Назовите основные виды структурных связей в грунтах. Что такое структура и текстура грунта?

Из каких основных компонентов состоят грунты? Как влияют размеры, форма и минералогический состав твердых частиц на свойства грунтов?

Грунтами называют любые горные породы коры выветривания земли − сыпучие или связные, прочность связей у которых между частицами во много раз меньше, чем прочность самих минеральных частиц, или эти связи между частицами отсутствуют вовсе. Есть и другое определение грунтов: это горные породы, являющиеся объектом Инженерно-строительной деятельности человека. Скальные породы и почвы также именуются грунтами.

Грунты состоят из:

− твердых частиц;

− воды в различных видах и состояниях (в том числе в виде льда при

нулевой или отрицательной температуре грунта);

− газов (в том числе и воздуха).

Вода и газы находятся в порах между твердыми частицами (минеральными и органическими). Вода может содержать растворенные в ней газы, а газы могут содержать пары воды.

Под структурой грунта понимается размер, форма и количественное(процентное) соотношение слагающих грунт частиц. Структура природных грунтов является важнейшим фактором, определяющим свойства грунтов, как оснований и среды для возведения сооружений, так как она, в основном, определяет сопротивляемость и деформируемость грунтов под действием внешних сил.

Минералогический состав твёрдых частиц зависит, главным образом, от состава материнской породы грунтов. Так, одни минералы (кварц, полевой шпат) менее активно взаимодействуют с водой, окружающей минеральные частицы, другие (монтмориллонит) значительно сильнее, причём и характер взаимодействия их будет иным. На их свойства существенно влияют поверхностные явления, интенсивность которых для различных минералов неодинакова

Какие существуют в природе виды воды и газообразных включений в грунте? Какое влияние они оказывают на свойства грунтов?

Свободная вода – это гравитационная вода, перемещающаяся за счет свободного веса и возникающего перепада давлений, а также капиллярная вода.

Связанная вода подразделяется на прочносвязанную водуи рыхлосвязанную воду, тонким слоем примыкающую к прочносвязанной воде. Рыхлосвязанная вода по своим свойствам существенно отличается от прочносвязанной, например, имеет плотность, близкую к плотности свободной воды.. Рыхлосвязанная вода почти в тысячу раз слабее притягивается к частице, чем прочносвязанная. Прочносвязанную воду можно отделить от частиц только выпариванием. Рыхлосвязанную воду можно отделить с помощью выдавливания, создавая давление до нескольких мегапаскалей,

Парообразная вода. Наряду с другими компонентами в состав грунтовой атмосферы входит водяной пар.. Однако водяной пар играет большую роль в процессах, протекающих в грунтах, в силу того, что может свободно передвигаться в грунте при незначительной его влажности а также потому, что при конденсации пара на поверхности грунтовых частиц образуются другие виды воды.

Глинистые породы предрасположены к воде и всегда содержат связанную воду.
Большое влияние связанная вода оказывает на процессы тепломассопереноса в породах. она не подчиняется обычным законам фильтрации, осуществляемой под действием гидродинамического напора. Поэтому глины и являются обычно водоупором, не пропускающим грунтовые воды или фильтрующим сквозь себя воду очень медленно.

 

Газы могут находиться:

-в свободном состоянии, сообщаясь с атмосферой;

-в замкнутом пространстве в виде пузырьков;

-в растворенном в жидкости(воде) состоянии.

В грунтах следует рассматривать два основных вида газов: свободные и растворённые в грунтовой воде.

Свободные газы в свою очередь разделяются на: сообщающиеся с атмосферой и не сообщающиеся (так называемые замкнутые или защемлённые газы).

Газы, сообщающиеся с атмосферой, принимают температуру и давление ближайших к данной точке частей атмосферы. При повышении температуры или при понижении давления атмосферы, а также под действием нагрузки на грунт, такие газы легко удаляются из грунта. Этот вид газообразной фазы встречается в большинстве случаев в песчаных грунтах

Газы замкнутые наблюдаются в связных грунтах, главным образом в глинах..

Газы, растворённые в воде, в зависимости от химического состава по-разному могут оказывать влияние на минеральную часть грунтов. При повышении температуры грунта и при уменьшении внешнего давления газы, растворённые в поровой воде, будут выделяться и с тем большей интенсивностью, чем выше температура грунта или большее уменьшение давления. При выделении газов происходит взрыхление (разбухание) грунтов, что существенно может сказаться, например, на удельном весе и степени насыщения водой образцов грунта, взятых из буровых скважин.

Назовите основные виды структурных связей в грунтах. Что такое структура и текстура грунта?

