55. Газообразная фаза грунтов, ее влияние на строительные свойства грунтов

Наряду с водой в грунте может находиться газ в различных состояниях: свободный, сообщающийся с атмосферным воздухом; адсорбционный в виде пузырьков вокруг минеральных частиц; защемленный, который не сообщается с атмосферой и находится в порах органических или глинистых грунтов. В торфах и заторфованных грунтах может содержаться порядка 10-20% защемленного газа, который сильно влияет на сжимаемость грунтов, проявляясь виде упругих деформаций. Доказано, что содержание всего 5% газа от объема пор уменьшает передачу нагрузки на подземную воду в 5 раз. Наличие газа в грунте снижает его сопротивляемость сдвигу. Присутствие сероводорода или метана в грунтах может явиться препятствием при устройстве глубоких и узких котлованов или траншей. В них не должно быть рабочих, а выемку грунта нужно вести механизмами.

Свойства газа. Свободные газы(- связанные с атмосферой, - защемленные газы (глинистые грунты)). Растворенные в воде.

56.Грунты – дисперсные (раздробленные) системы, являющиеся продуктами механического, химического, физико-механического и биологического процессов выветривания в земной коре. В условиях естественного залегания они представляют собой сложную систему твердых, жидких и газообразных компонентов.

Следует различать структуру и текстуру грунтов.

Под структурой грунтов понимают взаимное расположение грунтовых частиц и характер связи между ними. Из этого определения следует, что структура имеет две стороны: сложение и связность.

Виды сложений. а - зернистое (им обладают песчаные грунты): а – рыхлое, б – средней плотности, в – плотное.б - хлопьевидное (характерно для илов при n >90%): малые поры, большие поры.в - сотообразное (губчатое) - при уплотнении происходит упрочнение грунтов.г - каркасное (для различных глинистых, особенно моренных грунтов.

Виды связности

Связность – это свойство, характеризующее связь между грунтовыми частицами, которая в дисперсных грунтах бывает двоякой:

а – водноколлоидная создана молекулярными силами пленочной воды. Характерна для молодых (четвертичных) глинистых грунтов и может легко нарушаться при замачивании или встряхивании, но затем легко восстанавливаться.

б – кристаллизационная создана природным цементом у древних грунтов за счет пленочной и свободной воды в виде электролита. Такую связность можно создавать искусственно (силикатизация – образование кремнистого цемента в течение нескольких суток при химическом закреплении грунтов).

Под текстурой грунтов понимают их сложение в массиве. Она бывает:

а - слоистая (водноледниковые пески), горизонтальная и косослойная;

б – ленточная (озерно-ледниковые отложения) с чередованием м тонких прослойков песка и глины;

в – порфировая (моренные глинистые грунты) с размещением на фоне мельчайших частиц просматриваются крупные обломки. Наряду со связностью возникает большое трение;

г – сетчатая (при промерзании грунта сверху и сбоку), просматривается в пределах образца;

д – слитная (на фоне разреза нет неоднородностей) у однородных песчаных или глинистых отложений.

Строение грунтовой толщи бывает: нормальное согласованное и несогласованное, косослойное и линзовидное.

57. Грунтовая фракция - определенный интервал крупности частиц. Выраженное в процентах от общего веса сухого грунта содержание в грунте частиц различной крупности, называется гранулометрическим составом. Разделение частиц на фракции называется гранулометрическим анализом.

Имеется несколько методов определения грансостава:

ситовой – для песчано-гравелистых частиц;

проф. Сабаниеа А.Н. – для пылеватых, иловатых и глинистых частиц, который основан на отмучивании в воде с использованием закона Стокса;

пипеточный или ареометрический проф. Рабинзона Г.В. – для глинистых частиц.

Метод отмучивания – для определения песчаной фракции (Æ от 1 ¸ 0,05 мм)

Классификация твердых частиц: Галечные (щебень), Гравелистые, Песчаные, Пылеватые, Глинистые

Пластичность — способность грунта изменять под действием внешних сил (давления) свою форму, т. е. деформироваться без разрыва сплошности и сохранять полученную форму после прекращения действия внешней силы. Пластичность грунта во многом определяет его деформируемость.Нижним пределом пластичности wр или границей раскатывания называют такую влажность глинистого грунта, при которой раскатываемый из него жгутик диаметром 3 мм начинает крошиться от потери пластических свойств, т.е. влажность на границе перехода грунта из твердого состояния в пластичное.Верхний предел пластичности wL или граница текучести – влажность глинистого грунта на границе перехода из пластичного состояния в текучее.Разница между верхним и нижним пределами пластичности получила название числа пластичности, Ip %:Ip = wL – wp.По числу пластичности Ip выделяют глинистые грунты трех типов: 1) высокопластичные (глины) – 17 %; 2) пластичные (суглинки) – 17...7 %; 3) слабопластичные (супеси) – 7 %.

