Дамба на р. Свирь 1920 г.

воздействие

4^о

Минеральные

частицы

Рыхлый песок Плотный песок n = 42% n = 23%

уменьшение до 1/5 объема

Движение Н О

Если Н = 10м, то возможная осадка составит 2м

Значение плотности песка в практике строительства

Пойменная терраса

95% населения

Асуанская плотина

Нил

Как определить состояние грунта по плотности сложения ?

emax- e ^{D =} emax- emin

(9

Коэффициент относительной плотности (индекс плотности)

e_max – коэффициент пористости грунта в max рыхлом его состоянии e_min – коэффициент пористости грунтов в min рыхлом его состоянии e – коэффициент пористости грунтов в естественном состоянии

Если

0 £ D £ 1/3 – рыхлое состояние 1/3 £ D < 2/3 – средняя плотность 2/3 < D £ 1 – плотное состояние

R » 0 (строить нельзя) R » 0,25 МПа

R » 0,5 МПа

В полевых условиях плотность грунтов часто определяют методом зонди-рования (пенетрации).

11

3. Критерием физического состояния глинистых грунтов является J_L:

_{число пластичности - Jp} J = W - W ₍₁₀₎

^{показатель текучести – JL} J_L = (W - W )/(W_L - W ) ⁽¹¹⁾

W_L - граница текучести соответствует такой влажности, при незначи-тельном увеличении которой, грунт переходит в текучее состояние.

W_p - граница раскатывания соответствует такой влажности, при незна-чительном уменьшении которой, грунт переходит в твердое состояние.

W _JLW_L

текучепластичное

мягкопластичное

тугопластичное полутвердое

W_p

По величине e и J_L в СНиП при-водятся величины

_сост. расчетного сопротивления грун-₁ тов, т.е. оценивается их прочност-

ные свойства, необходимые для воз-^0,75 ведения сооружения.

0,5

0,25

0

Тверд. сост.

супеси _{суглинков, глин}

Практическое применение:

От J_L - зависит расчетное сопротивление грунта нагрузкам R

J_L < 0 R » 4 кг/см² = 0,4 МПа 0 < J_L < 1 R » 0,2 МПа

J_L > 1 R » 0 (строить практически невозможно)

12

4. Виды воды в грунтах

- диполь – молекула воды Н₂О

Электромолекулярные силы притяжения

^{< 0,5 мк} r (расстояние от поверхности мине-

ральной частицы)

Неуравнове-шенный заряд по поверхнос

1

Прочно связанная вода

2

ыхло связанная

вода

3

Свободная вода (гравитационная)

1. Молекулярно-связная:

а - пленки прочносвязанной воды (гигроскопической, адсорбированной) n·100 МПа – электромолекулярные силы притяжения, удалить эту воду практически невозможно, замерзает при tº < -70º .

б - слои (пленки) рыхлосвязанной воды (лисорбированной)

n· МПа – электромолекулярная сила притяжения, удаляется только при tº = 105º, замерзает при tº -1º …- 3º C.

2. Гравитационная:

а - капиллярная вода; б – свободная вода.

3. Водяной пар. 4. Лёд.

Чем меньше размер частицы, тем удельная поверхность больше и больше связанной воды в грунтах.

5. Механические свойства молекулярно-связной воды

Вязкость. Молекулярно-связная вода является вязкой жидкостью и создает сцепление в глинистом грунте. Чем тоньше пленка, тем больше вязкость и сцеп-ление. С увеличением влажности сцепление уменьшается.

13

Липкость – способность влажного глинистого грунта прилипать к предм-е там. Она зависит от грансостава, химико-минералогического состава и силы при-давливания между частицами. Определяется с помощью прибора В.В.Охотина в виде диска с центральной штангой для подъема и выражается в Н/м .

Усадка – уменьшение в объеме глинистого грунта при высыхании. Набухаемость – увеличение в объеме глинистых грунтов при увлажнении

за счет расклинивания слабо сжатых частиц с утолщением водных пленок. Расклинивающий эффект пленочной воды. При уменьшении прижимных

усилий между частицами за счет равнодействующей сил притяжения к частицам молекулы воды затягиваются между ним.иПоскольку пленочная вода обладает вязкостью, этот процесс протекает медленно. При откопке котлованов в глин-и стых грунтах обычно последний слой10-20 см снимают непосредственно перед устройством фундаментов. Это особенно важно при откопке глубоких котло-ва нов. При двойной толщине пленок, т.е. 2х(0,25 – 0,5) микрон, вода становится свободной и достигается предел текучести.

Водонепроницаемость (слабая водопроницаемость) тоже объясняется на-личием пленочной воды и её склеивающим эффектом за счет сил связност.иДля сдвига пленочной воды относительно частицы грунта требуется усили, екоторое сопоставимо с требуемым для среза свинца. Лишь при большом градиенте напора можно расклинить глинистые частицы и вода будет фильтровать.