По своей природе структурные связи разделяются на:

1. водно-коллоидные– вязкопластичные, мягкие, обратимые;

2. кристаллизационные – хрупкие (жёсткие), необратимые – водостойкие и неводостойкие.

Водно-коллоидные связи обуславливаются электромолекулярными силами взаимодействия между минеральными частицами они пластичны и обратимы; при увеличении влажности быстро уменьшаются до величин, близких к нулю.

Кристаллизационные связи Прочность этих связей зависит от состава минералов. Так, менее прочны и водостойки связи, образуемые гипсом и кальцитом, в то время как опал, окислы железа и кремния дают более прочные и водостойкие кристаллизационные связи.

Под структурой грунта понимается размер, форма и количественное (процентное) соотношение слагающих грунт частиц. Различают три основных типа структуры грунтов осадочного происхождения: зернистую(песок, гравий и др.)., сотообразную (глинистым грунтам.) и хлопьевидную (органогенные грунты- илы

Под текстурой грунта понимается пространственное расположение элементов грунта с разными составом и свойствами. Текстура характеризует неоднородность строения грунта в пласте залегания. Различают слоистую, сыпучую и слитную текстуры. Слоистая текстура характерна для грунтов водного происхождения (речные, озерно-ледниковые, морские отложения). Сыпучая текстура характерна для песков, гравелистых грунтов и пр. Слитная присуща древним морским отложениям.

4. Как определяются в лаборатории основные и дополнительные характеристики физических свойств глинистых грунтов?
основные характеристики

(метод взвешивания в мерной колбе пикрометре

Плотность грунта

Плотность грунта ρ определяют экспериментально. Плотностью называют отношение массы грунта с содержащейся в нем влагой к занимаемому грунтом объему.

Плотность частиц грунта

Плотность частиц грунта – это отношение массы сухого грунта к объему, который он занимал в нормальном сложении и состоянии. Обычно обозначается как ρ_s. Плотность частиц составляет:

• для пылевато-глинистых грунтов – порядка 2,7 тонн на кубометр;
• для песков в среднем – порядка 2,65 тонн на кубометр.

Метод суки пробы грунта

Влажность грунта

Влажность ω определяется как отношение массы воды, содержащейся в грунте, к массе абсолютно сухого грунта. Измеряется в долях или процентах. Определить влажность можно только экспериментально: для этого надо взвесить грунт до и после полного высушивания.

Влажность грунта характеризует насыщенность грунта водой и определяется отношением массы содержащейся в нём воды m2 к массе твёрдых минеральных частиц грунта m1

ω = m₂/m₁, %.

Дополнительные характеристики

Плотность сухого грунта

Обозначается как ρ_d. Рассчитывается по формуле:

ρ_d = ρ/(1 +ω), где:

• ρ – плотность грунта;
• ω – влажность грунта.

Коэффициент пористости

Коэффициент пористости грунтов используется для:

• оценки плотности сложения песчаных грунтов;
• определения некоторых характеристик пылевато-глинистых грунтов;
• определения расчетного сопротивления грунтов.

Чем ниже коэффициент, тем меньше пор в грунте. Это означает, что он меньше подвержен сжатию и, как следствие, осадке под весом фундамента и наземной части здания.

Коэффициент рассчитывается по формуле:

e = (ρ_s/ρ)(1+ ω)-1, где:

• ρ_s – плотность частиц грунта;
• ρ – плотность грунта;
• ω – влажность грунта.

Эту формулу можно использовать, подставляя вместо плотности удельный вес – суть не меняется.

 

Степень влажности

Показатель степени влажности используется для классификации крупнообломочных, песчаных и некоторых глинистых грунтов. Он определяется как отношение природной влажности грунта к влажности грунта при его полном водонасыщении, то есть:

S_r> = ω* ρ_s/(e *ρ_w), где:

• ω – природная влажность грунта;
• ρs - плотность частиц грунта;
• e – коэффициент пористости грунта;
• ρw – плотность воды.

Число пластичности

Число пластичности используется для классификации пылевато-глинистых грунтов. Это интервал влажности, при котором глинистые грунты находятся в пластичном состоянии. Обозначается как lp, рассчитывается по формуле:

_{lp = ωl – ωp, где:}

• ω_l – влажность на границе текучести;
• ω_p – влажность на границе пластичности.

Критерием физического состояния глинистых грунтов является J_L

Показатель текучести

Показатель текучести пылевато-глинистых грунтов используется для оценки их консистенции. Рассчитывается по формуле:

l_L> = (ω - ω_p)/ l_p, где:

• ω – природная влажность глинистого грунта;
• ω_p – влажность на границе текучести;
• l_p – число пластичности.

 

 

6. По каким признакам классифицируются песчаные грунты по ГОСТ 25100-2011?

