Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Укрепление грунтов в дорожном строительстве. Учебное пособие
.pdf
1.2. Основные физические характеристики грунтов
Тип
грунта
Среднее значение
плотности
частиц грунта ρ,
г/см
3
Пески
2,66
Супеси
2,7
Суглинки
2,71
Глины
2,74
Плотность грунта – отношение массы грунта к его
объёму
po = M / V
общий
, г/см
3
, кг/м
3
.
Плотность нескальных грунтов – 1,3…2,2 г/см3, скальных
грунтов - 1,8…3,0 г/см3.
Плотность частиц грунта – отношение массы твёр-
дых частиц к их объёму
p = m
частиц грунта
/ V
абс
, г/см
3
, кг/м
3
.
Нескальные грунты – 2,4…2,8 г/см3 (табл. 1.5), скальные
грунты 2,4…3,3 г/см3.
Таблица 1.5
Пористость грунта –
отношение объёма пор
ко всему объёму грунта
n = V
пор
/ V
общ
Относительное со-
держание твёрдых частиц
m = V
частиц грунта
/ V
общ
.
n + m = 1
Коэффициент пористости грунта – отношение объ-
ёма пор к объёму твёрдых частиц
е = n / m
Для песчаных грунтов коэффициент пористости с достаточной точностью характеризует плотность их сложения (плотность взаимной упаковки частиц) и используется
как классификационный показатель
Разделение песков по коэффициенту пористости е
представлено в табл. 1.6.
11
Таблица1.6
Тип песка
Плотность сложения
плотные
средней
плотности
рыхлые
Пески гравелистые,
крупные и средней
крупности
е<0,55
0,55≤ е ≤0,7
е >0,7
Пески мелкие
е<0,6
0,6≤ е ≤0,75
е >0,75
Пески пылеватые
е<0,6
0,6≤ е ≤0,8
е >0,8
1.3. Влажность грунта
Естественная влажность грунта (W) - это отношение массы воды mв, заключенной в порах грунта, к массе
сухого грунта m
ск
W = mв/mск. (Иногда её выражают в процентах).
Оптимальная влажность – влажность, при которой
достигается максимальная плотность грунта.
Полная влагоёмкость – влажность, соответствующая полному насыщению грунта, т.е. случаю, когда все
поры заполнены водой.
Степень влажности (степень водонасыщения) – отношение объёма воды в порах грунта к объёму пор и соответствует отношению влажности грунта к его полной влагоёмкости.
1.4. Характеристики консистенции глинистых грунтов
Свойства глинистых грунтов существенно изменяются в зависимости от их влажности. По консистенции различают три состояния глинистого грунта: твёрдое, пластичное и текучее. Границами между этими состояниями
12
являются характерные значения влажности, называемые
Для супесей
Для суглинков и глин
Твёрдые
IL< 0
Твёрдые
IL< 0
Пластичные
0 ≤ I
L
≤
1
Полутвёрдые
0 ≤ IL≤ 0,25
Текучие
IL>1
Тугопластичные
0,25 < I
L
≤
0,5
Мягкопластичные
0,5 < I
L
≤
0,75
Текучепластичные
0,75 < I
L
≤
1
Текучие
IL>1
границей раскатывания (нижний предел пластичности) w
и границей текучести (верхний предел пластичности) wL.
Число пластичности Ip = wL - w
.
p
Показатель текучести
IL = (w - wp)/( wL - wp)= (w - wp) / I
.
p
Очевидно, что:
- при w < w
(показатель текучести IL< 0) грунт нахо-
p
дится в твёрдом состоянии,
- при w > wL (показатель текучести IL >1) – в текучем,
- при wp ≤ w ≤ w
(0≤ IL ≤1) - в пластичном состоя-
L
нии.
Разновидность глинистого грунта определяется также
по показателю текучести IL (табл. 1.7 ).
Таблица 1.7
p
Чем больше в грунте относительное содержание глинистых частиц, тем больше оказывается величина числа
пластичности Ip .
