Прессиометрические исследования проводят в глинистых грунтах. Прессиометр представляет собой резиновую цилиндрическую камеру, опускаемую в скважину на заданную глубину и расширяемую давлением жидкости или газа. При создаваемых давлениях замеряют радиальные перемещения стенок скважины, что позволяет определять модуль деформации и прочностные характеристики грунта.
Тема 2.2 Состав и основные физические свойства грунтов
План изучения темы:
1. Понятие о гранулометрическом составе грунтов. Методы определения гранулометрического состава грунтов.
2. Крупнообломочные и песчаные грунты: плотность, угол естественного откоса, сопротивление сдвигу. Пылеватые и глинистые грунты.
3. Свойства глинистых грунтов: плотность, пластичность, липкость, набухание и усадка.
4. Основные понятия и расчетные формулы.
Краткое изложение теоретических вопросов:
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. Здесь мы остановимся на физических и механических свойствах, поскольку на их основании производятся расчеты фундаментов, подпорных стенок и других элементов сооружений, взаимодействующих с геологической средой. Кроме того, свойства являются исходными данными (не единственными, но очень важными) для изучения и прогнозирования развития экзогенных геологических процессов.
Физические свойства грунтов - особенности грунтов, определяющие их поведение в естественных условиях и при взаимодействии с продуктами инженерной и хозяйственной деятельности человека. Ниже приведены основные физические свойства грунтов.
1. Гранулометрический состав (для дисперсных грунтов) - количественное содержание в грунте первичных частиц по фракциям (размерам зерен), выраженное в процентах от общей массы грунта.
2. Плотность. При этом различают плотность грунта и плотность скелета грунта (т.е. частиц грунта).
3. Пористость и коэффициент пористости. Пористость характеризует объем пор в единице объема грунта, а коэффициент пористости - отношение объема пор к объему твердой компоненты.
4. Влажность. Различают естественную влажность - т.е. влажность образца на момент его отбора из горной выработки (причем она может быть весовой, т.е. отношение массы воды к массе скелета грунта, или объемной, т.е. отношение объема воды в грунте к объему всего грунта); степень влажности (коэффициент водонасыщения) - относительную долю заполнения пор водой в данном грунте; гигроскопическую влажность - отношение массы воды, удаляемой из образца воздушно-сухого грунта, высушенного при температуре 105 градусов до постоянной массы, к массе высушенного грунта.
5. Пределы пластичности (только для глинистых грунтов). Пластичность - это способность грунта деформироваться без разрыва сплошности под воздействием внешних сил и сохранять полученную форму после прекращения воздействия. Влажность, при которой грунт переходит из пластичного состояния в текучее называется верхним пределом пластичности. Влажность, при которой грунт переходит из пластичного состояния в твердое - влажность нижнего предела пластичности. Разность между значениями влажности для верхнего и нижнего пределов называется числом пластичности. Показатель консистенции - отношение разности весовой влажности и влажности нижнего предела к числу пластичности.
6. Набухаемость грунтов (только для глинистых) - способность грунтов увеличивать свой объем при замачивании. при этом развивается давление набухания.
7. Усадочность (для глинистых и органогенных грунтов) - способность грунтов уменьшать свой объем при обезвоживании.
8. Размокаемость - способность грунтов при замачивании в спокойной воде терять свою связность и превращаться в рыхлую массу.
9. Размягчаемость - способность скальных грунтов снижать свою прочность при взаимодействии с водой
Глинистый грунт - связный минеральный грунт, обладающий числом пластичности Ip >= 1.
Пластичность глинистых пород-- способность глинистых пород изменять свою форму (деформироваться) под действием внешних сил без разрыва сплошности и сохранять полученную при деформации новую форму после прекращения действия внешних сил.
Пластичные свойства глинистых пород зависят от влажности породы, степени дисперсности, минералогического состава, концентрации норового раствора, состава обменных катионов и пр.
