Физические свойства и характеристики грунтов

1.

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И ХАРАКТЕРИСТИКИ ГРУНТОВ
1) Основные – определяемые
полевыми или лабораторными
исследованиями;
2) Расчетные (производные)
– характеристики,
определяемые расчетом.
1

2.

Основные характеристики:
Гранулометрический состав
Плотность грунта
Плотность твердых частиц
Естественная влажность
Производные характеристики:
Плотность сухого грунта
Удельный вес грунта
Удельный вес твердых частиц
Удельный вес сухого грунта
Пористость
Коэффициент пористости
Удельный вес взвешенного в воде грунта
Число пластичности
Показатель консистенции (текучести)
Степень влажности
2

3. Гранулометрический состав, т. е. процентное содержание по весу частиц различной крупности: гальки (40 мм), гравия (2—40 мм),

песка (0,25—2
мм), песчаной пыли (0,05— 0,25 мм), пылеватых частиц (0,005—0,05
мм) и глинистых частиц (менее 0,005 мм).
2 мм
1 мм
0,5 мм
0,25 мм
0,1 мм
0,05
< 0,05 мм

4.

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И ХАРАКТЕРИСТИКИ ГРУНТОВ
Изобразим схему 1 см3 грунта (3х фазная система).
m2 (V2)
0
m1 (V1)
m1 – масса твердых частиц грунта;
V1 – объем твердых частиц грунта;
m2 – масса воды в порах (массу воздуха не
учитываем);
V2 – объем пор (заполненных водой и воздухом).
4

5. 1. Плотность грунта (природная плотность естественной ненарушенной структуры) – это отношение массы образца в природном

состоянии к занимаемому им объему.
Определяют
в лабораторных
условиях методом
режущего кольца.
5

6. 2. Плотность минеральной части грунта (плотность твердых частиц) – отношение массы твердых частиц грунта к его объему.

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И ХАРАКТЕРИСТИКИ ГРУНТОВ
2. Плотность минеральной части грунта (плотность
твердых частиц) – отношение массы твердых частиц
грунта к его объему.
Определяют в лабораторных условиях методом
гидростатического взвешивания в мерной колбе –
пикнометре.
6

7. 3. Естественная (природная, весовая) влажность – отношение массы воды, которая содержится в грунте, к массе этого объема, д. е.

или %.
Определяют
в
лабораторных
условиях
методом
сушки пробы грунта
(весовым способом).
Бюкса
Анализатор влажности
7

8.

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И ХАРАКТЕРИСТИКИ ГРУНТОВ
Плотность грунта определяют взвешиванием по образцу,
отобранному в режущее кольцо, методом лунки, иногда
парафинированием.
8

9.

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И ХАРАКТЕРИСТИКИ ГРУНТОВ
Плотность твердых частиц определяют пикнометрическим методом, при этом методе
вес (масса) твердых частиц в некотором объеме грунта, вычисляется как разность весов
пикнометра (стеклянной колбы с уширением) вместе с помещенным его V сухого грунта
и пустого пикнометра.
Влажность грунта устанавливают взвешиванием образца естественной влажности до и
после высушивания (до постоянной массы).
Все три основные характеристики определяются только экспериментальным путем и
служат для расчета других характеристик.
9

10. откуда:

Производные (расчетные)
физические характеристики грунтов
4. Плотность в сухом состоянии (плотность сухого грунта) ρd –
отношение массы твердых частиц грунта после
высушивания к объему образца ненарушенной
структуры до высушивания.
Влажность грунта можно выразить через ρ и ρd :
d
W
d
откуда: d
1 W
10

11. 5. Удельный вес грунта – отношение веса грунта к занимаемому объему

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И ХАРАКТЕРИСТИКИ ГРУНТОВ
5. Удельный вес грунта – отношение веса грунта
к занимаемому объему
11

12.

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И ХАРАКТЕРИСТИКИ ГРУНТОВ
Объемный вес зависит от
минералогического состава, пористости
и влажности грунта. Чем больше
влажность грунта, тем больше его
объемный вес. Максимального значения
при данной пористости объемный вес
грунта достигает при полном заполнении
пор водой.
Прибор для определения объемного веса грунта
12

13. 6. Удельный вес твердых частиц – отношение веса твердых частиц к занимаемому объему

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И ХАРАКТЕРИСТИКИ ГРУНТОВ
6. Удельный вес твердых частиц – отношение
веса твердых частиц к занимаемому объему
13

14. 7. Удельный вес сухого грунта – отношение веса сухого грунта к занимаемому объему

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И ХАРАКТЕРИСТИКИ ГРУНТОВ
7. Удельный вес сухого грунта – отношение
веса сухого грунта к занимаемому объему
14

15.

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И ХАРАКТЕРИСТИКИ ГРУНТОВ
5. Удельный вес грунта
(кН/м3)
g
6. Удельный вес грунта
в сухом состоянии
d d g
7. Удельный вес
твердых частиц
s s g
15

16. 8. Пористость грунта (n) – отношение объема пор в образце к объему самого образца. Отношение объема твердых частиц грунта к

объему
образца (m).
n m 1
n 1 m
V1
V2
m
n
V1 V2
V1 V2
16

17. Так как объем рассматриваемого образца равен 1см3, то величины n и m будут соответственно объемами пор и твердых частиц в

единице объема грунта.
Величины n и m можно получить из выражений:
d
m
s
d
n 1
s
Оборудование для определения пористости и распределения 17
пор

18. Коэффициент пористости (е) – отношение объема пор к объему твердых частиц.

n
По определению е
m
d
1
s s d
1 m
e
d
m
d
s
18

19. 10. Удельный вес взвешенного в воде грунта – вес объема грунта, который расположен ниже уровня грунтовых вод

19

20.

