Физические свойства и классификационные показатели грунтов

ФИЗИЧЕСКИЕ  СВОЙСТВА И КЛАССИФИКАЦИОННЫЕ  ПОКАЗАТЕЛИ ГРУНТОВ

 
     Составные элементы грунтов при их взаимодействии, как по казано ранее, в условиях природного залегания образуют весьма сложную структуру, что вызывает необходимость в большинстве случаев изучать свойства грунтов или в полевых условиях, или на образцах с ненарушенной (естественной) структурой. Только при исследовании грунтов как материала для насыпных земляных сооружений необходимы также испытания образцов грунта с нарушенной структурой.

     Образцы грунтов ненарушенной структуры  берут в шурфах с помощью стального  тонкостенного режущего кольца, а  в скважинах с помощью специального прибора, носящего название грунтоноса. Грунтоносы особенно успешно применяются в глинистых грунтах, не содержащих включений крупного гравия, гальки или валунов.

Наиболее совершенными на основании многолетней практики применения в различных странах являются весьма тонкостенные грунтоносы из высококачественных стальных цельнотянутых труб с внутренним диаметром 50—76 мм (2—3"), г иногда и большим, залавливаемых (но не забиваемых) в грунт на требуемую глубину. Длина отбираемых монолитов обычно бывает от 30 до 60 см и даже до 120 см. На рис. 10 изображен в деталях грунтонос с гидравлическим залавливающим устройством, разработанный по предложению инженеров Е. Г. Кунакова и В. А. Федорычева в институте Фундаментпроект и при меняемый для отбора проб грунта с ненарушенной структурой.

       Грунтонос состоит из керноприемной  части и гидравлического задавливающего  устройства.

       Керноприемная часть имеет башмак 1, керноприемный стакан 2, выполняемый  двух размеров — с внутренним  диаметром 95 и 71 мм, и тонкостенную гильзу 3.

       Залавливающее устройство состоит  из цилиндра и поршня 5 с пустотелым  штоком, который соединяется с колонной бурильных труб. Шариковые клапаны 4 и 6 служат для выхода воздуха при отборе проб грунта.

        При подаче рабочей жидкости  через бурильные трубы под  поршень 5 происходит плавное надавливание керноприемной части в грунт. Возникающее при этом реактивное давление воспринимается либо двумя винтовыми свайками диаметром 250 мм, заглубленными на 1 м) либо обсадной трубой, либо буровой установкой, например СБУ-ЗИВ-150.

  Рабочая жидкость — вода (летом), машинное масло  или дизельное топливо (зимой) —  подается . насосом буровой установки ЗИФ-200/40 или ручным насосом ГН-200.

   Одни  грунтоносы имеют вынимаемую гильзу, наполняемую грунтом, а другие—отвинчивающуюся нижнюю часть, которая вместе с грунтом доставляется в лабораторию.

При испытании  грунтов для строительных целей не представляется возможным определять очень большое количество характеристик грунта, приходится ограничиться некоторыми главнейшими определениями. Поэтому очень важно выяснить практическую ценность отдельных испытаний и наметить те выводы, которые можно сделать при исследовании грунтов, базируясь на научно обоснованных способах испытания.

     При изучении физических свойств грунтов следует различать характеристики, позволяющие охарактеризовать физическое состояние грунтов и их классифицировать и дающие оценку поведения грунта под действием внешних сил. К первым относятся: коэффициент пористости, коэффициент влагонасыщенности, относительная плотность и пределы консистенции (густоты); ко вторым — коэффициент сжимаемости, коэффициент водопроницаемости, коэффициент внутреннего трения и модули деформируемости.

     Как указывалось выше, основным отличием грунтов как рыхлых горных пород  от тел сплошных является то, что  твердые частицы в них не образуют сплошной массы, а занимают лишь часть объема грунта, т. е. грунты обладают той или иной пористостью, причем прочность связей между отдельными частицами значительно меньше прочности материала самих частиц. Поэтому важнейшей физической характеристикой грунтов как. дисперсных тел является их пористость.

     В природных грунтах всегда содержится то или иное количество воды, которое оказывает огромное влияние на взаимосвязь минеральных частиц. Поэтому второй важнейшей характеристикой физических свойств грунтов будет их влажность.

     Как пористость, так и влажность грунтов  зачастую необходимо определять не в абсолютных величинах, так как для различных грунтов пни будут меняться в широких пределах, не характеризуя степени раздробленности и увлажненности грунтов, а в относительных, например по отношению к объему твердых частиц или как долю заполнения объема пор водой. Для вычисления этих характеристик и производных от них величин предварительно опытным путем для образцов грунта естественной ненарушенной структуры должны быть найдены три основных физических показателя:

             γ —объемный вес грунта естественной ненарушенной структуры;

γ_v —удельный вес твердых частиц грунта;

ω— весовая влажность грунта естественной структуры.

Для определения объемного веса грунта, как указывалось ранее, берутся пробы при помощи специальных грунтоносов. Влажность грунта определяется взвешиванием образца в естественном состоянии и после высушивания при 105°С до постоянного веса. Что же касается удельного веса частиц грунта, то он определяется при помощи пикнометра и для наиболее распространенных грунтов колеблется в незначительных пределах — от 2,5 до 2,8 (в среднем γ_v =2,65).

      Для более ясного представления о  применяемых в дальнейшем терминах представим некоторый объем грунта V, равный сумме V₁ + V₂, где V₁— объем твердых частиц грунта и V₂ — объем пор (рис. 11). Пусть вес твердых частиц в объеме V будет равен g₁ и вес воды, частично или сплошь заполняющей поры грунта, g₂. Условимся называть:

объемным  весом грунта — отношение веса всего грунта к его объему.

удельным  весом грунта — отношение веса твердых частиц к их объему

      весовой влажностью грунта — отношение веса воды к весу сухого грунта, т. е. к  весу твердых частиц грунта: