- •Міністерство освіти і науки україни національний транспортний університет методичні вказівки та контрольні завдання до вивчення дисципліни „Ґрунтознавство та механіка ґрунтів"
- •Загальні методичні вказівки
- •Робоча програма 1 методичні вказівки до вивчення тем курсу розділ 1. Основи ґрунтознавства
- •Тема 1. Ґрунт як об'єкт автодорожнього будівництва
- •Тема 2. Фазовий склад ґрунтів
- •Тема 3. Тверда фаза ґрунту та її характеристики
- •Тема 4. Зерновий склад твердої фази грунту
- •Тема 5. Рідка фаза ґрунту
- •Тема 6. Взаємодія фаз.
- •Тема 7. Ступінь ущільнення ґрунту і загальна характеристика будівельних властивостей різних ґрунтів.
- •Тема 8. Водно-тепловий режим ґрунтів і дорожньо-кліматичне районування території України та снд.
- •Тема 10, Реологічні властивості ґрунтів
- •Тема 12. Умови міцності в точці ґрунтового масиву
- •Тема 13. Визначення напружень і переміщені» у масиві ґрунту під впливом зосередженого навантаження.
- •Тема 14. Визначення напружень і переміщень в однорідному ґрунтовому масиві під впливом різних навантажень.
- •Тема 15. Напруження у шаруватому масиві та його осадка
- •Тема 16. Граничний і критичний тиски на ґрунт
- •Тема 18. Покращення та укріплення грунтів
- •01010, М. Київ, вул.Суворова, 1 Редакційно-видавничий відділ нту, тел. 290-70-66
Тема 2. Фазовий склад ґрунтів
Ґрунт як трифазна дисперсна система. Дво- і трифазний стани Ґрунту. Показники фазового складу ґрунту: щільність, щільність частинок, вологість, щільність сухого ґрунту (скелету), пористість, коефіцієнт пористості, коефіцієнт водонасичення. [1. с.26-30, 41-43; 2. с.93-96, 99-102; 3, с.38-48; 4. с.8/.
У методичному плані доцільно вивчати фізичні властивості ґрунту як дисперсної системи, що складається з кількох фаз, параметри якої характеризують склад фаз, властивості кожної фази, міжфазові взаємодії та їхній вплив на властивості системи.
Ґрунти складається з трьох компонентів (фаз), які перебувають в кількох агрегатних станах: твердому, рідкому та газоподібному. Тверда фаза представлена головним чином уламками гірської породи або мінералів, рідка - водою, газоподібна - повітрям і водяною парою. Двофазним є водонасичений ґрунт, пори якого майже повністю заповнені водою або газонасичений ґрунт, пори якого майже повністю заповнені повітрям. Від вмісту різних фаз у ґрунті, властивостей цих фаз та інтенсивності міжфазових взаємодій залежать практично всі фізико-механічні властивості ґрунту.
При визначенні фазового складу ґрунту виходять з трьох основних показників:
щільність ґрунту
(1)
щільність частинок ґрунту
(2)
вологість ґрунту
(3).
Користуючись цими показниками, визначать щільність сухого ґрунту рd, пористість п, коефіцієнт пористості е, коефіцієнт водонасичення S
Між величинами р, рs, рd існує різниця. Щільність ґрунту с є маса ґрунту (частинок, води і повітря) в одиниці об'єму, який він займає.
Щільність частинок ґрунту рs - усереднена кількість матеріалу його частинок (наприклад, піщаних, пилуватих, глинистих). Ця величина не може використовуватись для оцінки ступеня ущільнення ґрунту в природному заляганні чи в тілі насипу, бо р залежить від вологості ґрунту, а рs - тільки від виду матеріалу частинок.
Ступінь ущільнення ґрунту характеризується тіснотою розташування твердих частинок, тобто їхньою об'ємною часткою (С) чи масою частинок в одиниці об'єму ґрунту рd. Саме маса частинок, які містяться в одиниці об'єму ґрунту, тобто відношення маси ґрунту за відрахуванням маси води (і льоду) в його порах до його початкового об'єму (до висушування), називається щільністю сухого ґрунту
(4)
Буквальний переклад міжнародного терміну dry density (англ.) - "щільність сухого ґрунту" (дослівно - "суха щільність") став загальновизнаним [4], але суть цього поняття виражається за допомогою терміну "щільність каркасу ґрунту", який ще досить часто зустрічається в підручниках.
Враховуючи, що маса ґрунту М складається з маси його частинок Ms і маси води Mw за допомогою формул (1), (2), (4) легко прийти до формули (що часто використовується), яка виражає щільність сухого ґрунту (каркасу ґрунту) через щільність ґрунту та його вологість
(5)
де вологість W виражена частками одиниці.
Формули (1), (3), (5) широко використовуються, зокрема для визначення вологості ґрунту та оцінки відповідності ступеня його ущільнення нормативним вимогам.
Пористість грунту n - відношення об'єму пор, заповнених водою і повітрям, до загального об'єму ґрунту, а коефіцієнт пористості е - відношення об'єму пор, заповнених водою і повітрям, до об'єму твердих частинок ґрунту
(6)
Ці показники взаємозв'язані (е=п/(1-п)) виражаються через рs і рd формулами
(7)
Коефіцієнт водонасичення намерзлого ґрунту SГ - відношення об'єму води в порах до об'єму пор (включаючи об'єми води і повітря) і може виражатись формулою
(8)
де рw- щільність води, приймаються рw= 1 г/см3.
Великоуламкові ґрунти і піски вважаються маловологими при 0< SГ <0,5, вологими при 0,5< SГ <0,8 і насиченими водою при 0,8< SГ <1, згідно [4].
Щоб отримати уявлення про відносні об'єми різних фаз ґрунту, зручно характеризувати його фазовий склад об'ємними частками фаз. Об'ємна частка твердих частинок у ґрунті є відношення об'єму часток до об'єму ґрунту:Cs = Vs /V. Об'ємна частка води у ґрунті - відношення об'єму, який займає вода, до об'єму ґрунту: Сw= Vw/ V - Об’ємна частка газоподібної фази - відношення об'єму, який займають повітря і повітряна пара, до об'єму ґрунту. Користуючись формулами (1)-(4), легко прийти до тaких виразів для об'ємних часток фаз у ґрунті
Числове значення деяких показників фазового складу
ілюструється прикладом розв'язання задачі 1 у підрозділі „Контрольні запитання і завдання".