Физические свойства несвязных грунтов

Министерство  образования и науки Российской Федерации

«СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»                                  Филиал в г. Пятигорске 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Реферат

По предмету механика грунтов

На тему физические свойства несвязных грунтов 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                                      Выполнила

                                                                                  Студентка III курса

                                                        Группы ЭНС-091

Позова  Тамара 
 

                                                             Пятигорск 2011

Содержание:

1.   Физические  свойства несвязных грунтов: 

          - плотность грунта

          - плотность частиц грунта

          - влажность

- пористость

          - коэффициент пористости

- степень влажности 

2. Физические  свойства глинистых грунтов:

           - показатель текучести

            - число пластичности

       - реологические свойства глинистых грунтов

3.   Список  литературы

1.   Физические свойства  несвязных грунтов

Грунт - любая горная порода или почва, представляющие собой многокомпонентную систему, изменяющуюся во времени, и используемые как основание, среда или материал для возведения зданий и инженерных сооружений.

Структура грунта - это особенности строения грунта, обусловленные размером и формой частиц, характером их поверхности, количественным соотношением слагающих элементов (минеральных частиц или агрегатов частиц) и характером их взаимодействия друг с другом

Рыхлые грунты - наиболее распространенные строительные материалы. По своему механическому составу эти грунты подразделяются на несвязные и связные.

Связный грунт - грунт, особенность строения которого обусловлена количественным соотношением частиц, обеспечивающих его целостность. К связным грунтам относятся: супесь, суглинок, глина.

Несвязный грунт - грунт, состоящий из частиц размерами от 0,05 до 200 мм. К несвязным грунтам относятся: галька, щебень, гравий, дресва, песок, пыль.

Твердая фаза нескальных грунтов состоит из частиц различной  величины и минералогического состава. Частицы грунта в зависимости  от их размеров называют: > 200 мм - валуны, 40-200 мм - галька, 2 - 40 гравий, 0,05 - 2 песок, < 0,005 - глина.

Угол внутреннего  трения грунта - угол наклона прямой зависимости сопротивления срезу  грунта от вертикальной нагрузки к  оси абсцисс. 
В строительстве классифицируют грунты в зависимости от содержания в них глинистых частиц.

К несвязным  грунтам относятся песчаные и  крупнообломочные. Эти грунты не обладают связностью и сопротивление их сдвигу определяется только наличием нормального  давления, а сопротивление растяжению вообще отсутствует.

Несвязные грунты характеризуются следующими общими свойствами: плотностью ρ = 1,4-1,9 т/м, пористость n = 0,25-0,4; коэффициент фильтрации k  30м/сут. у слабо- и средневодопроницаемых грунтов; k  30 м/сут. – у сильноводопроницаемых и k  30 м/сут. – у крупнообломочных; модуль деформации Е = 2-100 Мпа; угол внутреннего трения   =25-45 .

Основными физическими  свойствами несвязных грунтов являются плотность, удельный вес, пористость и  влажность. Эти свойства в совокупности выражают физическое состояние и  влияют на прочность и ддеформируемость грунтов, что в конечном счёте  оказывается на устойчивости и напряжённо-деформируемом  состоянии земляных сооружения и  оснований зданий и сооружений.

Физические свойства грунтов подразделяются на две группы: основные (исходные) – характеристики физических свойств, определяемые на основе лабораторных исследований; расчётные (производные) характеристики физических свойств, определяемые расчётом.

Плотность грунта ρ – это отношение го массы (включая массу воды в его порах) к занимаемому этим грунтом объёму.Плотность грунтов характеризует их состояние. Это одно из наиболее важных физических свойств грунта. Плотность вычисляется соотношением массы грунта к занимаемому им объёму. Инженерная геология определяет плотность грунтов по нескольким составляющим: плотностью грунта ρ, плотностью твёрдых частиц грунта ρs и плотностью скелета ρd. Обычно плотность грунтов определяют в г/см3 или кг/м3. 

Плотность частиц грунта - отношение массы сухого грунта к объему только твердой его части, исключая объем пор ( от 2.35 до 3.3 т/м³, чаще 2.6 - 2.7 т/м³ );

Под влажностью грунта понимают содержание в нем того или иного количества воды. Различают весовую и объемную влажность .

Весовой влажностью грунта W называют отношение веса воды, содержащейся в грунте, к весу грунта, высушенного при температуре 100 - 105° до постоянного веса, выраженное в процентах. Под объемной влажностью n w понимают отношение объема воды, заключенной в породе, к объему всей породы, выраженное в процентах.

