Понятие о текстуре и структуре грунтов.

Под структурой подразумевается строение минерального скелета, характеризуемое формой, размерами и количественным соотношением отдельных частиц.

При формировании естественной структуры каждая отдельная частица находится под действием гравитационных сил и сил взаимодействия. Чем больше размер частицы, тем больше гравитационная сила, и поэтому частицы большего диаметра формируют зернистые структуры со сравнительно плотной упаковкой. Мелкие (глинистые) частицы образуют агрегатные структуры, которые в основном определяются силами сцепления между частицами.

Зернистая структура Плотность упаковки разная, зависит от величины и формы частиц.

Агрегатная структура. Характерна для глинистых грунтов.

Текстура – пространственное расположение элементов грунта, определяющее его строение.

Текстура грунта зависит от условий его формирования и геологической истории, в ходе которой грунт претерпел различные преобразования (перекрытие отложениями, смыв, нагружения ледниками и прочее), то есть уплотнение и разуплотнение.

10 Физические свойства грунтов и их характеристики.

Физические свойства грунта отражают его состав, состояние, соотношение составных частей. В основном – это плотность, влажность, пористость, консистенция и прочность. На рисунке 2.6.1 приведены обозначения объемов и масс компонентов грунта, которые используются ниже.

Модель грунта: m₁ – масса твердых частиц грунта; V₁ – объем твердых частиц грунта; m₂ – масса воды в порах (масса воздуха не учитывается); V₂ – объем пустот, заполненных водой и воздухом.

 

Удельным (ранее объемным) весом грунта γ называется отношение полного веса образца грунта к полному объему, который он занимает, включая объем пор. Размерность [кН/м³]. Удельный вес грунта γ естественной (ненарушенной) структуры определяется как отношение масс образцов (m₁+m₂) грунта к его объему (V₁+V₂);

Удельным весом частиц грунта γ_s называется отношение веса частиц грунта к объему, который они занимают. Размерность [кН/м³ ].

Удельным весом сухого грунта γ_d называется отношение веса высушенного грунта m₁ к полному объему (V₁+V₂), который он занимает, включая объем пор:

 

Свойства грунтов следует характеризовать количественными показателями. Определяют характеристики на образцах грунта, отобранных в полевых условиях с сохранением природной структуры и влажности.

Удельный вес γ является важной характеристикой грунта и используется:

1 при расчетах несущей способности основания;

2 природного давления грунта;

3 давления грунта на подпорные стенки;

4 устойчивости оползневых склонов и откосов.

Удельный вес грунта γ зависит от его минералогического состава, пористости и влажности и обычно колеблется в пределах 1,60...2,1 г/см³ (16...21 [кН/м³]).

Природная влажность грунта ω – отношение веса влаги, содержащейся в порах грунта, к весу твердого вещества (скелета грунта), выраженное в %, определение весовой влажности.

 

Определяют весовую влажность взвешиванием образца грунта природной влажности и того же образца – после удаления влаги высушиванием при температуре +105 °С. По разности весов узнают вес воды, а высушенный грунт дает возможность определить вес скелета. Значения природной весовой влажности ω различных грунтов колеблются в очень широких пределах от единицы до сотен процентов (для глин).

Высокие значения влажности свойственны малоуплотненным водонасыщенным глинистым грунтам, низкие – маловлажным крупнообломочным песчаным и лессовым грунтам.

Численное значение плотности сухого грунта может быть найдено из выражения, определение объемной влажности

определяем удельный вес сухого грунта

Значение плотности сухого грунта γ_d колеблется в пределах 1,1... 1,6 г/см³ и зависит от плотности структуры.

Пористостью П грунта называется отношение объема пор к полному объему грунта, выраженному в %:

В практике чаще пользуются показателем, называемым коэффициентом пористости, обозначаемым е и равным отношению объема пор V₂ к объему сухого грунта V₁ (скелета):

Теоретически пористость П изменяется в пределах от нуля (поры отсутствуют, частицы грунта заполняют весь объём образца - гранит) до единицы (скелет отсутствует - торф). Соответственно коэффициент пористости е изменяется от нуля до бесконечности. Пористость не может быть больше единицы, в то время как коэффициент пористости может быть больше единицы (например: у лессов, торфа). Коэффициент пористости равен единице, если объем пор равен объему, занятому твердыми частицами.

Для песчаных грунтов с точки зрения их работы под фундаментом самыми важными характеристиками являются крупность частиц и коэффициент пористости (плотность).

Для глинистых грунтов коэффициент пористости не совсем удовлетворительно отражает их строительные свойства, так как в них очень существенно влияние воды. Сухая глина – почти твердый скальный грунт, водонасыщенная – текучий грунт.

Пределы Аттерберга

Для определения пластических свойств глинистых грунтов точных количественных методов нет. В большинстве стран и в России используют, так называемые, пределы Аттерберга.

Если предел А большой – грунт пластичный (то есть частицы грунта мелкие). Если частицы крупные, предел А меньше.

Для характеристики состояния влажного глинистого грунта приняты:

ω_Р – влажность на границе раскатывания – это влажность, при которой шнур из глинистого грунта диаметром 3 мм начинается крошиться. Грубо это влажность соответствует максимальной молекулярной влагоемкости.

При ω_Р грунт теряет пластичность и начинает приобретать сходство с твердым телом.

ω_L – влажность на границе текучести – влажность, при которой грунт переходит в текучее состояние; она определяется погружением стандартного конуса (вес конуса 76 г, угла 30º при вершине на глубину 10 мм за 6 секунд).

Иногда величины ω_Р, ω_L называют соответственно нижним и верхним пределами пластичности.

Для определения ω_Р, ω_L из исследуемого грунта приготовляется глинистая паста, влажность которой доводится (путем добавления в нее воды или высушивания) до значения, соответствующих ω_Р и ω_L.

Рисунок 2.6.2 – Балансирный конус для определения влажности на границе текучести:
1 – грунт; 2 – конус 30º; 3 – коромысло с двумя балансирными шарами; 4 – ручка; 5 – круговая метка; 6 – подставка.

I_P – число пластичности (или индекс пластичности) – разность между ω_L и ω_Р

Используется как классификационный показатель, характеризующий вид глинистого грунта:

I_P = 1…7 – супесь;

I_P = 7…17 – суглинок;

I_P > 17 – глина.

I_L – показатель консистенции (индекс текучести)

где ω – природная влажность.

Индекс текучести в общих чертах уже характеризует строительные свойства глинистых грунтов, например: твердая и полутвердая глина – надежное грунтовое основание, текуче – пластичный и текучий грунт нельзя использовать в качестве оснований, а мягко – пластичный грунт требует особого внимания при расчете фундаментов.

Для супесей установлена более простая классификация:

I_L < 0 – твердые;

I_L = 0…1 – пластичные;

I_L > 1 – текучие.