Пластичность глинистых пород - характеризуется так называемыми пределами пластичности.
В инженерно-геологической практике пользуются показателями верхнего и нижнего пределов пластичности.
Верхним пределом пластичности (границей, пределом текучести) называется влажность, при которой грунт переходит из пластичного в текучее состояние.
Нижним пределом пластичности (границей, пределом раскатывания) называется влажность, при которой грунт переходит из пластичного в твердое состояние.
Разность между верхним и нижним пределами пластичности называют числом пластичности.
Тема 2.3 Водно-физические свойства грунтов
План изучения темы:
1. Виды воды в грунтах. Водопроницаемость, влагоемкость, водоподъёмная способность. Формы связей воды в грунтах.
2. Водный и тепловой режим земляного полотна и его регулирование. Пучины на дорогах и борьба с ними.
Краткое изложение теоретических вопросов:
Водно-физические свойства грунтов являются важнейшими характеристиками физического состояния определяющие прочность и деформируемость.
Природная влажность - отношение массы воды, содержащейся в в порах породы, к массе сухой породы, W, д.е.
W=(m-m1)/m1, (4)
где m - масса грунта вместе с содержащейся в ней водой, m1 - масса высушенного грунта, г.
Полная влагоемкость - максимальное содержание воды, содержащееся в породе, Wп, д.е.
Wп,=n/сd, (5)
где, n - пористость грунта, сd - плотность сухого грунта.
Коэффициент водонасыщения грунта (степень влажности) - степень заполнения объема пор водой, Sr, д.е.
Sr=W·сs/eсw, (6)
где, W - природная влажность грунта, д.е.; е - коэффициент пористости; сs - плотность частиц грунта, г/см 3; сw - плотность воды, 1 г/см 3.
Критерий физического состояния глинистых грунтов (Jp; JL).
Пластическими свойствами обладают дисперсные связные грунты - глины, суглинки и супеси.
Пластичность - способность пород изменять под действием внешних сил (давление) свою форму без разрыва сплошности и сохранять полученную форму, после того как действие внешней силы прекратилось - характеристика определяемая деформируемость.
Чтобы выразить пределы влажности, при которых грунты обладают пластичностью, вводят понятие верхнего и нижнего предела пластичности.
WL - граница текучести соответствует такой влажности, при незначительном увеличении которой, грунт переходит в текучее состояние (определяется опытным путём).
Wp - граница раскатывания соответствует такой влажности, при незначительном уменьшении которой, грунт переходит в твёрдое состояние (определяется опытным путём). Определение характерных влажностей WL и Wp для глинистых грунтов является кропотливым лабораторным процессом и требует определенных навыков и даже профессиональной подготовки.
Число пластичности Jp=WL-Wp.
Показатель текучести JL=(W-Wp)/(WL-Wp).
Таблица 6 Зависимость расчетного сопротивления R глинистых (связных) грунтов нагрузкам от величины JL, (табл. СНиП 2.02.01-83).
|
Твердое состояние |
Пластичное состояние |
Текучее состояние |
|
|
JL < 0 |
0 < JL < 1 |
JL ? 1 |
|
|
R ? 4 кг/см 2 = 0,4 МПа |
R ? 0,2 МПа |
R ? 0 (строить практически невозможно) |
Тема 2.4 Механические свойства грунтов. Механика грунтов
План изучения темы:
1. Устойчивость под нагрузкой. Зависимость между давлением и пористостью. Трение и сцепление сыпучих грунтов.
2. Закон Кулона. Оптимальная влажность и максимальная плотность грунтов. Понятия и расчетные формулы
Краткое изложение теоретических вопросов:
Учебное пособие Н.И. Барац "Механика грунтов", 2008
Грунтами называют любые горные породы, почвы и антропогенные (техногенные) геологические образования, залегающие в верхней части земной коры и являющиеся объектом инженернохозяйственной деятельности человека. Массивы грунтов используются как основания сооружений, как среда, вмещающая подземные сооружения, и как материал для постройки земляных сооружений. Состав, строение, состояние и свойства грунтов определяются генезисом, возрастом отложений и характером постгенетических процессов.
