Физико-механические свойства грунтов

Каждый грунт имеет свои, только ему присущие строительные свойства. В оценке свойств грунтов наибольшее значение имеют физико-механические характеристики. Значения показателей этих характеристик позволяют выполнять необходимые расчеты при проектировании зданий и сооружений.

К физическим свойствам нескальных грунтов, определяемых экспериментально и используемых непосредственно в расчетах оснований, относятся коэффициент фильтрации К_ф, величина плотности , естественная влажность W, пористость n, коэффициент пористости е.

Таблица основных прочностных характеристик отложений четвертичной системы и коренных пород

Литология	Возраст		Коэффициент просадоч-ности	Угол естественного откоса, град.	Сила сцепления, мПа	Угол внутреннего трения, град.	Модуль деформации, МПа	Rc, МПа
Лессовый суглинок	аQII-III		0,0-0,195	-	0,02-0,08	14-33	3-21
Песок c гравием	aQII	-	–	32 – 41	0,02 – 0,04	28 – 33	25.0 – 30.0
Песок мелкий иловатый	aQIV	-	-	22-32	0,003-0,015	15-28	10,0-18,0
Песок с дресвой	dQIV	-	–	22-32	0,003-0,015	15-28	10,0-18,0
Доломит	PII	8-11	-	-	0.25-0.40	45-47		15-50
Известняк закарстованный	PII				0,02-0,08	30-32		25-10
Мергель	PII	17-21	–	–	0,50-0,120	19-37	–	1-3

По числу пластичности грунты подразделяются на 4 категории:

1. Высоко пластичные грунты (более 17%)

2. Пластичные – суглинки (от 7 до 17%)

3. Слабо пластичные – супеси (от 2 до 7%)

4. Непластичные – пески (до 2%)

Их изучением занимается грунтоведение. Грунты – породы, находящиеся в зоне деятельности человека. Каждый грунт имеет свои свойства. Это находит отражение в определенных нормативах и технических условиях на строительство.

В оценке свойств грунтов, входящих в расчеты оснований фундаментов, наибольшее значение имеют физико-механические характеристики. Значения показателей этих характеристик позволяют выполнять необходимые расчеты при проектировании зданий и сооружений.

Характеристики могут быть получены из нормативных документов, в результате лабораторных исследований отдельных образцов грунтов и полевых работ на территории массива. Полученные в лаборатории и в поле характеристики отвечают только тем точкам, где были отобраны образцы и проведены полевые испытания грунтов. В связи с этим разрозненные результаты исследований и нормативные показатели необходимо обобщить. Такую работы выполняют чаще всего методом математической статистики.

Физические свойства грунтов:

1. плотность

2. удельный вес

3. объемный вес

4. пористость

5. коэффициент пористости

Водно – физические свойства:

1. естественная (весовая) влажность

2. полная влагоемкость

3. гигроскопическая влажность (влажность в сухом состоянии)

4. степень влажности

5. пластичность (нижний предел – граница раскатывания, верхний предел – граница текучести)

6. число пластичности I_p (определяется как разность между верхним и нижним пределами)

   0. высокопластичные породы – глины (ч.п. более 17%)

   1. Пластичные – суглинки (7% - 17%)

   2. Слабопластичные – супеси (до 7%)

   3. Непластичные – пески (0% - 2%)

7. консистенция пород (равная I = (W_верх – W_низ)/I_p)

Характеристика по гранулометрическому составу:

1. крупнообломочные (размер частиц > 2мм)

2. грубые - пески (2 – 1мм)

   0. крупнозернистые (1 – 0,25мм)

   1. среднезернистые (0,5 – 0,25мм)

   2. мелкозернистые (0,25 – 0,1мм)

   3. тонкозернистые или пылеватые (0,1 – 0,05мм)

3. алевритовые (0,05 – 0,005мм)

4. глинистые (менее 0,005мм)

Определяют также коэффициент набухания, размокания, размываемости. Для карбонатных пород определяют химический состав – содержание карбоната магния, карбоната кальция и глинистых частиц в процентном соотношении.

Деформационные и прочностные свойства:

1. сжимаемость, характеризует модуль общей деформации. Е – предельная нагрузка, при которой происходит разрушение породы

2. предельное напряжение сдвига.

Tg 

 - угол внутреннего трения

С- удельная сила сцепления

Е- модуль общей деформации

Для песков главную роль играет угол внутреннего трения, а сила сцепления носит подчиненный характер, для глин главная роль принадлежит силе С – удельной силе сцепления, МПа. Для скальных пород основная характеристика Е – модуль упругости.

Четыре класса пород:

1. Скальные (собственно скальные, полускальные)

2. Дисперсные грунты (связные - глины, суглинки, несвязные – пески)

3. Мерзлые (любые)

4. Техногенные – имеют самые слабые прочностные характеристики

Характеристика гранулометрического состава песков:

Глинистые – менее 0,005 мм

Алевритовые – от 0,005 до 0,05 мм

Тонкозернистые (пылеватые) – от 0,05 до 0,1 мм

Мелкозернистые – от 0,1 до 0,25 мм

Среднезернистые – от 0,25 до 0,5 мм

Крупнозернистые – от 0,5 до 1 мм

Грубые – от 1 до 2 мм

Вывод: сложность оснований фундаментов полностью зависит от физико – механических свойств грунтов, которые, более точно, определяются при проведении соответствующих исследований и экспериментов.

На данном участке породы можно подразделить на классы:

• Скальные: слои 5,6,7

• Дисперсные: связные - слой 3;несвязные-слои 1,2,4

Для грунтов могут быть выбраны следующие значения e, I_l и степени влажности:

№ слоя	возраст	литология	Коэф. Пористости, e	Показатель тек., IL	Степень влажности
1	dQIV	Песок с дресвой, рыхлый	0,55	0	маловлажный
2	aQIV	Песок мелкий иловатый, ср.пластич.	0,55	0,1	влажный
3	vQII-III	Суглинок	0,75	0	маловлажный
4	aQII	Песок с гравием, ср. пластичности	0,55	-	влажный
5	PII	Доломит, плотный	-	-	влажный
6	PII	Известняк закарстованный,пл.	-	-	влажный
7	PII	Мергель, плотный.	-	-	влажный