книги / Механика грунтов

ного веса. Что же касается удельного веса частиц грунта, то он определяется при помощи пикнометра и для наиболее распро­ страненных грунтов колеблется в незначительных пределах-—

Ту

в е с о в о й в л а ж н о с т ь ю г р у н т а — отношение веса воды к весу сухого грунта, т. е. к весу твердых частиц грунта1:

ТЮ:— §1. $1 ’

Для дальнейших расчетов введем обозначения:

пг — объем твердых частиц (скелета грунта), отнесенный к единице объема грунта;

п — пористость, или объем пор, отнесенный к единице объ­ ема грунта;

в— коэффициент пористости;

—коэффициент водонасыщенности;

—полная влагоемкость грунта, т. е. весовая влажность, теоретически соответствующая для данного неизменен­ ного состояния грунта полному заполнению его пор водой;

Тс — объемный вес скелета грунта, численно равный весу твердых частиц в единице объема грунта;

Тв — удельный вес воды, равный 1 г!смъ.

1Часто весовую влажность грунтов вычисляют в процентах; в механике

же грунтов более удобно вычислять ее в долях единицы, чего мы и будем придерживаться в дальнейшем.

Определим величину ?с как вспомогательную для вычисле­ ния других характеристик.

Примем объем исследуемого грунта за единицу (1 см3). Тог

Отметим, что при выражении весовой влажности грунта до » процентах формула (2) получает вид

т

Тс ш 1+100

Коэффициент пористости

Зная объемный вес скелета грунта тс, можно определить пористость и коэффициент пористости грунта в ненарушенном состоянии.

Сумма объемов твердых частиц и пор будет равна полному объему грунта, т. е.

а так как объем твердых частиц (скелета грунта) равен весу твердых частиц в единице объема грунта, деленному на их удельный вес, т. е.

го объем пор грунта равен

Ь

Формула (3) неудобна для вычисления изменений объема грунта, возникающих при уменьшении или увеличении пористо* сти, так как сама пористость отнесена ко всему объему грунта, который изменяется в зависимости от нагрузки, высыхания и пр

Более удобной характеристикой служит коэ ффицие нт пористости, равный отношению объема пор к объему твер дых частиц грунта, который при действии нагрузки или при вы­ сыхании остается постоянным.

Если Тс определяется по известным величинам объемного веса и естественной влажности грунта ненарушенной структуры, го коэффициент пористости е, вычисляемый по формуле (5), будет соответствовать ненарушенному состоянию грунта.

Коэффициент пористости играет исключительно важную роль в механике грунтов (при расчете осадок и пр.), поэтому опре­ делять его необходимо как можно точнее. Величина коэффици­ ента пористости грунтов, на которую влияет вся предыдущая геологическая история их существования, будет характеризо­ вать естественную уплотненность грунтов, что имеет важное значение и для оценки их как оснований для сооружений. Так, величина коэффициента пористости е<; 0,5 характеризует грун­ ты как хорошие основания для сооружений. Величина же 0>1 показывает, что грунты сложены рыхло и при возведении на них сооружений часто требуется искусственное их уплотнение.

Отметим весьма важные соотношения, вытекающие из рас­ смотренных зависимостей (а) и (4). Решая систему уравнений

т п — 1 и е= —— ,

1 — п

для единицы объема грунта получим объем пор

и объем твердых частиц (скелета)

! + • *

Коэффициент водонасыщенности

В условиях естественного залегания грунты обладают той или иной влажностью. В природных условиях можно встретить как воздушно-сухие грунты (например, пески выше уровня грун­ товых вод), так и грунты, все поры которых заполнены водой. Наличие в грунте воды влияет на пористость, а следовательно.

а объем пор

п — ш = г^ - .

Ь

Подставляя полученные выражения в формулу (10"), получим выражение (10').

Для грунтов с жестким скелетом (пески, пылеватые грунты и пр.), имеющих мало изменяющуюся пористость, коэффициент водонасыщенности в известной мере характеризует свойства грунтов как оснований для сооружений. Для глинистых же грун­ тов в большинстве случаев коэффициент водонасыщенности бу­ дет близок к единице и для них более существенное зна­ чение имеют общее содержание воды и обусловленная им сте­ пень связанности. По нормам и техническим условиям проекти­ рования естественных оснований песчаные грунты, а также лес­ совые глинистые в зависимости от степени насыщения их водой разделяют на:

Такое разделение грунтов по степени насыщения водой имеет значение при выборе расчетного их сопротивления в основа­ ниях сооружений. Так, например, для м а л о в л а ж н ы х пыле­

грунт не разрыхляется восходящими потоками грунтовых вод. Величина коэффициента водонасыщенности характеризует

также, из скольких отдельных компонентов (твердого, жидкого и газообразного) состоит данный грунт. Здесь можно различать следующие основные случаи.

1) 1т = 0 — однокомпонентная (однофазная) система частиц (если исключить воздух, который заполняет поры грунта и, со­ единяясь с атмосферой, не принимает участия в распределении давлений).

Этот случай наблюдается лишь в сухих песчаных и вообще крупнозернистых грунтах, залегающих выше уровня грунтовых и капиллярных вод. Для решения задач механики грунтов здесь

непрерывная вода, то такой грунт, как указывалось выше, будет называться г р у н т о в о й массой, и для решения задачи меха-

или, принимая во внимание выражение (8), получим

Если — > — , то в грунте имеются газы, обычно при жест-

7у 7в

ком скелете сообщающиеся с атмосферой, а при упругом скеле­ те и пластинчатой форме частиц — замкнутые.

В табл. 3 приводятся в обобщенной форме простейшие ха рактеристики физических свойств грунтов.

Классификационные показатели грунтов

В природных условиях грунты имеют различный состав, раз­ личную структуру и текстуру и находятся в различном ф и з и ­ ч е с к о м с о с т о я нии, обусловленном условиями формирова­ ния и всей предыдущей историей существования данного вида грунта. Чтобы предусмотреть в самых общих чертах поведение грунтов при возведении на них сооружений, необходимо отне­ сти их к тому или иному классу, т. е. их классифицировать.

К классификационным показателям мы относим: грануломет­ рический состав и его распределение в единице объема грунта, плотность песчаных грунтов и консистенцию глинистых грун­ тов.

Особо существенное значение имеют два последних показа­ теля, характеризующие ф и з и ч е с к о е с о с т о я н и е грунтов. Последнее оценивается путем сравнения природной уплотнен­ ности и консистенции грунтов (густоты) с определенными пре­ дельными их величинами (обычно максимальными и минималь­ ными) .

В настоящее время еще не разработаны теоретически обос­ нованные показатели физического состояния грунтов и практи­ чески пользуются простейшими характеристиками, предложен­ ными исходя из элементарных соображений. Крайние пределы, характеризующие то или иное состояние грунтов по уплотнен­ ности и консистенции (густоте), определяются условно. Такие условные показатели рекомендуются, в частности, нормами для оценки грунтов как оснований для сооружений.

Упрощенная гранулометрическая классификация грунтов

Подобного рода классификации основываются на результа­ тах механического анализа грунтов, а иногда (например, в строительном деле) и на определении состава грунтов упрощен­ ным полевым методом, например по диаметру шнура, раска­