13
Поскольку песчаные грунты обычно не обладают
Рис. 1.2. Консистенция
и изменение показателя
текучести IL в за-
висимости от влажно-
сти w
I
p
– число пла-
стичности
Пески
Значения R
o
, кПа, в зависимости
от плотности сложения песков
плотные
средней плотности
Крупные
600
500
Средней крупности
500
400
Мелкие:
способностью раскатываться в шнур или при малом содержании глинистых частиц показывают практически одинаковые величины wp и wL, число пластичности для песчаных грунтов ничтожно мало: Ip < 0,01.
Водопроницаемость (фильтрация) – свойство водо-
насыщенного грунта под действием разности напоров пропускать через свои поры сплошной поток воды.
1.5. Прочность грунтов
Расчётные сопротивления песчаных грунтов представлены в табл. 1.8, глинистых грунтов – в табл. 1.9 .
Таблица 1.8
14
Продолжение табл. 1.8
маловлажные
400
300
влажные и насыщенные водой
300
200
Пылеватые
маловлажные
300
250
влажные
200
150
насыщенные водой
150
100
К-т пористости
е
Значения R
o
, кПа, при показателе
текучести грунта IL равном
0
1
Супеси
0,5
300
300
0,7
250
200
Суглинки
0,5
300
250
0,7
250
180
1,0
200
100
Глины
0,5
600
400
0,6
500
300
0,8
300
200
1,0
250
100
Таблица 1.9
К деформационным свойствам относятся:
- набухание, - усадка,
- просадочность,
- сдвиговые деформации,
- упругие, пластические деформации,
- ползучесть, течение грунта.
1.6. Деформационные свойства
15
Набухание - увеличение объёма при увлажнении. К
Рис. 1.3. Усадка
глинистых
грунтов
Рис.1.4. Глобальная просадка грунта
набухающим грунтам относятся глинистые грунты с
большим содержанием гидрофильных глинистых минералов (монтмориллонит, каолинит, гидрослюды);
Усадка - уменьшение объёма грунта при высыхании
(рис. 1.3 ). Характерна для глинистых грунтов.
Ползучесть – непрерывная пластическая деформация
под воздействием постоянной нагрузки. Текучесть грунта
– это развитие пластических деформаций.
Просадочность – способность лёссового макропористого грунта очень быстро размокать и уплотняться под
16
нагрузкой, со значительными деформациями (рис. 1.4).
Характерные явления просадочного лёссового грунта: ширина раскрытия трещин составляет 30-40 см, а величина
просадки 0,3-2 м.
1.7. Слабые грунты
Слабые грунты - связные грунты, имеющие прочность на сдвиг в условиях природного залегания менее
0,075 МПа (при испытании прибором вращательного среза) или модуль осадки более 50 мм/м при нагрузке 0,25
МПа (модуль деформации ниже 5,0 МПа).
Слабые основания - основания, в пределах активной
зоны которых имеются слои слабых грунтов мощностью
не менее 0,5 м.
К слабым, структурно-неустойчивым грунтам отно-
сятся:
- мёрзлые и вечномёрзлые,
- лёссовые,
- глинистые различного происхождения,
- илы, сапропели,
- ленточные глины,
- торфы и заторфованные грунты,
- засолённые,
- насыпные грунты
К мёрзлым относятся все виды грунтов, если они
имеют отрицательную температуру и содержат в своём составе лёд. Грунты называют вечномёрзлыми, если в условиях природного залегания они находятся в мёрзлом состоянии непрерывно (без оттаивания) в течение многих
(трёх и более) лет.
Лёссовые грунты по составу, структурнотекстурным признакам, а следовательно, и механическим
свойствам существенно отличаются от всех других горных
17
пород. Твердые частицы лёссовых грунтов на 80…90% состоят из кварца, полевого шпата и растворимых минералов. По крупности до 60%, иногда даже до 90% твердых
частиц относится к пылеватым, остальные - к глинистым,
лишь малая часть – к песчаным фракциям. По гранулометрическому составу и числу пластичности лёссовые грунты
относятся к пылеватым супесям и суглинкам. Влажность
лёссовых грунтов в естественном состоянии обычно не
превышает 0,08…0,16, степень влажности менее 0,5, пористость – 0,4…0,5.
У лёссовых грунтов размер пор значительно превышает размер частиц грунта. Именно в связи с таким соотношением диаметра пор и диаметра частиц лёссовые грунты называют макропористыми.
