Основные физико – механические свойства грунтов.

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГРУНТОВ.

Физические свойства грунтов согласно, ГОСТ -25100-95 оцениваются по следующим характеристикам :

Плотность грунта - это отношение массы грунта включая массу воды в ее порах, к занимаемому этим грунтом объему

p=m/V ,

p- плотность грунта ,г/см, кг/м, т/м

m- масса породы с естественной влажностью и сложением, г

V- объем, занимаемый породой, см

Плотность частиц грунта - отношение массы сухого грунта, исключая массу воды его порах, к объему твердой части этого грунта и изменяется для всех горных пород в пределах 2.61 до 2.75 г/см

p_s=(m-m_в ) /V_т ,

p_s- плотность частиц грунта, г/см, кг/м ,т/м

m_в- масса воды в порах грунта ,г

V_т-объем твердой части грунта, см

Удельный вес грунта - характеризует отношение веса грунта, включая вес воды в его порах, к занимаемому этим грунтом объему, включая поры и может быть рассчитан

γ=pg ,

γ- удельный вес грунта, н/м

p-плотность грунта

g-, ускорение свободного падения равное 9.81 м/с

Плотность скелета породы, или плотность сухого грунта p_d, представляет собой отношение массы минеральных частиц породы (твердой части грунта ) при естественной структуре, исключая массу воды в его порах, к занимаемому этой породой объему:

p_d= (m-m_в)/V , V-объем, занимаемый породой, см

p_d – плотность скелета породы (плотность сухого грунта), г/см, кг/см, т/м

m-m_в=m₁- масса сухого грунта ,г

Плотность скелета породы – величина более постоянная по сравнению с плотностью породы и обычно вычисляется по данным определений плотности и влажности по формуле : р= p_d /1+ 0.01W ,

W- влажность породы ,%

р-плотность породы, г/см;

p_d- плотность скелета породы, г/см

Удельный вес частиц грунта характеризует отношение веса сухого грунта к объему его твердой части и рассчитывается следующим образом:

γ _s = γ g

γ -удельный вес сухого грунта ,Н/м

Пористость породы это отношение объема пор к объему всего грунта, включая поры

n=(V_n /V) 100

V_n - объем пор в породе ,см

V - объем породы, см

Пористость можно выразить через значение плотности грунта:

n=( (p_s – p_d) / p_s ) 100 n=(1- p_d / p_s ) 100

Приведенной пористостью или коэффициентом пористости называется отношение объема пустот (пор) к объему твердой части (скелета грунта) и выражается в долях единицы по формулам: e=n / 1 –n e=(p_s – p_d) / p_d

ВЛАЖНОСТЬ.

Под естественной (природной) влажностью грунта W, понимается количество воды, содержащееся в порах грунта в его природном состоянии.

Она может менятся в зависимости от климатических и гидрогеологических условий, колебаться на протяжении года или суток в известных пределах, но при этом всегда остается характерной для данного генетического типа грунта.

Весовой или абсолютной влажностью называют отношение массы воды к массе к массе абсолютно сухого грунта, выраженное %.

Полная влагоемкость – это такая влажность, при которой все поры заполнены водой

e-коэффициент пористости ; p-плотность частиц грунта

W= n /p_d W = ep_w / p_s

Влажность в зоне аэрации непостоянна. Влажность в зоне водонасыщения практически не меняется и количественно соответствует пористости грунта. Эта влажность и называется полной влагоемкостью, а грунт , имеющий такую влажность, водонасыщенным.

Под гигроскопической влажностью W_г понимают влажность воздушно-сухого грунта.

Степенью влажности или относительной влажностью называют степень заполнения пор грунта водой и характеризуется отношение объема воды к объему пор грунта

S_r=(W p_s (100-n )) / n Sr = W p_s /e p_w

S- степень влажности породы, %

W- естественная влажность породы , %

p_s - плотность частиц породы , г/см

n - пористость , %

p_w - плотность воды , г/см

е - коэффицент пористости

Максимальная молекулярная влагоемкость Wм.м.в. показывает количество воды, которое удерживается в породе силами молекулярного сцепления, после того как вся гравитационная вода стечет из породы. Ее определяют центрифугированием для глинистых грунтов, а для песчаных и супесчаных грунтов способом высоких колонн.

Разностью между полной и максимальной влагоемкостью определяют водоотдачу грунта

ВОДНЫЕ СВОЙСТВА ГРУНТОВ.

Способность грунтов свободно отдавать воду под действием силы тяжести называется водоотдачей. Глинистые грунты имеют плохую водоотдачу, т. к. значительная часть влаги остается в них в виде связанной воды. Пески обладают хорошей водоотдачей, численно равной объему их пор, но истинные плывуны имеют водоотдачу практически равную нулю. Их можно заставить отдавать воду только с помощью электроосмотического осушения. Наибольшей водоотдачей обладают крупнообломочные породы и пески от 25- 43%

Водонасыщение - свойство дисперсных грунтов впитывать и удерживать в себе свободную воду. Скорость и количество удерживаемой воды зависит от величины удельной поверхности, гидрофильности, гран.состава, пористости (пески насыщаются значительно быстрее, чем глины.

W=масса поглощенной грунтом воды / масса абсолютно сухого грунта

D- дефицит водонасыщения это разность между полной влагоемкостью и естественной влажностью.

Водопроницаемость - способность грунтов пропускать через себя гравитационную воду через поры ( рыхлые и глинистые грунты ) и трещины (скальных гр.) Чем больше размер пор или чем крупнее трещины, тем выше водопроницаемость пород. Водопроницаемость характеризуется коэффициентом фильтрации – это скорость движения подземных вод при гидравлическом градиенте равном единице ( см/сек, м/ч, м/сут)

По величине К_ф породы делятся на:

Водопроницаемые - К_ф больше 1 м/сут (галечники, гравий, песок, трещиноватые породы, закарстованные известняки, доломиты)

Слабопроницаемые (полупроницаемые) - К_ф от 1- 0.001 м/сут (супеси, суглинки, лесс, торф)

Непроницаемые (водоупорные) - К_ф менее 0.001 м/сут (глины, тяжелые суглинки, не трещиноватые массивные кристаллические и сцементированные осадочные породы )

ВОДНО - ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГРУНТОВ.

(пластичность, липкость, усадка, набухание, размокание )

Изменение влажности грунта с переходом ее через характерные границы ведет к изменению состояния грунта или к возникновению в нем новых свойств.

Пластичность, липкость, усадка, набухание, размокание – характерны для песчано-глинистых грунтов и называются специфическими.

Пластичность – способность глинистого грунта под действием внешних усилий менять свою форму без разрыва сплошности, а после прекращения действия усилия сохранять полученную форму. Пластичные свойства обуславливаются наличием пленочной воды и проявляются только между двумя определенными значениями влажности. Минимальное значение влажности называют нижним пределом пластичности или границей раскатывания W_p , а максимальное – верхним пределом пластичности или границей текучести W_i . Нижним пределом пластичности называется такая влажность при которой грунт переходит из пластичного в полутвердое или твердое состояние. Верхним пределом пластичности называется такая влажность при которой грунт переходит из пластичного состояния в текучее. Разность между W_p и W_i называют числом пластичности I_p

По числу пластичности песчано-глинистые грунты разделяются:

Супесь от 0.01 до 0.07

Суглинок от 0.07 до 0.17