по фракціям.
Метод |
Ситовий (просіювання) – для крупних частинок ґрунту; |
визначення |
Піпеточний (ареометричний) – для маленьких частинок ґрунту; |
Фракція – група частинок ґрунту, що мають близькі розміри.
В залежності від величини |
|
||
частинок ґрунт має назву: |
|
||
|
|
|
|
Назва |
Величина |
% |
|
частинок, мм |
|||
|
|||
|
фракцій, |
||
Валуни (брили) |
>200 |
||
|
|||
|
|
|
|
Галька |
10…200 |
вміст |
|
|
|
||
Гравій |
2…10 |
||
Сумарний |
|||
|
|
||
Пісок |
0,05…2 |
||
|
|||
|
|
|
|
Пилуваті частинки |
0,005…0,05 |
|
|
|
|
|
|
Глинисті частинки |
<0,005 |
|
|
|
|
|
|
Колоїдні частинки |
<0,002 |
|
|
|
|
|
|
Гранулометричний склад виражають у вигляді таблиць або графіків
Крива однорідності
|
|
|
|
Розмір фракцій, мм |
|
Коефіцієнт |
Cu |
|
d60 |
≤ 3 – однорідний |
|
неоднорідності: |
d10 |
> 3 – неоднорідний |
|||
|
|
Основні фізичні характеристики ґрунтів |
6 |
♦ Щільність ґрунту – це відношення маси зразка ґрунту, включаючи масу води в його порах,
|
до його об’єму, г/см3, т/м3: |
|
|
|
|
|
|
|
Межі щільності ґрунтів – ρ=1,1 … 2,2 г/см3 |
|
|
ρ |
m |
|
m1 m2 |
||
Будова ґрунту |
Фазова модель |
|
|
V |
V1 V2 |
|
||
|
mповітря = 0 |
|
|
m1 - маса твердих частинок ґрунту; |
||||
|
m2 - |
- V2 |
|
|||||
m2 |
|
m2 - маса води в порах ґрунту |
||||||
|
|
|
||||||
m |
|
V |
(масу повітря не враховують); |
|||||
m1 |
|
V1 - об’єм твердих частинок ґрунту; |
||||||
m1 - |
- V1 |
|
||||||
|
V2 - об’єм пор і пустот ґрунту |
|||||||
|
|
|
|
|
(заповнених водою і повітрям). |
|||
Метод |
метод ріжучого кільця – в лабораторних умовах; |
|
|
|
||||
визначення |
зондування – в польових умовах |
|
|
|
|
|
|
|
♦ Щільність частинок ґрунту – це маса одиниці об'єму твердих (скелетних) часток ґрунту, г/см3, т/м3:
|
ρs |
m1 |
|
Межі щільності частинок ґрунтів: |
|
|
V |
||||
|
– пісків: |
ρ =2,64...2,66 г/см3; |
|||
|
|
1 |
|
|
s |
|
|
|
|
– супісків: |
ρ = 2,68...2,70 г/см3; |
|
|
|
|
|
s |
Метод |
Пікнометричний метод |
– суглинків: ρ = 2,70...2,72 г/см3; |
|||
|
|
s |
|||
визначення |
|
|
|
– глин: |
ρs= 2,74...2,76 г/см3. |
Основні фізичні характеристики ґрунтів |
7 |
♦ Вологість ґрунту (природна) – це відношення маси води до маси твердих частинок.
Метод |
- ваговий (висушування) |
W |
m2 |
|
m m1 |
|
- пікнометричний |
||||||
визначення |
m1 |
m1 |
||||
- прискорений |
|
|
||||
|
|
|
Межі вологості ґрунтів:
–пісків W= 0,01...0,15;
–глинистих W=0,05...0,35.
♦Пластичність ґрунту – це здатність ґрунту деформуватися під навантаженням із зміною
об’єму і форми, а також зберігати її після зняття навантаження.
Залежить від вологості W.
