Основные физические свойства грунтов.

Свойства грунта - это особенности грунта, обусловленные его составом, взаимоотношением и взаимодействием слагающих грунт компонентов (твердых, жидких и газообразных). Различают физические, механические, магнитные, электрические, водные и др. свойства.

Свойства, характеризующие воздействие на грунты различных физических полей – гравитационного, магнитного, электрического и др. принято называть физическими. Физико-химическими называются свойства, отражающие особенности внутренних химических процессов в грунтах и поверхностных физико-химических явлений и процессов. Эти свойства определяются составом, строением грунтов, структурными связями, его состоянием и являются в значительной мере имманентными, т.е. отражающими внутреннюю сущность грунтов. Третья группа – свойства физико-механические – включает качества, отражающие реакцию грунта на внешние механические воздействия: сжатие, изгиб, разрыв и др. В зависимости от характера внешнего воздействия один и тот же грунт может проявлять упругие и пластичные свойства, быть твердым или текучим и т.д.

Физические свойства грунтов - особенности грунтов, определяющие их поведение в естественных условиях и при взаимодействии с продуктами инженерной и хозяйственной деятельности человека. Основные физические свойства грунтов: гранулометрический состав (для дисперсных грунтов), плотность, пористость и коэффициент пористости, влажность, пределы пластичности (только для глинистых грунтов), набухаемость грунтов (только для глинистых), усадочность (для глинистых и органогенных грунтов), размокаемость, размягчаемость.

К важнейшим физическим свойствам грунтов, определяемым в лабораторных условиях, относят плотность частиц грунта, влажность и плотность.

Плотность грунтов

Плотность грунта ρ, г/см³, т/м³, — отношение массы грунта (включая массу воды в порах) к его объему.

Величина плотности грунтов колеблется в широких пределах: от 1,2—1,3 до 3,5 г/см³ и зависит от минерального состава, пористости, влажности и других показателей.

Показатели плотности широко используются при инженерно-геологической оценке различных типов грунтов.

Остальные показатели физических свойств грунтов определяются расчетным способом.

Плотность сухого грунта ρ_d (плотность скелета грунта) г/см³, т/м³, — отношение массы грунта (за вычетом массы воды и льда) к его объему:

или ,

где W — естественная влажность, в первом случае — в долях единицы, во втором — в процентах.

Значения плотности сухого грунта в песчано-глинистых грунтах колеблются от 1,1 до 1,9 г/см³. Величина ρ_d служит основным показателем, контролирующим степень уплотнения грунтов в земляных сооружениях.

Плотность частиц грунта ρ_s, г/см³, т/м³, — отношение массы твердых (скелетных) частиц грунта к их объему. Этот показатель характеризует твердую компоненту грунта и зависит от его минерального состава. Присутствие в грунте органических веществ снижает величину ρ_s.

Средние значения ρs песчаных и пылевато-глинистых грунтов следующие (в г/см³): песок — 2,66; супесь — 2,70; суглинок — 2,71; глина — 2,74.

С увеличением содержания в грунте тяжелых минералов плотность частиц грунта увеличивается, достигая 3,0—3,4 г/см³ в магматических основных породах (габбро, диабаз и др.).

Данные о значении плотности частиц грунта используют для определения пористости и коэффициента пористости грунтов, а также для ориентировочной характеристики минерального состава.

ρ_s=m₁/V₁

Пористость грунтов

Пористость грунта n, %, — отношение объема пор ко всему объему грунта:

 или

Чем больше показатель n, тем более рыхлый грунт.

Пористость глинистых грунтов колеблется обычно в пределах 40— 60%, в песчаных 30—40, а в илах она может достигать 70—90%.

Наименьшей пористостью обладают магматические интрузивные и многие метаморфические грунты (от долей процента до 1—3%).

Величина пористости грунтов влияет на сжимаемость, прочность и другие свойства.

Коэффициент пористости е, доли ед., — отношение объема пор к объему твердой части скелета грунта

;

Значение n и е можно преобразовать одно в другое по формулам:

;

Влажность грунтов.

Влажность природная W, % или доли ед. — отношение массы воды, содержащейся в грунте, к массе этого грунта, высушенного до постоянной массы.

Влажность определяют по формуле

где m₁ — масса грунта в бюксе (стаканчике) с крышкой до высушивания, г; m₂ — то же после высушивания, г; m₀ — масса пустого бюкса с крышкой.

Влажность грунтов зависит от их минерального и гранулометрического состава, пористости, содержания органических веществ, глубины залегания подземных вод и др. Для глинистых грунтов она может колебаться от 3—5 до 100% и более, во многом определяя их прочность, сжимаемость и другие важнейшие свойства. На свойства других типов грунтов влажность оказывает меньшее влияние. Влажность песчаных грунтов (за исключением пылеватых) изменяется в небольших пределах и практически не влияет на прочностные и деформационные свойства этих грунтов.

Коэффициент водонасыщения (степень влажности) S_r, доли ед., — степень заполнения объема пор водой:

где W — природная влажность, доли ед.; е — коэффициент пористости, доли ед.; ρ_s— плотность частиц грунта, г/см³; ρw, — плотность воды, принимаемая равной 1,0 г/см³.

В зависимости от степени влажности песчаные и крупнообломочные грунты разделяют на водонасыщенные при S_r > 0,8, влажные — при 0,5 < S_r < 0,8 и маловлажные — при 0 < S_r < 0,5.