Характеристика физического состояния грунтов №1 - коэффициент водонасыщения грунта (степень влажности)

W₀ – влажность,  при которой все поры заполнены водой

Как определить W₀? Согласно определению можно записать:

  (5)                   (6)         (7)

Граница изменения степени влажности грунта     0 ≤ G ≤ 1

при G = 0 или G>=1 двухфазная система при G ≤ 1 трёхфазная система

Для песчаных грунтов, согласно СНиП 2.02.01-83* G < 0,5 – маловлажные грунты 0,5 ≤ G ≤ 0,8 – влажные грунты 0,8 ≤ G ≤ 1 – насыщенные грунты

Если грунт находится в природном состоянии ниже уровня грунтовых вод, то на него будет действовать взвешивающее действие воды (Н₂О).

В качестве примера следует рассмотреть аварийную ситуацию (см. рисунок), которая возникла при эксплуатации подземных резервуаров, предназначенных для хранения топлива. В тот момент, когда резервуары были пусты, произошло относительно быстрое поднятие уровня грунтовых вод. В результате на заглубленные конструкции возникло воздействие выталкивающей (Архимедовой) силы, которая не была учтена расчетом и резервуары получили значительные неравномерные вертикальные перемещения. Конструкция была выведена из эксплуатации (аварийная ситуация).

Схема аварийной ситуации пустых резервуаров от взвешивающего действия воды.

Взвешивающие действия будут испытывать минеральные частицы грунта; (γ_s - γ_w) – вес твердых частиц

(8)

Учет взвешивающего действия воды, или расчет подобных конструкций на всплытие должен выполняться и в проекте производства работ.

Так, на ниже приведенных фотографиях, показано выполнение работ по ж/б резервуару для хранения воды и развитие аварийной ситуации.

При интенсивном снеготаянии и обильных осадках произошло быстрое заполнение водой пазух котлована и пустой ж/б резервуар размером 60 х 90 м «всплыл», т.е. получил неравномерные (40…60 см) вертикальные перемещения вверх. Такие неравномерные деформации в местах жесткого защемления, как правило, вызывают повреждение конструкции, и выводят сооружение из эксплуатации (см. фото ниже).

Следовательно, учет взвешивающего действия воды при проектировании сооружений имеет большое практическое  значение.

Характеристика физического состояния грунтов №2 - плотность

Для песчаных грунтов плотность имеет первостепенное значение при оценке их свойств как оснований для сооружения.

При отсыпке песка в воду (строительство на акватории) укладка минеральных частиц, за счет оттока воды, происходит рыхло. Этот процесс показан на схеме:

Схема образования рыхлого песка при отсыпке его в воду.

Строительные правила (СНиП) запрещают строить сооружения на рыхлом грунте. Такие грунты воспринимают довольно большую статистическую нагрузку, но при динамических воздействиях они теряют свою структуру (в водонасыщенном состоянии) и грунт переходит в суспензию (плывунное состояние).

На ниже приведенном рисунке представлен лабораторный опыт в мензурке с рыхлым водонасыщенным песком, который воспринимает статическую нагрузку от гвоздя. Но при динамическом воздействии такой песок переходит в плывунное состояние и поэтому гвоздь проваливается до дна мензурки.

Подобные же явления возникли при аварии дамбы на реке Свирь в 1920 г., когда после взрывных работ на расстоянии 200 м то дамбы, последняя, выполненная из песка, расплылась под углом 4º к горизонту.

Рыхлый водонасыщенный песок, имея примерно пористость 42% является структурно-неустойчивым основанием и при динамическом воздействии от колебания (движения) воды переходит в плывунное состояние, с последующей более плотной укладкой (пористость до 23%) или уменьшением своего объема до 1/5. В этом случае, если высота отсыпка песка (дамба) составляет 10 м, то возможная осадка достигнет 2 м, что для любых конструкций является не допустимым.

Схема разжижения водонасыщенного песка от динамического воздействия.