В 1911р. Аттенберг (Швеція) запропонував характеризувати пластичність ґрунту по двох |
|
||||
характерних точках, |
що розмежовують його стан: |
|
|
||
♦ WP - вологість на межі пластичності |
|
0 |
WP |
WL |
W |
(визначення: розкочування джгутиків) |
|
|
|||
|
|
|
|
||
♦ WL - вологість на межі текучості |
|
|
|
|
|
(визначення: конус Васильєва) |
твердий |
пластичний |
текучий |
|
Похідні фізичні характеристики ґрунтів |
8 |
Це характеристики, які визначені з основних фізичних характеристик за допомогою формул
♦ Щільність ґрунту в сухому стані (скелету ґрунту) – |
ρd |
|
ρ |
|
1 w |
||||
(точність визначення – 0.01 г/см3) |
|
= 1,00…1,90 г/см3 (т/м3)
♦ Питома вага ґрунту – |
γ ρ g |
|
де g = 9.81 м/с2 - прискорення земного тяжіння. |
||||||||
(точність визначення – 0,1 кН/м3) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
♦ Питома вага часток ґрунту – γs ρs g |
|
|
|
|
|
|
|||||
♦ Питома вага ґрунту у виваженому стані – |
sb |
S w |
де γw = 9.81 кН/м3 (10 кН/м3) |
||||||||
1 |
e |
– питома вага води |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
♦ Пористість ґрунту – |
n |
об’єм пор |
|
|
V 2 |
|
s d |
|
= 0,25…0,60 ; особливі ґрунти – до 0,85. |
||
весь об’єм |
V 1 V 2 |
s |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
♦ Коефіцієнт пористості ґрунту – |
e |
ρS ρd |
|
ρS (1 w) |
1 |
|
ρd |
ρ |
|||||
(точність визначення – 0,001) |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
= 0,45…1,3; особливі ґрунти – до 2,0.
|
Коефіцієнт пористості |
е |
||
Різновид пісків |
Піски гравіюваті, крупні та |
Піски дрібні |
|
Піски пилуваті |
|
середньої крупності |
|
||
|
|
|
|
|
- Щільний |
<0,55 |
<0,60 |
|
<0,60 |
- Середньої щільності |
0,55-0,70 |
0,60-0,75 |
|
0,60-0,80 |
- Пухкий |
>0,70 |
>0,75 |
|
>0,80 |
Похідні фізичні характеристики ґрунтів |
9 |
♦ Коефіцієнт водонасичення (ступінь вологості) ґрунту – Sr |
|
w |
|
w ρS |
|
|||
wmax |
e ρW |
|
||||||
(точність визначення – 0.01) |
|
|
|
|
|
|||
|
Різновид пісків |
Коефіцієнт |
|
|
|
|
|
|
|
водонасичення Sr |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Малого ступеня водонасичення |
0 < Sr ≤ 0,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Середнього ступеня водонасичення |
0,5 < Sr ≤ 0,8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Насичені водою |
0,8 < Sr ≤ 1,0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
♦ Число пластичності – IP wL wP
(точність визначення – 0,01)
Різновид глинистих ґрунтів
Різновид |
Число пластичності |
|
Ip |
||
|
||
Супісок |
Ip = 1-7 |
|
Суглинок |
Ip = 7-17 |
|
Глина |
Ip = >17 |
♦ Показник текучості – |
IL |
W WP |
||||
WL WP |
||||||
(точність визначення – 0,01) |
|
|||||
|
Стан глинистих ґрунтів |
|
|
|||
|
|
|
|
|||
|
Стан ґрунту |
Показник текучості ІL |
|
|||
|
|
супіски |
|
|
|
|
|
тверді |
|
< 0 |
|
|
|
|
пластичні |
|
0 – 1 |
|
|
|
|
текучі |
|
> 1 |
|
|
|
|
суглинки і глини |
|
|
|||
|
тверді |
|
< 0 |
|
|
|
|
напівтверді |
|
0 – 0.25 |
|
|
|
|
тугопластичні |
0.25 – 0.50 |
|
|
||
|
м якопластичні |
0.50 – 0.75 |
|
|
||
|
текучопластичні |
|
0.75 - 1 |
|
|
|
|
текучі |
|
> 1 |
|
|
|