 |
Физические свойства грунтов.
|
|
|
|
Лекция 1.
Основные понятия курса. Цели и задачи курса. Состав, строение, состояние и физические свойства грунтов.
Основные понятия курса.
Механика грунтов изучает физические и механические свойства грунтов, методы расчета напряженного состояния и деформаций оснований, оценки к устойчивости грунтовых массивов, давление грунта на сооружения.
Грунтом называют любую горную породу, используемую при строительстве в качестве основания сооружения, среды, в которой сооружение возводится, или материала для сооружения.
Горной породой называют закономерно построенную совокупность минералов, которая характеризуется составом структурой и текстурой.
Под составом подразумевают перечень минералов, составляющих породу. Структура – это размер, форма и количественное соотношение слагающих породу частиц. Текстура – пространственное расположение элементов грунта, определяющее его строение.
Все грунты разделяются на естественные – магматические, осадочные, метаморфические - и искусственные – уплотненные, закрепленные в естественном состоянии, насыпные и намывные.
Задачи курса механики грунтов.
Основной задачей курса является обучить студента:
- основным законам и принципиальным положениям механики грунтов;
- свойствам грунтов и их характеристики - физические, деформационные, прочностные;
- методам расчета напряженного состояния грунтового массива;
- методам расчета прочности грунтов и осадок.
Состав и строение грунтов.
Грунт является трехкомпонентной средой, состоящей из твердой, жидкой и газообразной компоненты. Иногда в грунте выделяют биоту – живое вещество. Твердая, жидкая и газообразная компоненты находятся в постоянном взаимодействие, которое активизируется в результате строительства.
|
|
|
Твердые частицы грунтов состоят из породообразующих минералов с различными свойствами:
- минералы инертные по отношению к воде;
- минералы растворимые в воде;
- глинистые минералы.
Жидкая составляющая присутствует в грунте в 3-х состояниях:
- кристаллизационная;
- связанная;
- свободная.
Газообразная составляющая в самых верхних слоях грунта представлена атмосферным воздухом, ниже – азотом, метаном, сероводородом и другими газами.
Структура и текстура грунта, структурная прочность и связи в грунте.
Совокупность твердых частиц образует скелет грунта. Форма частиц может быть угловатой и округлой. Основной характеристикой структуры грунта является гранулометрический состав, который показывает количественное соотношение фракций частиц различного размера.
Текстура грунта зависит от условий его формирования и геологической истории и характеризует неоднородность грунтовой толщи в пласте. Различают следующие основные виды сложения природных глинистых грунтов: слоистые, слитные и сложные.
Основные виды структурных связей в грунтах:
1) кристаллизационные связи присуще скальным грунтам. Энергия кристаллических связей соизмерима с внутрикристаллической энергией химической связи отдельных атомов.
2) водно-коллоидные связи обуславливаются электромолекулярными силами взаимодействия между минеральными частицами, с одной стороны, и пленками воды и коллоидными оболочками – с другой. Величина этих сил зависит от толщины пленок и оболочек. Водно-коллоидные связи пластичны и обратимы; при увеличении влажности они быстро уменьшаются до значений близких к нулю.
Физические свойства грунтов.
Представим себе некоторый объем 
трехкомпонентного грунта массой 
, разделенный на отдельные компоненты, где 
, 
, 
, 
, 
, 
— соответственно объем и масса твердой, жидкой и газообразной компонент грунта (рис. 1.1). Тогда 
; 
, так как масса газообразной составляющей ничтожно мала и не оказывает влияния на результаты определений.
|
|
|
Плотность грунта (г/см3, т/м3) - отношение массы грунта к его объему:
. (1.1)
Удельный вес грунта (кН/м3): 
. (1.2)
Влажность грунта - отношение массы воды к массе твердых частиц, выражаемое в долях единицы, иногда в процентах:
. (1.3)
Плотность частиц грунта (г/см3, т/м3) определяется как отношение массы твердых частиц грунта к их объему:
. (1.4)
Плотность сухого грунта (плотностью скелета грунта) - отношение массы сухого грунта (частиц грунта) к объему всего грунта:
или 
. (1.5)
Пористость грунта - отношение объема пор ко всему объему грунта, что соответствует объему пор в единице объема грунта:
. (1.6)
Относительное содержание твердых частиц в единице объема грунта:
, тогда 
. (1.7)
Коэффициент пористости грунта - отношение объема пор к объему твердых частиц:
или 
. (1.8)
Степень влажности (степень водонасыщения) - отношение объема воды в порах грунта к объему пор и соответствует отношению влажности грунта к его полной влагоемкости:
или 
. (1.9)
По консистенции различают три состояния глинистого грунта: твердое, пластичное и текучее. Границами между этими состояниями являются характерные значения влажности, называемые границей раскатывания (нижний предел пластичности) 
и границей текучести (верхний предел пластичности) 
.
Число пластичности грунта - разница между границей текучести и границей раскатывания:
. (1.10)
Показатель текучести глинистого грунта:
. (1.11)
|
|
|
