8 Воздух и органические вещества в грунте.

Воздух в грунте может быть

- защемленным (в виде отдельных пузырьков);

- свободным, т.е. сообщающимся с атмосферой;

- растворенным в воде.

В несвязном грунте весь воздух можно считать свободным.

Воздух в глинистом грунте может (при прочих равных условиях) придавать этому грунту упругость, увеличивать подвижность. Однако такие суждения очень условны, ибо любые изменения содержания воздуха связаны с изменениями других физических свойств (влажности, пористости и проч.), влияние которых всегда является превалирующим.

Органические вещества в грунте представлены продуктами разложения растительных остатков. Они обычно придают грунту более темную окраску или обнаруживаются в виде черных («углистых») включений. Такие вещества особенно характерны для почв, илов, сапропелей (пресноводных илов), торфов и т.д. В зависимости от содержания органических веществ для глиинистых грунтов установлена следующая классификация:

- сильнозаторфованные грунты – 40...50%,

- среднезаторфованные грунты – 25...40%,

- слабозаторфованные грунты – 10...25%,

- грунты с примесью органических веществ 5... 10%

Пески рассматриваются как грунты с органическими примесями при содержании последних 3... 10%.

Торфами считаются грунты с содержание «органики» более 50%.

Органические вещества всегда придают грунту неблагоприятные строительные качества: увеличенную сжимаемость, набухаемость, способность удерживать влагу. Торфы и почвы вообще нельзя использовать в качестве основания, даже для временных сооружений. Они должны полностью удаляться из оснований или прорезаться сваями (с соблюдением специальных правил).

9 Понятие о текстуре и структуре грунтов.

Под структурой подразумевается строение минерального скелета, характеризуемое формой, размерами и количественным соотношением отдельных частиц.

При формировании естественной структуры каждая отдельная частица находится под действием гравитационных сил и сил взаимодействия. Чем больше размер частицы, тем больше гравитационная сила, и поэтому частицы большего диаметра формируют зернистые структуры со сравнительно плотной упаковкой. Мелкие (глинистые) частицы образуют агрегатные структуры, которые в основном определяются силами сцепления между частицами.

Зернистая структура Плотность упаковки разная, зависит от величины и формы частиц.

 Агрегатная структура.  Характерна для глинистых грунтов.

 Текстура – пространственное расположение элементов грунта, определяющее его строение.

Текстура грунта зависит от условий его формирования и геологической истории, в ходе которой грунт претерпел различные преобразования (перекрытие отложениями, смыв, нагружения ледниками и прочее), то есть уплотнение и разуплотнение.

10 Физические свойства грунтов и их характеристики.

Физические свойства грунта отражают его состав, состояние, соотношение составных частей. В основном – это плотность, влажность, пористость, консистенция и прочность. На рисунке 2.6.1 приведены обозначения объемов и масс компонентов грунта, которые используются ниже.

 Модель грунта: m₁ – масса твердых частиц грунта; V₁ – объем твердых частиц грунта; m₂ – масса воды в порах (масса воздуха не учитывается); V₂ – объем пустот, заполненных водой и воздухом.

Удельным (ранее объемным) весом грунта γ называется отношение полного веса образца грунта к полному объему, который он занимает, включая объем пор. Размерность [кН/м³]. Удельный вес грунта γ естественной (ненарушенной) структуры определяется как отношение масс образцов (m₁+m₂) грунта к его объему (V₁+V₂);

 Удельным весом частиц грунта γ_s называется отношение веса частиц грунта к объему, который они занимают. Размерность [кН/м³ ].

 Удельным весом сухого грунта γ_d называется отношение веса высушенного грунта m₁ к полному объему (V₁+V₂), который он занимает, включая объем пор:

 

Свойства грунтов следует характеризовать количественными показателями. Определяют характеристики на образцах грунта, отобранных в полевых условиях с сохранением природной структуры и влажности.

Удельный вес γ является важной характеристикой грунта и используется:

1 при расчетах несущей способности основания;

2 природного давления грунта;

3 давления грунта на подпорные стенки;

4 устойчивости оползневых склонов и откосов.

Удельный вес грунта γ зависит от его минералогического состава, пористости и влажности и обычно колеблется в пределах 1,60...2,1 г/см³ (16...21 [кН/м³]).

Природная влажность грунта ω – отношение веса влаги, содержащейся в порах грунта, к весу твердого вещества (скелета грунта), выраженное в %, определение весовой влажности.

 

Определяют весовую влажность взвешиванием образца грунта природной влажности и того же образца – после удаления влаги высушиванием при температуре +105 °С. По разности весов узнают вес воды, а высушенный грунт дает возможность определить вес скелета. Значения природной весовой влажности ω различных грунтов колеблются в очень широких пределах от единицы до сотен процентов (для глин).

Высокие значения влажности свойственны малоуплотненным водонасыщенным глинистым грунтам, низкие – маловлажным крупнообломочным песчаным и лессовым грунтам.

Численное значение плотности сухого грунта может быть найдено из выражения, определение объемной влажности

 

 определяем удельный вес сухого грунта

 Значение плотности сухого грунта γ_d колеблется в пределах 1,1... 1,6 г/см³ и зависит от плотности структуры.

Пористостью П грунта называется отношение объема пор к полному объему грунта, выраженному в %:

 

В практике чаще пользуются показателем, называемым коэффициентом пористости, обозначаемым е и равным отношению объема пор V₂ к объему сухого грунта V₁ (скелета):

 Теоретически пористость П изменяется в пределах от нуля (поры отсутствуют, частицы грунта заполняют весь объём образца - гранит) до единицы (скелет отсутствует - торф). Соответственно коэффициент пористости е изменяется от нуля до бесконечности. Пористость не может быть больше единицы, в то время как коэффициент пористости может быть больше единицы (например: у лессов, торфа). Коэффициент пористости равен единице, если объем пор равен объему, занятому твердыми частицами.

Для песчаных грунтов с точки зрения их работы под фундаментом самыми важными характеристиками являются крупность частиц и коэффициент пористости (плотность).

Для глинистых грунтов коэффициент пористости не совсем удовлетворительно отражает их строительные свойства, так как в них очень существенно влияние воды. Сухая глина – почти твердый скальный грунт, водонасыщенная – текучий грунт.