 

Разновидности по гранулометрическому составу:

Разновидность песков	Размер частиц, d, мм	Содержание частиц % по массе
гравелистый	>2	>25
Крупный	>0,5	>50
Средней крупности	>0,25	>50
Мелкий	>0,1	≥75
пылеватый	>0,1	<75

 

По коэффициенту водонасыщения Sᵣ

Разновидность грунтов	Коэффициент водонасыщения
Малой степени водонасыщения (маловлажные)	0< Sᵣ≤0,5
Средней степени водонасыщения (влажные)	0,5< Sᵣ≤0,8
Насыщенные водой	0,8< Sᵣ≤1

 

По коэффициенту пористости е

Разновидность песков	Пески гравелистые. Крупные и средней плотности	мелкие	пылеватые
Плотный	е ≤0,55	е ≤0,6	е ≤0,6
Средней плотности	0,55< е ≤0,7	0,6< е ≤0,75	0,6< е ≤0,8
рыхлый	е >0,7	е >0,75	е >0,8

 

7. По каким признакам классифицируются глинистые грунты по ГОСТ 25100-2011?

Разновидности глинистых грунтов по числу пластичности I_p

Разновидность глинистых грунтов	Число пластичности Ip, %
Супесь	1≤ Ip <7
Суглинок	7≤ Ip <17
глина	Ip ≥17

 

Разновидности глинистых грунтов по показателю текучести I_L

 

Супесь:

Твердая	IL <0
Пластичная	0≤ IL ≤1,00
текучая	IL >1,00

 

Суглинки и глины:

Твердые	IL <0
Полутвердые	0≤ IL ≤0,25
Тугопластичные	0,25 < IL ≤0,5
Мягкопластичные	0,5 < IL ≤0,75
Текучепластичные	0,75 < IL ≤1
текучие	IL >1

 

8. Как производятся компрессионные испытания и обрабатываются их результаты? Как определяется модуль общей деформации грунта по компрессионной кривой?

Компрессионное сжатие грунта является наиболее распространенным видом лабораторных исследований. С его помощью можно определить деформационные характеристики грунта (вертикальное изменение состояния). Процесс заключается в достаточно сложном уплотнении (сжатии) образца (небольшой его части) с полным вытеснением воздуха из порового пространства без его разрушения. Нагрузка на грунт прилагается пошагово, как правило с нагрузками 0,5 – 1,0 – 1,5– 2,0 – 3,0 – 4,0 – 5,0. Это испытания грунта в условиях одноосного сжатия без возможности бокового расширения. Компрессионные испытания грунтов производят в одометрах – приборах с жесткими металлическими стенками, препятствующими боковому расширению грунта при сжатии его вертикальной нагрузкой. При испытаниях происходит уплотнение грунта за счет уменьшения объема пор и влажности. В ходе испытания заносим данные в таблицу:

 

Далее вычисляем параметры компрессионной кривой:

 

 

Для оценки сжимаемости грунта строят график зависимости коэффициента пористости от вертикального давления, получают так называемую компрессионную кривую

 

По компрессионной кривой можно определить модуль деформации:

а=(е₁-е₂)/(σ₂- σ₁)-коэффициент сжимаемости

а_v=а/(1+е₀)-коэффициент относительной сжимаемости

Е=mβ/ а_v-модуль общей деформации, где β-множитель перехода от условий сжатия в компрессионном приборе к натурным условиям

m-поправочный коэффициент

 

Е≤5 Мпа-очень сильно деформируемый

5<Е≤10 Мпа-сильно деформируемый

10<Е≤50 Мпа-среднедеформируемый

Е>50 Мпа-слабодеформируемый

 

 

9. Как производятся испытания грунта на сжатие в стабилометре? Как определяются деформационные характеристики по результатам испытаний?

В стабилометре образец 1 в водонепроницаемой оболочке 2 помещают в гидравлическую камеру прибора 3 заполненную дисциллированной водой. Нагрузка на образец передается через жесткий поршень 4 отжимая из образа вода удаляется через трубки 5 соединенные с поршнем и базой 6. При сжатии образца его боковое расширение невозможно, роль жесткой стенки в приборе играет гидравлическая камера, наполненная водой.

Боковой давление, передаваемое при сжатии образца на воду, равно горизонтальному напряжению в образце и может быть зафиксировано манометром. Вертикальные перемещения образца фиксируются индикаторами. Схема испытаний создает условия компрессионного сжатия грунта, при этом вертикальные напряжения s₁ и горизонтальные напряжения s₂=s₃ в образце соответствуют напряжениям по главным площадкам, так как трение о боковой поверхности образца практически отсутствует.

