2. Структурные связи в грунтах

Связи между частицами в грунте называются структурными связями. По своей природе они очень различны. Из-за высокой прочности самих частиц грунта именно связи между ними определяют прочность и деформируемость грунтов. Некоторые типы связей легко разрушаются при различных воздействиях (увлажнение, вибрация).

По характеру структурных связей нескальные грунты разделяются на связные и несвязные (сыпучие). К связным относятся глинистые грунты, к несвязным – крупнообломочные и песчаные.

Различают следующие типы структурных связей в грунтах:

1 – водно-коллоидные (коагуляционные и конденсационные) – вязкопластичные, мягкие, обратимые. Они возникают в результате действия электромолекулярных сил между минеральными частицами и пленками воды. Величина этих сил зависит от толщины пленок воды. Чем тоньше пленки, т.е. чем меньше влажность грунта, тем эти связи больше, так как уменьшение толщины пленки увеличивает молекулярное притяжение диполей связанной воды. При увеличении влажности грунта водно-коллоидные связи быстро уменьшаются. Эти связи обусловливают связность глинистых грунтов.

2 – кристаллизационные связи – хрупкие, жесткие, необратимые – водостойкие и неводостойкие. Возникают под действием сил химического взаимодействия, образуя в точках контакта частиц поликристаллические соединения, очень прочные, но хрупкие и не восстанавливающиеся при разрушении.

Наличие структурных связей в грунте придает ему определенную прочность, называемую структурной прочностью (p_str), позволяющую скелету грунта выдерживать некоторую нагрузку до начала разрушения его каркаса.

Структурная прочность грунтов и устойчивость структурных связей в них к внешним воздействиям определяют деформационно-прочностные свойства грунтов и их работу как оснований сооружений.

3. Показатели физического состояния грунтов

Для определения физических свойств грунтов необходимо, прежде всего, знать три простейших показателя, определяемых экспериментально по образцам грунта ненарушенной структуры. Это плотность грунта естественной структуры (); плотность твердых частиц грунта (_s); природная влажность грунта (w). Эти показатели называют определяемыми.

Выделим из грунта образец объемом V = 1 см³ и мысленно разделим его на две части: одну, занятую твердыми частицами, объемом V₁, и другую, занятую порами, заполненными частично водой и частично воздухом, объемом V₂ (рис. 1.3). Массу твердых частиц обозначим q₁, массу воды – q₂. Массой воздуха можно пренебречь.

Рис. 1.3. Схема составных частей образца грунта

Плотность грунта естественной структуры

Плотность грунта – это отношение массы грунта вместе с водой в порах к занимаемому этим грунтом объему вместе с порами:

. (1.1)

Единица измерения плотности грунта – г/см³. Плотность природных грунтов изменяется в пределах 1,5…2,2 г/см³.

При расчетах нагрузок на сооружения и напряжений от собственного веса грунта используется не плотность, а удельный вес. Удельный вес грунта определяется умножением плотности грунта на ускорение свободного падения (g = 9,81 м/с², в практике расчетов обычно принимается g = 10 м/с²):

. (1.2)

Единица измерения удельного веса грунта – кН/м³.