3. Основные физические характеристики грунтов

Основная масса минеральных частиц нескальных грунтов состоит из окиси кремния (кремнезема) и окиси алюминия (глинозема). Кроме этих основных компонентов в грунтах содержатся примеси других окислов и солей, но обычно в небольших количествах, не влияющих на их основные свойства. Частицы кремнезема (SiO2)' вместе с примесями, входящими в состав минерала, образуют жесткие зерна неправильной формы, угловатые или окатанные, размером 0,01—10 мм и более. Частицы глинозема входят в состав различных глинистых минералов общего типа Al 2O3∙nSiO2 ∙mR2O, где R2—водород или одновалентный металл. Глинистые частицы в отличие от песчаных образуют не зерна, а тончайшие чешуйки, наибольшие размеры которых не превышают 0,005 мм. В грунтах между отдельными минеральными частицами есть пустоты — поры, заполненные водой или воздухом. Различают три вида систем нескальных грунтов:

1) трехкомпонентная, состоящая из минеральных частиц (минерального скелета) и пор, заполненных частично водой и частично воздухом;

2) двухкомпонентная, состоящая из минерального скелета и пор, полностью заполненных водой;

3) двухкомпонентная, иногда неправильно называемая однокомпонентной, состоящая из минерального скелета и пор, заполненных только воздухом.

Если обозначить объем грунта естественного сложения Vr, объем минеральных частиц VCK, объем пор Vn, общую массу минерального скелета и поровой воды Мт, массу минеральных частиц Мск и массу воды в порах грунта Мв, то можно записать: Vr = VCK+ Vn и Мг=Мск+Мв.

Основными физическими свойствами, характеризующими грунт, являются:

1) плотность грунта р, т. е. отношение массы минеральных частиц грунта к массе воды при 4 о С в объеме, равном объему минеральных частиц, г/см3:

р= М ск / Vr

2) объемная масса грунта ∆о, т. е. отношение массы данного объема к массе воды в объеме всего образца, г/см3:

∆о= Мг/ Vr

3) объемная масса твердой фазы (скелета) грунта ∆ ск , т. е. отношение массы абсолютно сухого грунта к массе воды в объеме всего образца при данной пористости, г/см3:

∆ ск=∆о/(1+ W)

4)пористость грунта n — отношение в долях единицы объема пор к объему всего образца:

n= Vn/ Vr= Vn/( VCK+ Vn)

5) коэффициент пористости грунта ε — отношение объема пор в грунте к объему минеральных частиц:

ε= Vn/ VCK = Vn/( Vr- Vn)

6) влажность грунта W—отношение (в долях единицы) массы воды в порах грунта к массе минеральных частиц:

W= Мв/ Мск= (Мг-Мск)/ Мск

7) степень (коэффициент) влажности грунта G — отношение объема воды в порах грунта к объему:

G= Vв/ Vr= Vв/ (Vr- VCK )= pW/ εpв

На практике определяют экспериментом плотность, объемную массу и влажность грунта. Из этих же формул можно вывести взаимную зависимость между пористостью и коэффициентом пористости и выражение для объема скелета грунта. Зависимость между пористостью и коэффициентом пористости выражается равенствами:

n= ε/(1+ ε) и ε = n/(1-n)

Объем скелета грунта:

VCK = Vr /(1+ ε)

4. ФИЗИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ВОДЫ В ПОРАХ ГРУНТОВ

В порах грунтов вода может находиться в различных физических состояниях. Различают следующие виды воды в порах грунтов:

1) парообразная, заполняющая части пор грунта, свободные от волы;

2) вода в твердом состоянии (лед);

3) гигроскопическая и пленочная вода, образующаяся на поверхности частиц в виде пленок различной толщины, более или менее прочно с нею связанных. По своим свойствам она отлична от обычной жидкой воды (например, не передвигается под действием силы тяжести). Поскольку гигроскопическая и пленочная вода не свободна в своем передвижении, ее назвали физически связанной водой;

4) гравитационная, или свободная вода. Обладает свойствами жидкой воды, передвигается в грунтах под действием силы тяжести. Такая вода может быть подразделена на собственносвободную и капиллярную, образующую капиллярную зону над поверхностью грунтовых вод, и связанную (капиллярно-поднятая вода) или не связанную (капиллярно-подвешенная вода) с грунтовыми водами.

II. ЖЕСТКИЕ ФУНДЕМЕНТЫ НЕГЛУБОГО ЗАЛОЖЕНИЯ