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И ХАРАКТЕРИСТИКИ ГРУНТОВ
Удельный вес с учетом взвешивающего действия воды:
s w
sb
s w 1 n
1 e
20

21.

В зависимости от влажности для глинистых
грунтов К.Терцаги ввел три консистенции:
твердую, пластичную и текучую. Для
определения консистенции находят характерные
влажности, соответствующие границе текучести
WL и границе раскатывания (пластичности) Wр .
Разность между этими влажностями называется
числом пластичности Iр:
I p WL W p
21

22.

WL – влажность грунта, при которой
стандартный конус погружается в образец на
глубину 10 мм (верхний предел пластичности);
Конус
Васильева
за 5 с на
глубину 10мм
22

23.

Wр – влажность грунта, при которой он теряет
способность раскатываться в шнур диаметром
2…3 мм (нижний предел пластичности).
Жгут диаметром 3мм
на кусочки 3…10 мм
23

24. Число пластичности – разность между влажностями на границе текучести и границе раскатывания, то есть это долевое или процентное

содержание воды, которое придется добавить в грунт,
чтобы он из пластичного состояния перешел в текучее. Эта
характеристика отражает способность грунтов удерживать воду.
По числу пластичности устанавливается наименование грунта
0,01≤ Jp ≤ 0,07 – это супесь;
0,07≤ Jp ≤ 0,17– суглинки,
Jp > 0,17- глины.
24

25. По показателю консистенции ILразличают следующие состояния для глин и суглинков:

твердое
полутвердое
тугопластичное
мягкопластичное
Текучепластичное
текучее
IL<0 (W<WР) ;
0≤ IL≤0,25;
0,25< IL≤0,50 ;
0,50< IL ≤0,75 ;
0,75< IL ≤1 ;
IL>1 (W>WL).
IL характеризуется степенью
взаимной подвижности твердых
частиц в грунте естественного
сложения. Чем больше подвижность,
тем больше величина IL.
25

26.

Для супесей (вследствие малой точности
определения значений WL и WР) различают
только три состояния:
твердое
IL<0
пластичное 0≤ IL ≤1
текучее
IL>1.
26

27. Коэффициент водонасыщения (Sr) – степень влажности, показатель степени наполнения пор грунта водой

27

28. Коэффициент водонасыщения (Sr ) Коэффициент водонасыщения (Sr) – отношение естественной влажности грунта W к влажности,

соответствующей полному заполнению пор водой (без
пузырьков воздуха), т. е. к полной влагоемкости Wsat .
W
Sr
W sat
(*)
28

29.

n
w
Согласно определению: W
sat
m s
или
Wsat
e w
s
где ρw – плотность воды (ρw =1 г/см3).
Подставив значение Wsat в выражение (*), найдем:
W s W s
Sr
e w
e w
29

30.

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И ХАРАКТЕРИСТИКИ ГРУНТОВ
По коэффициенту водонасыщения различают
грунты:
- малой степени водонасыщения 0< Sr ≤0,5;
- средней степени водонасыщения 0,5< Sr ≤0,8;
- насыщенные водой 0,8< Sr ≤1.
30

31.

Id – показатель плотности сложения.
Плотность песков может быть установлена путем
сравнения коэффициента пористости природного
сложения с коэффициентом пористости в рыхлом и
плотном состоянии.
emax e
Id
emax emin
е - коэффициент пористости природного сложения;
emax- коэффициент пористости в рыхлом состоянии;
emin- коэффициент пористости в плотном состоянии.
31

32.

Классификация песков плотности сложения :
рыхлые
средней плотности
плотные
0≤ Id ≤0,33
0,33< Id≤ 0,67
0,67< Id ≤1
32

33. РАСЧЕТНЫЕ ФОРМУЛЫ ОСНОВНЫХ ФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ГРУНТОВ

33

34.

ВЫВОДЫ
Физические свойства и характеристики (их численные
параметры) определяют не только физическое
состояние грунтов, но и их состояние при
проявлениях природных воздействий
(замачивании, температурных колебаниях,
низких отрицательных температурах), но и
впрямую связаны с механическими
(прочностными и деформационными)
характеристиками.
34

35. Характеристики физических свойств грунтов

Плотность грунта
ρ = mгр /Vгр
Плотность твердой
(минеральной ) части
Плотность скелета
грунта
Удельный вес грунта
ρs = ms /Vs
ρd = ms/Vгр = ρ/ (1 + 0,01W)
γ = ρg
Удельный вес твердой
(минеральной ) части
γs = ρsg
Удельный вес скелета
грунта
γd = ρdg
Удельный вес грунта с учётом взвешивающего воздействия воды
γsb= (γs - γw)/(1+e)
Влажность весовая
W = (ρ - ρd )/ρd
Влажность объемная
W0 = Wρd
Полная влагоемкость (влагоемких грунтов) или полная водоемкость (невлагоемких)
Коэффициент водонасыщения
Пористость
Коэффициент пористости
Коэффициент пористости грунта, насыщенного водой
Wn = n/ ρs(1-n)
Sr = W/Wn = Wρs/ еρw
n = 1-m = 1 - ρd/ρ
e = n/ (1-n ) = (ρ - ρd)/ρd
e = Wρ
Объем пор в 1 см грунта
n = e/(1+e) = 1-m
Объем минеральной части в 1 см3 грунта
m = 1/(1+e) = 1-n
Предел пластичности глинистого грунта
Wp
Предел текучести глинистого грунта
WL
Число пластичности
Показатель консистенции
Iр = WL - Wр
IL = (W-Wp)/Iр
Коэффициент относительной плотности песка
Id = (emax – e0)/(emax - emin)
Коэффициент уплотненности песчаного грунта
U = (emax - emin)/emin
23

36. Спасибо за внимание!

36