58.К связным грунтам относятся главным образом различные глины и суглинки. Естественная плотность связных грунтов зависит от их консистенции (густоты). В зависимости от содержания большего или меньшего количества воды консистенция глинистых грунтов меняется в значительных  пределах и может быть текучей, пластичной или твердой. Консистенция связных грунтов по Аттербергу  характеризуется границей текучести и границей раскатывания, а следовательно и сопротивление грунтов под фундаментом будущего строения.

  Граница текучести соответствует такой влажности, при незначительном превышении которой грунт переходит в текучее состояние. Граница раскатывания (пластичности) соответствует влажности грунта, при незначительном уменьшении которой пластичное тесто, приготовленное из грунта и воды, при раскатывании в проволоку крошится, т. е. перестает быть пластичным. Граница текучести  и граница раскатывания  выражаются численно, как соответствующие влажности в процентах от веса сухого грунта. Многочисленные опыты показывают, что границы консистенции в высокой степени зависят от дисперсности и минералогического состава грунта, формы и упругости его частиц и, особенно, от структуры.

  По ГОСТ предел текучести связных грунтов определяется по величине вдавливания под действием собственного веса  стандартного конуса весом 76 г и высотой 25 мм при угле заострения в 30°. Влажность теста считается равной границе  текучести, если описанный стандартный конус погружается в грунтовое тесто на глубину 10 мм. Более соответствующим природе вещей является испытание консистенции глинистых грунтов пластометром Ребиндера, при котором также вдавливается конус, но определяется сравнительная характеристика консистенции.

  Следует также отметить испытание конусом Бойченко3. Вес конуса 300 г; угол при вершине 30°; диаметр обоймы, в которую помещается испытываемый грунт, 50 мм. Влажность пробы, при которой конус погружается на 32 мм, соответствует границе  текучести, а влажность, соответствующая погружению на 4 мм,— границе пластичности (раскатывания).

  Граница раскатывания (пластичности) определяется путем раскатывания замешанного на дистиллированной воде  глинистого теста в жгут (проволоку) толщиной 3 мм. Влажность, при которой жгут начинает крошиться, т. е. становится непластичным, и определяет границу раскатывания.

59.Под механическими свойствами подразумеваются прочностные и деформационные свойства грунта. Прочностные свойства грунта – характеризуют силы сопротивления грунта сдвигу при действии на него внешних силовых воздействий. Деформационные свойства грунта характеризуют способность грунта изменять объем и форму по мере передачи на него давления.

Расчет оснований и фундаментов выполняется с использованием законов механики грунтов, которые, как правило, формулируются на основании анализа результатов экспериментальных исследований. Законы механики грунтов устанавливают зависимость между различными параметрами механического состояния грунта. К примеру, между напряжениями и деформациями, между касательными и нормальными напряжениями, между скоростью фильтрации воды через грунт и градиентом напора.

Свойство	Закон	Показатели	Применение
1. Деформационные свойства	Закон уплотнения	mv - коэффициент относительной сжимаемости, Eo - модуль общих деформаций	При расчёте оснований по второй группе предельных состояний или по деформациям
2. Прочностные свойства	Закон Кулона	φ- угол внутреннего трения, с - удельное сцепление	При расчёте устойчивости основания, 1-я группа пред. состояний
3. Водопроницаемость	Закон Дарси	kf - коэффициент фильтрации, cv - коэффициент консолидации	Расчёт осадок основания во времени, другие фильтрационные расчеты

Линейная зависимость между сопротивление грунта сдвигу и нормальным напряжением носит название закона Кулона. Его можно сформулировать в следующем виде:

Предельное сопротивление грунта сдвигу прямо пропорционально нормальному сжимающему напряжению.

Параметры с и отражают прочностные свойства грунта и носят название прочностных характеристик.

Закон уплотнения - в ограниченных диапазонах нагрузок изменение коэффициента пористости пропорционально изменению уплотняющего давления

(4)где коэффициент фильтрации .

Уравнение (6.4) носит название закона Дарси:

Скорость фильтрации прямо пропорциональна градиенту напора

Коэффициент фильтрации (k_f) характеризует фильтрационные свойства грунта. Его величина зависит от типа грунта и в первую очередь от грансостава. Ниже приведены примерные значения величины k_f для некоторых типов грунтов: для галечниковых грунтов. для песков.

для глинистых грунтов.