При испытании на образец грунта прикладывают вертикальную нагрузку, увеличивающуюся ступенями на каждой ступени грунт выдерживают до условной стабилизации деформации, фиксируют вертикальные напряжения s₁, горизонтальные s₂₌s₃ напряжения и вертикальное перемещение образца S, вычисляют относительную вертикальную деформацию Ꜫ=S/h. По данным испытания строят графики зависимости s₁ и Ꜫ, а также s₁ и s_2. Выбрав на поле графика нужный диапазон изменения вертикальный напряжений s₁¹ s₁², определяют по графику соответствующие значения s₂¹=s₃¹,s₂²=s₃² и Ꜫ₁¹ и Ꜫ₁², по которым вычисляют значения модуля деформации Е=b(s₁²-s₁¹)/(Ꜫ₁²- Ꜫ₁¹), коэффициента бокового давления x=(s₃²-s₃¹)/(s₁²-s₁¹) и коэффициента боковой деформации (Пуассона) u=x/(1-x)

10. Как определяется модуль общей деформации грунта при испытании его статической нагрузкой на строительной площадке

С помощью испытаний штамповых испытаний, суть испытаний заключаются в том, что штамп − круглая плита − устанавливается на дно котлована на предварительно зачищенную и разровненную поверхность грунта, после чего загружается ступенями нагрузки. Последующая ступень нагрузки прикладывается после затухания осадки от предыдущей ступени. По линейному участку зависимости осадки s, см, от нагрузки p, МПа, устанавливается модуль деформации E. Испытания штампом в полевых условиях выполняются с использованием метода ГОСТ 20276585 для определения зависимости между осадкой штампа s и давлением на грунт под штампом p

Cогласно ГОСТ 20276585 испытания проводят в шурфах жестким круглым штампом площадью 2500 и 5000 см², а ниже уровня грунтовых вод и на больших глубинах – в скважинах штампом площадью 600 см². Для создания пригрузки от грунта применяют плоский штамп площадью 1000 см² с кольцевой пригрузкой по площади, дополняющей площадь штампа до 5000 см² Для определения модуля деформации используют график зависимости осадки от давления на котором выделяют линейный участок, проводят через него осредняющую прямую и вычисляют модуль деформации, используя решение теории упругости, по формуле

E=(1−ν²)ωd Δp/ Δs

где ν – коэффициент Пуассона, равный: 0,27 для крупнообломочных

грунтов, 0,39 – для песков и супесей, 0,35 – для суглинков и

0,42 для глин;

ω – безразмерный коэффициент, равный 0,79 для круглого

штампа;

d – диаметр штампа;

Δp – приращение давления на штамп;

Δs – приращение осадки штампа, соответствующее Δp

11. Дайте определение деформационных характеристик грунта

Модуль деформации - модуль деформации, или модуль Юнга, является коэффициентом пропорциональности зависимости «деформация–напряжение», предложенной Гуком в виде ε_z=(1 / E)* σ_z; здесь каждому равному приращению одноосного напряжения σz соответствует пропорциональное возрастание осевой деформации ε_z (определяют на стаблометре)

Коэффициент бокового давления - коэффициентом бокового давления грунта ξ называется отношение приращения бокового давления Δσx (или Δσy) к приращению вертикального давления Δσz при обязательном отсутствии боковых деформаций (εx =εy =0), то есть; ξ = Δσх/ Δσz; εx =εy =0. Коэффициент бокового давления зависит от вида грунта, его плотности и влажности. (определяют на компрессионном приборе)

Коэффициент относительной поперечной деформации- поперечная деформация при упругом растяжении и сжатии характеризуется коэффициентом Пуассона u, равным отношению поперечной деформации к продольной u= ε_поп/ ε_пр(определяют на компрессионном приборе)

12. Что такое коэффициент фильтрации грунтов, от каких факторов зависит эта характеристика? Что такое начальный градиент в глинистых грунтах и чем он обусловлен?

Коэффициент фильтрации грунтов Кф -скорость фильтрации воды в грунте при градиенте напора i, равном единице. Коэффициент фильтрации зависит от вида грунта, размера его пор (то есть от линейного размера пор, но не пористости), от температуры жидкости (меняется ее вязкость)

Начальный градиент i - величина градиента фильтрации в глинистых грунтах, при которой начинается практически ощутимая фильтрация. Зависит от скорости напора V_ф

которая рассчитывается по формуле дарси V_ф = [СВ1] Kф * i

Закон Дарси с учетом начального градиента фильтрации выражается следующим образом: V_ф= K_ф (i-i_о) при i ≥ i_о

V_ф= О при i ≤i_о

 

 

123Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: