2? Оценка природного состояния песчаных и глинистых грунтов
В состав природных грунтов входят разнообразнейшие элементы, которые при рассмотрении можно объединить в следующие три группы: 1 — твердые минеральные частицы; 2 — вода в различных видах и состояниях; 3 — газообразные включения. Кроме того, в состав некоторых грунтов входят органические и органо-минеральные соединения, также влияющие на физические свойства этих грунтов.
Поскольку свойства грунтов в значительной степени предопределяются размерами и минералогическим составом слагающих их твердых частиц, последние принято классифицировать по размерам,мм: галечный (>20), гравелистый (20-2), песчаные (2-0,05), пылеватые (0,05-0,005), глинистые (<0,005).
В некоторой степени учитывается и содержание глинистых минералов. Частицы крупнее 0,05 мм обычно имеют остроугольную или округлую форму, а более мелкие глинистые ‐ пластичную, иногда игольчатую. Песчаные частицы подразделяются на крупные, средние и мелкие.
Разделение частиц грунтов по категориям обусловливается тем, что грунты, состоящие из частиц одной категории, обладают специфическими свойствами.
Песчаные частицы слагают различные по крупности пески, которые обладают водопроницаемостью, не пластичны, имеют сравнительно жесткий, малосжимаемый при действии статической нагрузки скелет
По гранулометрическому составу различают песок: гравелистый, крупный, средней крупности, мелкий, пылеватый.
В зависимости от плотности сложения пески способны существенно уплотняться при динамических воздействиях Они характеризуются небольшой высотой капиллярного поднятия (до 0,5 м) и в сухом состоянии являются сыпучими телами.
Грунт, состоящий только из глинистых частиц, практически водонепроницаем, во влажном состоянии характеризуется высокой пластичностью, может обладать большой сжимаемостью при действии статической нагрузки, при динамических воздействиях не уплотняется, но может снижать прочность. После прекращения динамических воздействий прочность грунта постепенно частично или полностью восстанавливается, т. е. он обладает специфическими тиксотропными свойствами. Такой грунт при изменении содержания в нем воды меняет объем, набухает при увлажнении и получает усадку при высыхании.
3 Определение активного давления на вертикальную гладкую стенку при горизонтальной поверхности засыпки по Кулону.
Рассмотрим простейший случай, когда засыпка представлена идеально сыпучим грунтом . Поскольку принято, что стенка имеет абсолютно гладкую грань, т. е. трение грунта о стенку отсутствует (τ zx= 0), вертикальные и горизонтальные площадки являются главными. Тогда максимальное главное напряжение, действующее на горизонтальную площадку в точке контакта грунта со стенкой на глубине z от поверхности засыпки, будет равно σ =γ * z где γ – удельный вес грунта.
В пределах призмы обрушения ОАВ грунт находится в состоянии предельного равновесия. Следовательно, минимальное главное напряжение в этой точке 3 σ , равное активному давлению a σ , будет связано с максимальным главным напряжением условием предельного
равновесия. Условие предельного равновесия для сыпучих грунтов
Тогда с учетом формулы активное давление грунта на стенку в точке, расположенной на глубине z от поверхности засыпки,будет равно
Форма уравнения (6.14) показывает, что в рассматриваемом случае эпюра активного давления имеет вид треугольника. Подставив в это уравнение высоту стенки h , получиммаксимальную ординату эпюры активного давления:
Равнодействующая активного давления a E определится как площадь эпюры σa , т. е.
и будет приложена к стенке на расстоянии 1/3h от ее подошвы. Из анализа равновесия призмы обрушения несложно установить, что плоскость скольжения АВ будет наклонена к вертикали под углом π /4-ϕ/2
Отсюда можно определить ширину призмы
обрушения по поверхности засыпки
4. Хар-ки физ. свойств грунтов и методы их определения.
Плотность – отношение массы тв.частиц гр-та к их объему. Эта хар-ка зав. только от плотности слагающих грунт минералов. Кроме того, различают еще несколько подобных хар-к, уч.содержание в гр-те воды, газов и т. д. (объемная масса скелета гр-та, объемная масса абсолютно сухого гр-та, объемная масса влажной породы).
Пл-ть гр-та опр. взвешиванием чаще всего по образцу, взятому в режущее кольцо, иногда парафинированием или другими методами, в т. ч. путем гамма-каротажа. Пл-ть тв. частиц находят с помощью пикнометра. Вл-ть гр-та уст. взвешиванием образца естеств влажности до и после высушивания (до постоянной массы) при температуре 105(±2) °С.
Влажность – содержание в гр-те того или иного количества воды. Вл-ть гр-та бывает весовой и объемной. Весовой вл-тью наз. отношение веса воды в образце гр-та к весу твердых частиц гр-та (скелета). Объемной вл-тью наз. отношение объема воды в образце гр-та к объему, занимаемому тв. частицами (скелетом гр-та). Для одного и того же гр-та весовая вл-ть меньше, чем его объемная вл-ть. Вл-ть гр-та может быть больше единицы. Разделение По величине удельного веса сухого гр-та можно делать предварительные выводы о пригодности данного гр-та для целей ст-ва. Грунты с удельным весом сухого гр-та в пределах 11 – 13 кН/м3, как правило, являются непригодными для целей ст-ва. Прочным гр-там соот. удельный вес в сухом состоянии в пределах 16 – 18 кН/м3.
Пористость – суммарный объем всех пор в единице объема гр-та, незав. от их величины, заполнения и характера взаимосвязи. Коэф. пористости равен отношению объема пустот к объему твердой фазы гр-та, выраженному в долях единицы. Коэф. пористости и пористость позволяют более широко оценить пригодность гр.-тов для целей ст-ва. При значении коэф-та пористости больше единицы гр-ты, как правило, непригодны для целей ст-ва. Прочным гр-там соот. значения коэф-тов пористости в пределах 0,4–0,6. Кроме этого, коэф-т пористости и показатель текучести явл. входными параметрами в нормативные таб., позволяющие опр. для предварит. расчетов прочностные и деф. хар-ки гр-та.
Степенью водонасыщения, или степенью влажности наз. отношение объема воды к объему пор. По степени влажности крупнообломочные и песчаные гр-ты подразделяются: Sr ≤ 0,5 – маловлажные, 0,5 < Sr ≤ 0,8 – влажные, 0,8 < Sr ≤ 1 – насыщенные водой.
Гр-ты наз. насыщенными водой при Sr > 0,8, потому что они не содержат воздуха, сообщающегося с атмосферой. Пылевато-глинистые гр-ты чаще всего имеют Sr > 0,8.
Пластичность – сп-ть гр-та изменять форму без нарушения сплошности под воздействием внешних усилий и сохранять приданную форму после устранения воздействия. Пластичность гр.-тов изменяется в зав-ти от кол-ва и качества находящейся в гр-те воды.
Консистенция – степень подвижности частиц гр-та, обусл. различным содерж. в нем воды. Пылевато глинистые гр-ты могут менять консистенцию (густоту теста) от твердой до текучей.
Для опр. консистенции гр-та находят хар-ые влажности, соответствующие границе раскатывания (пластичности) Wp и границе текучеcти WL (здесь Wp – вл-ть гр-та, при которой он теряет способность раскатываться в шнур диаметром 2...3 мм; WL – вл-ть гр-та, при которой стандартный конус погружается в образец на глубину 10 мм). Разность между этими влажностями наз. числом пластичности IP.
По показателю текучести устанавливают сост. (консистенцию) гр-та. Различают состояния: твердое (0 > IL); пластичное (0 ≤ IL < 1); текучее (IL ≥ 1).
Текучее и текучепластичное сост. гр-та делают его непригодным для целей ст-ва. Если полная влагоемкость гр-та Wsat превышает его вл-ть на границе текучести WL, это свидетельствует о непригодности гр-та для целей ст-ва при потенциальной подтопляемости территории. Физические хар-ки гр-та используются для анализа инж.-геолог. усл. площадки ст-ва с выводами о пригодности грунтов, слагающих сжимаемую толщу в основ. фу-тов.
Относительная просадочность гр-та опр-ся на осн. испытаний обр-цов гр-та на сжатие без возможности бокового расширения.