Раздел 3. Основы инженерной геологии и геодинамики
Тема 3.1 Инженерно-геологическая характеристика различных грунтов и почв
План изучения темы:
1. Скальные и полускальные грунты, крупнообломочные и песчаные грунты, их строительная характеристика. Применение грунтов в дорожном и аэродромном строительстве.
2. Типы рельефа. Геоморфологические элементы, форма и особенности рельефа. История развития рельефа, его связь с тектоническими структурами.
3. Степень выветрелости горных пород, выбор поверхностного водоотвода. Характерные особенности слабых грунтов. Особенности и физико-механические свойства слабых грунтов. Просадочность в слабых грунтах.
Краткое изложение теоретических вопросов:
Супеси содержат от 3 до 10 % глинистых частиц, вследствие чего по своим инженерно-геологическим свойствам они занимают как бы промежуточное положение между глинистыми и песчаными грунтами.
Содержание глинистых частиц у суглинков меньше, чем у Глин - около 10--30 %, в связи с этим количество коллоидов тоже не так велико. Мономинеральных разностей среди суглинков не встречается. Свойства, характерные для глинистых пород, выражены, естественно, в суглинках менее ярко.
К глинам обыкновенно относят породы, у которых содержание глинистых частиц превышает 30%. Встречаются глины, обладающие высокой дисперсностью, у них количество глинистых частиц ни может достигать 60 % и более. Как правило, в глинах содержится много коллоидов. Среди глин преобладают полиминеральные. Описанные выше особенности связных или глинистых фунтов выражены у глин особенно ярко.
По петрографическому составу глинистые фунты можно разделить на глины, суглинки и супеси.
К глинистым относят породы, у которых содержание глинистых частиц превышает 3 %. Эти грунты обладают хорошо выраженными пластическими свойствами и способностью к набуханию в воде. Во влажном состоянии они практически водонепроницаемы.
Глинистые частицы формируются, в основном, в процессе химического выветривания. Наличие этих частиц в породах в значительном количестве обусловливает проявление нового характера связей между всеми элементами (частицами). Это коллоидные связи, которые являются следствием действия сил молекулярного и электростатического притяжения как непосредственно между самими частицами, так и между частицами и молекулами воды, содержащейся в породе. При непосредственном взаимодействии между частицами устанавливаются достаточно прочные связи, обусловливающие вполне высокую прочность породы в целом. В том случае, когда минеральные частицы окружены оболочками воды, взаимодействие может осуществляться лишь через эти оболочки, и, естественно, что связи между частицами (они называются водноколлоидными) оказываются менее прочными. При таких связях частицы под влиянием внешних усилий мог перемещаться без нарушения сплошности всей массы породы, это означает, что порода обладает способностью к значительны) пластическим деформациям. Такие породы, которые могут при определенной степени влажности (увлажнения) переходить в пластичное состояние, с инженерно-строительной точки зрения должны быть выделены в отдельную общность грунтов, которое именуется связными или пластичными.
Инженерно-геологическая характеристика осадочных горных пород без жестких связей. Обломочные, глинистые, некоторые представители хемогенных и органогенных пород достаточно условно можно объединить в группу пород без жестких связей, что полностью характеризует "взаимоотношения" слагающих их элементов. Эта группа объединяет большой и разнообразный круг пород - от высокодисперсных глин до грубообломочных пород. Группа описываемых пород подразделяется на три крупные подгруппы: первая объединяет глинистые и пылеватые, или связные, вторая - обломочные несцементированные, или несвязные, третья - биогенные. В подгруппу связных входят глинистые и лессовые породы, для которых характерно значительное содержание глинистых и пылеватых частиц. Отдельно рассматриваются породы, имеющие жесткие связи, - это сцементированные породы типа песчаников или аргиллитов.