title-icon
Яндекс.Метрика
» » Физические свойства глинистых грунтов

Физические свойства глинистых грунтов

Основными физическими свойствами грунтов вообще, глинистых в частности, являются: влажность w, плотность (удельная масса) твердых частиц рs и плотность (удельная масса) грунта р.
Влажность грунта характеризуется содержанием в нем количества воды, определяемого удалением при его высушивании до постоянной массы при температуре T=100—105°С. Влажностью грунта w = m2/m1, в долях единицы, называют отношение массы воды m2 к массе твердых частиц m1, содержащихся в данном его объеме.
Влажность грунта при естественном его залегании называется естественной (природной).
В зависимости от вида воды (гигроскопической, пленочной, капиллярной или свободной) влажностными характеристиками грунта служат также: гигроскопическая влажность wh, максимальная гигроскопичность wmh, максимальная молекулярная влагоемкость wmm, капиллярная влагоемкость wcap и полная влагоемкость wf.
Отношение объема воды в грунте ко всему объему грунта называют объемной влажностью wV, а относительное содержание воды в порах грунта (отношение объема поровой воды к объему пор), характеризующее степень заполнения пор водой, — степенью водонасыщен и я Sr.
Влажность глинистых грунтов w определяют по ГОСТ 5180—75. Максимальную молекулярную влагоемкость, т. е. влажность при наибольшем количестве в грунте гигроскопической и пленочной (рыхлосвязанной) воды, определяют методом «влагоемких сред» А.Ф. Лебедева, усовершенствованным А.М. Васильевым.
Полную влагоемкость Wf, степень водонасыщения Sr, объем воды Vw в единице объема грунта вычисляют по приведенным ниже соотношениям (1.10)—(1.13).
Физическое состояние глинистых грунтов в значительной степени обусловлено их влажностью. В зависимости от ее величины глинистые грунты могут находиться в твердом, пластичном и текучем состояниях. В пластичном состоянии глинистые грунты хорошо формируются и деформируются необратимо, без существенного изменения объема. Уменьшение влажности по отношению к указанному состоянию вначале превращает грунт в полутвердое, а затем в твердое тело. Увеличение влажности приводит грунт в текучее состояние.
Состояние глинистых грунтов по влажности (консистенции) характеризуется пределами текучести wL и раскатывания (нижним пределом пластичности).
В интервале изменения влажности, между пределами текучести и раскатывания, глинистые грунты находятся в пластичном состоянии. Причем, чем больше содержание в грунте глинистых частиц, тем больше разница между влажностями указанных пределов. Доказано, что отношение влажностей пределов раскатывания и текучести примерно равно wP/wL = 0,5—0,6, a wP по величине совпадает с величиной максимальной молекулярной влагоемкости, тогда 0,13 < wmm < 0,24. Если wmm < 0,13 или wm > 0,24, максимальная молекулярная влагоемкость меньше предела раскатывания. Разность между двумя предельными значениями влажности глинистых грунтов принято называть числом пластичности Ip:

Число пластичности Iр, которое для глинистых грунтов является классификационным показателем, у супесей изменяется в пределах 0,01 < Ip < 0,07; суглинков — 0,07 < Ip < 0,I7 и глин — Iр > 0,17.
Консистенция глинистых грунтов оценивается показателем IL:

где w0 — естественная (природная) влажность.
В зависимости от величины показателя консистенции IL глинистые грунты могут иметь следующие состояния (СНиП 11-15—74).


Указанный способ оценки состояния глинистых грунтов естественного (ненарушенного) сложения не свободен от недостатков. Во многих случаях можно получить ложное представление о действительном состоянии грунта, так как этот способ не учитывает влияния структуры грунта на его состояние.
Существует несколько методов определения пределов текучести и раскатывания, которые в определенной степени являются условными величинами. Их условность прежде всего обусловлена тем, что wP и wL не характеризуют имеющего место в природе постепенного перехода грунта из одного состояния в другое.
Пределы текучести и пластичности глинистых грунтов по методам балансирного конуса и их раскатывания в шнур диаметром 3 мм приведены в ГОСТ 5183—77.
Плотность (удельная масса) твердых частиц грунта рs = g1/V1, т. е, равна отношению массы твердых частиц к их объему V1.
Величина плотности частиц р, обусловлена минеральным составом грунта, а также плотностью основных породообразующих минералов (ps = 2400—2800 кг/м3) и органических веществ (ps = 1250—1400 кг/м3). Плотность частиц глинистых грунтов изменяется в пределах 2400—2800 кг/м3, а в некоторых случаях достигает величины 3000 кг/м3.
По данным Д.Е. Польшина, плотность частиц супесей, не содержащих органических веществ, изменяется в пределах 2680— 2720 кг/м3, суглинков — 2690—2730 кг/м3, а глин — 2710— 2760 кг/м3. Плотность частиц диатомитовых глин, содержащих органические вещества, изменяется в пределах 2360—2590 кг/м3, торфа 500—800 кг/м3.
Зная ps, можно определить удельный вес частиц грунта ys по формуле

где g — ускорение свободного падения (g=9,81 м/с2 = 10 м/с2).
Плотность (удельная масса) грунта, или масса грунта в единице объема p = g0/V0, равна отношению массы образца g0 к его объему V0. Плотность совершенно сухого грунта называют плотностью (удельной массой) скелета рd и определяют по соотношению массы твердых частиц к объему грунта V0, или

Плотность грунта под водой р' равна отношению массы грунта q0', облегченного массой вытесненного им объема воды, к объему грунта V0 (1.15).
По аналогии с (1.2) удельный вес грунта у определяют по следующему соотношению:

а удельный вес скелета

Пористость является важнейшим физическим свойством, характеризующим уплотненность грунта, — плотность упаковки частиц, обусловливающей его прочностные и деформационные свойства. Это переменная величина, изменяемая под действием как силовых, так и влажностных факторов (набухание, усадка).
Пористостью n принято называть объем пор в единице объема грунта, а коэффициентом пористости е — отношение объема пор n к объему твердых частиц n в единице объема (1.7)—(1.9).
Зная три основные характеристики физических свойств грунтов — влажность w, плотность твердых частиц рs и плотность грунта р, а также используя понятие плотности скелета рd, все остальные показатели физических свойств вычисляют по формулам (1.7)-(1.15).
Методы определения показателей физических свойств глинистых грунтов подробно изложены в специальной литературе, а также в соответствующих ГОСТах.
Характеристики физических свойств грунтов, вычисляемые по данным опытов, следующие.
1. Относительная пористость (коэффициент пористости):

2. Объем твердых частиц в единице объема грунта:

3. Объем пор в единице объема грунта:

4. Полная влагоемкость:

5. Степень водонасыщения:

6. Объем воды в единице объема грунта при влажности w:

7. Объем воды в единице объема полностью водонасыщенного грунта (Sr=1):

8. Объем газа (воздуха) в единице объема грунта при влажности w:

9. Плотность облегченного в воде двуфазного грунта (Sr=1):

где рм — плотность (удельная масса) воды.

title-icon Подобные новости