Рис.1.5. Макроструктура лёссового грунта
При природной влажности лёссовые грунты за счет
цементационных связей обладают заметной прочностью и
способны держать вертикальные откосы высотой более 10
м. Увлажнение лёссов приводит к растворению цементационных связей и разрушению его макропористой текстуры. Это сопровождается резкой потерей прочности грунта,
значительными и быстро развивающимися деформациями
уплотнения – просадками. Поэтому лёссовые грунты называют просадочными.
Глинистые грунты с большим содержанием гид-
рофильных глинистых минералов (монтмориллонит, као-
18
линит, гидрослюды), отличающиеся малой влажностью в
природном состоянии (w < wp), относятся к набухающим
грунтам. Значения влажности на пределе текучести и числа пластичности у них весьма велики. Набухающие грунты
отличаются набуханием (увеличением объёма) при увлажнении и усадкой (уменьшением объёма) при высыхании.
К слабым водонасыщенным грунтам относятся
илы, ленточные глины, водонасыщенные лёссовые грунты.
Характерными особенностями таких грунтов являются их
высокая пористость в природном состоянии, насыщенность водой, малая прочность, большая деформируемость.
Илами называют водонасыщенные современные
осадки водоёмов (морские, лагунные, озёрные), образовавшиеся при наличии микробиологических процессов.
Влажность илов превышает влажность на границе текучести (w > wL), коэффициент пористости е ≥ 0,9. Пресноводный ил называют сопропелем. По составу илы отличаются от других глинистых грунтов повышенным содержанием органических остатков (более 10 % массы).
Ленточные глины (ленточные отложения) – это
толща грунтов, состоящая из близкого к горизонтальному
переслаивания тонких и тончайших (несколько см и даже
менее см) прослоев песка, супеси, суглинка и глины. Суммарная мощность ленточных отложений может достигать
10 м и более. В естественном состоянии ленточные отложения имеют высокую пористость. Коэффициент пористости обычно равен 0,7…0,8 и нередко превышает 1. Грунты
обычно находятся в водонасыщенном состоянии. Естественная влажность w обычно равна 0,3…0,5, но может
достигать 0,7…0,8, тогда как влажность на пределе текучести wL не превышает 0,6…0,65. Высокое значение пористости и большая влажность ленточных глин свидетельствуют
об их малой прочности и сильной деформируемости под
нагрузкой.
19
Торфом называют органические отложения, не менее
чем на 50 % сухой массы состоящие из остатков растительности. Органоминеральные образования – песчаные,
пылеватые и глинистые, содержащие торф в количестве от
10 до 50 % массы сухого вещества, называют заторфован-
ными грунтами. В природных условиях торф и заторфо-
ванные грунты находятся обычно в водонасыщенном состоянии. Торфы относятся к наиболее сжимаемым грунтам. Несущая способность торфа и заторфованных грунтов
также крайне невелика. Поэтому напластования, содержащие заторфованные грунты, относятся к наихудшим типа
оснований сооружений.
Засолённые грунты – крупнообломочные, песча-
ные и глинистые грунты, содержащие определённое количество легкорастворимых (хлористых, сернокислых и карбонатных солей натрия, калия и магния) и среднерастворимых (сульфата кальция (гипс), ангидрита, кальцита и
др.) солей. Основная опасность строительства на засолённых грунтах связана с выносом солей фильтрующими водами (химическая суффозия), разрушением текстуры грунта и развитием вследствие этого неравномерных просадок.
Фильтрующая вода становится раствором вымываемых
солей и приобретает агрессивность по отношению к металлу и бетону.
Насыпные грунты – особая разновидность отло-
жений, результат интенсивной хозяйственной деятельности человека. К насыпным относятся грунты природного
происхождения с нарушенной естественной структурой, а
также минеральные отходы промышленного производства,
твёрдые бытовые отходы, образовавшиеся из отсыпей или
гидронамывом. В насыпных грунтах постепенно происходят различные физические, физико-химические, биологические и другие процессы, приводящие, с одной стороны, к
их самоуплотнению, упрочнению, с другой – к распаду,
20
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]