Тиксотропность – свойство грунта разжижаться при сотрясениях, которым обладают пластичные глинистые грунты при влажности более предела раскат-ы вания. С приближением к пределу текучести это свойство проявляется более ярко. Обусловлена тиксотропность отрывом пленочной воды от частиц и переходом в свободную за счет динамических воздействий. При прекращении сотрясений вос-станавливаются связи пленочной воды с частицами грунта.

Это свойство проявляется при забивке свай и работе механизмов при- от

рывке котлованов, а также при виброуплотнении бетонируемых фундаментов. Температура замерзания пленочной воды – 78^о С. В этой связи у глини-

стого грунта замерзает лишь часть воды и он в мерзлом состоянии находится в вязком состоянии. При переходе части воды в твердое состояние(лёд) освобож-дается часть поверхностных сил натяжения, появляется поверхностный потенци-

ал, который может подтянуть некоторый объем воды, что способствует пучению глинистого грунта, т.е. увеличению его в объеме.

Гравитационная капиллярная вода по существу находится в растянутом состоянии. Ее подъем обусловлен наличием поверхностного натяжения плено-ч ной воды на разделе фаз (жидкой с газообразной, жидкой и твердой). Это явление

молекулярная физика и коллоидная химия объясняют такж-е эл молекулярными силами, образуемыми за счет гидратации ионов на разделе фаз.

Из физики известен опыт с погружением трубки малого диаметра в емкости

с водой. В этой трубке уровень воды выше чем в емкости и образует вогнутый мениск, который как бы прикреплен к стенкам трубки и поднимает воду вв.ерх При этом форма трубки может быть криволинейно,йно при одинаковом ее диа-метре высота расположения мениска оказывается одинаковой.

14

Подъемная сила в мениске Q определяется по формуле Лапласа: Q = 4α/d; h_к = 4α/d.γ . Где α – коэффициент поверхностного натяжения; d - диаметр ка-пилляра трубки; h_к - высота капиллярного поднятия; γ_w - удельный вес воды.

Значение h_к зависит от диаметра капилляра, но не зависит от его формы. В грунтах исходя из размера пор можно судить о высоте капиллярного подъема в-о ды, которое приближенно составляет в:

гравелистом и крупном песке – 2-5 см; среднем песке – 20-30 см;

мелком песке – до 1,0 м и более; супеси и суглинке – до 3 м.

В глинах нет капиллярного поднятия (капиллярной каймы), поскольку сце-пление не пускает эту воду.

В гидротехнике учитываютэффект капиллярного сифонирования, поэтому

гребень плотин располагают выше уровня воды на величину, превышающую h_к. При понижении воды иглофильтрами за счет капиллярного натяжения воды

можно устраивать круче откосы.

За счет капиллярной каймы над кривой депрессии на откосах при открытом водоотливе возникает участок высачивания, приводя к оплыванию откосов.

При понижении атмосферного давления происходит мгновенное поднятие уровня подземой воды (колебание достигает порой 1 м) и снижается устойчивость

откосов. Перед грозой уровень воды в колодцах повышается.

Капиллярная вода замерзает при t = 0 – 1,5^о С. Эта вода относится к грави-

тационной, поскольку передает гиростатическое и гидродинамическое давления и фильтрует в грунтах.

Свободная вода не подвержена электромолекулярным и капиллярным -си

лам, а испытывает только силы гравитации. Она передает гиростатическое и гид-родинамическое давления, причем свободно фильтрует. Закипает при t = + 100^о С, замерзает при 0^о С.Ухудшает свойства грунтов, особенно глинистых и биогенных.

Движение воды в грунтах

Различают: фильтрацию воды и миграцию влаги.

Фильтрация – гравитационное передвижение больших масс воды под дей-ствием сил гравитации (тяжести и внешнего давления на грунт). Внешнее давле-ние в водонасыщенном грунте сперва передается на воду, а затем на скелет. Воз-никающий напор воды опасен.

Миграция – передвижение воды под влиянием других си,лкроме гравита-ционных (разность электрических и температурных градиенто(вэлектроосмос, давление газовых паров, промерзание и оттаивание грунтов). При двойной тол-щине пленок, т.е. 2х(0,25 – 0,5) микрон, вода становится свободной и достигает-ся предел текучести.

В 1809 г. профессор Московского университета Рейс проводил опыт с п-о гружением электродов от источника постоянного тока в ящик с влажным глин-и стым грунтом. При этом было замечено, что возле анода грунт стал более сухим, а

15

вокруг катода – влажным. Этот эффект был названэлектроосмосом. О нем вспомнили примерно через 150 лет и стали применять на практике приэлектро-осушении и электрозакреплении глинистых и иных слабофильтрующих грунтов.

Процесс миграции влаги при разности температур в грунте снаружи ипод зданием учитывают при устройстве проветриваемых подполий. За счет разницы температур под очищаемым от снега тротуаром и при наличии снега за каменным забором происходит его наклон.