Структурные связи в грунтах

Все твердые частицы, слагающие грунты, связаны между собой структурными связями. Характер связей нескальных грунтов во многом определяет основные свойства грунтов, так как прочность частиц грунта намного выше, чем связи между ними.

Различают следующие основные виды структурных связей в грунтах: воднокаллоидные (вязкопластичные, мягкие, обратимые) и цементационные (хрупкие, необратимые).

2. Фазовые характеристики грунтов

Представляя трехкомпонентную или трехфазную среду, грунт имеет общую массу — m, массу частиц или массу скелета грунта — m_s, массу воды — m_ω, общий объем грунта — V, объем пор — V_р, объем твердых частиц грунта — V_s, объем поровой воды — V_ω. Очевидно, что

m=m_s+m_ω ; V=V_s+V_p ; V_ω≤V_p ;

Схематично это можно изобразить так, как показано на рис.2.1.

Рис.2.1. Схема фазового состава грунта

1- твердая фаза (минеральная часть илоскелет); 2- жидкая фаза (поровая жидкость); 3- газообразная фаза (поровый газ).

Величины, определяющие количественное соотношение различных фаз в грунте, называют фазовыми характеристиками. Различают основные и производные фазовые характеристики. Основные определяются экспериментальным путём, а производные могут быть рассчитаны по основным характеристикам.

2.2.1. Основные фазовые характеристики и методы их определения

К основным фазовым характеристикам относятся: плотность грунта ρ, плотность частиц (скелета) грунта ρ_s, естественная (природная) влажность W.

Плотность грунта ρ — отношение массы грунта к его полному объему:

ρ=m/υ (2.1)

Единица измерения — г/м³ или г/см³. Плотность определяется из монолитов-образцов грунта ненарушенной структуры. Наиболее распространенные методы определения — метод режущего кольца и метод парафинирования. В первом методе из монолита или из грунтового массива вырезают часть грунта металлическим кольцом известного объема и массы, которое затем взвешивают с грунтом, после чего вычисляют плотность.

Во втором случае образец грунта известной массы парафинируют, помещают в воду и через объем вытесненной воды получают объем образца.

В практических расчетах широко используется весовая характеристика плотности — удельный вес грунта, кН/м³:

γ=ρ*g;

где g=9,81 м/с² ускорение свободного падения.

Плотность дисперсных грунтов обычно составляет 1,5...2,2 г/см³ и зависит от влажности и плотности сложения.

Плотность частиц (скелета) грунта ρ_s – отношение массы частиц грунта к их объему:

Ρ_s=m_s/V_s (2.2)

Единица измерения — г/м³ или г/см³.

Плотность частиц определяется в основном пикнометрическим методом. Пикнометр, представляющий собой стеклянную колбу, взвешивают вначале с определенным объемом дистиллированной воды, а затем — с тем же объемом водной суспензии ½ воды с помещенной туда навеской грунта. Зная массу сухой навески грунта, рассчитывают плотность частиц.

Весовая характеристика — удельный вес частиц грунта, кН/м³

γ=ρ_s*g;

Плотность частиц дисперсных грунтов обычно составляет 2,65...2,69 г/см³ — для песков, 2,67...2,71 г/см³ — для супесей, 2,69...2,73 г/см³ — для суглинков, 2,70...2,75 г/см³ — для глин.

На величину ρ_s основное влияние оказывает минералогический состав. Для грунтов, содержащих органику, плотность частиц снижается и определяется специальными методами.

Влажность ω — отношение массы воды к массе частиц (скелета) грунта.

ω=m_ω/m_s (2.3)

Единица измерения — доли единицы или проценты.

Влажность определяется из проб грунта нарушенной структуры высушиванием при температуре 105⁰С. Масса после высушивания равна массе скелета, а разность масс до и после высушивания равна массе воды.

Значения естественной влажности могут изменяться в широких пределах от 0 до 0,7 и выше в зависимости от вида грунта.

Высокие значения влажности характерны для органогенных грунтов и тяжелых глин.