Естественной влажностью грунта называют коли чество воды, содержащейся в порах грунта в естественных условиях его залегания. Величина естественной влажности является важной характеристикой физического состояния породы, определяющей прочность породы и поведение ее под сооружением. Особое значение влажность имеет для глинистых грунтов, резко меняющих свои свойства в зависимости от степени увлажнения.

Естественная  влажность является важным косвенным  пока зателем, необходимым для вычисления объемного веса грунта, пористости, степени влажности и др.

В настоящее  время разработано несколько  методов определения влажности. Из них наибольшее распространение  получил весовой метод, ставший  стандартным. Этим методом выполняются  исследования грунтов для различных  видов строительства на всех стадиях  изысканий (кроме рекогносцировочных обследований), за исключением тех  случаев, когда грунты содержат значительное количество растительных остатков.

Влажность грунта — одна из важнейших физических характеристик почвы. Анализ различных видов грунта, проводимый строительными лабораториями, дает четкую картину о предстоящей работе: трудоёмкость, сложность и, как следствие, размер денежных затрат.

В современном  строительстве применяется несколько  видов оценки влажности почв. Однако самый популярный из них — весовой  метод. Иногда его даже называют стандартным. Уникальность этого метода заключается  в том, что использовать его можно  практически на любой стадии ведения  строительных работ, кроме стадии рекогносцировочных изысканий.

Под пористостью грунтов понимают наличие в них мелких пустот.

Количественно пористость обычно выражают процентным от ношением объема пустот (V_n) к общему объему грунта ( V ); эту величину называютпористостью и обозначают через n. Кроме того, пористость грунта может характеризоваться отно шением объема пустот (V_n) к объему твердой фазы ( V_s); эта величина называется коэффициентом пористости , или приведенной пористостью, и выражается обычно в долях единицы.

Величина пористости может быть выражена и по весу (весовая  пористость) как отношение веса воды (G_w), полностью заполняющей поры грунта, к весу абсолютно сухого грунта (G_s).

Для глинистых  грунтов способов непосредственного  лабораторного определения пористости не существует. Пористость связных  грунтов вычисляется по удельному  и объемному весам. Для остальных  пород пористость может определяться и непосредственно, но обычно вычисляется  по тем же формулам, что и пористость связных грунтов.

Пористость и  коэффициент пористости характеризуют  структуру грунта. Весовая пористость характеризует влажность грунта при полном заполнении пор водой. Пористость, не являясь расчетной величиной,используется как весьма важная вспомогательная характеристикапри некоторых расчетах, например при выборе расчетных сопротивлений грунтов, при построении компрессионной кривой, при вычислении характеристик сжимаемости и др.

Коэффициент пористости е определяется по формуле

где ρs — плотность частиц грунта, г/см3;

ρd — плотность сухого грунта, г/см3.

Степень влажности

Степень влажности , или степень насыщения К_w (иначе коэффициент насыщения, коэффициент влажности, относительная влажность), характеризует степень заполнения пор водой, т. е. содержание воды в грунте по отношению к объему пор.

Степень влажности  используется для определения расчетных  сопротивлений грунтов при проектировании естественных оснований зданий и  сооружений.

По величине К_w песчаные грунты подразделяются на три группы:

маловлажные при 0 < К_w ≤ 0,5;

очень влажные  при 0,5< К_w ≤ 0,8 и

насыщенные водой  при К_w > 0,8.

Степень влажности  изменяется от 0 до 1. В отдельных  случаях ее значения оказываются  больше 1 в результате того, что при  нагревании грунта до 105 - 107^o из него удаляется не только вода, находящаяся в порах, но и часть воды, входящей в состав слагающих грунт минералов (гипс, монтмориллонит и др.), а также некоторых органических примесей.

Степень влажности - величина отвлеченная. Она выражается в долях единицы или в процентах  и определяется расчетом по одной  из следующих формул:

2. Физические  свойства глинистых  грунтов

Глинистые грунты относятся к группе связных. Они  являются продуктом механического  распада и химического разложения горных пород. Глинистые грунты представляют собой агрегаты мельчайших глинистых частиц чешуйчатого строения (слюда, хлорит и др.) размером менее 0,005 мм и песчаных — зернистых частиц разных размеров.

Чешуйчатая и  мелкозернистая (пылеватая) фракции  глинистых грунтов имеют большую  удельную поверхность соприкасания и тонкие капилляры (рис. 1, г). Такое строение грунтового скелета и наличие пленок воды, обволакивающей частицы, придают глинистым грунтам связность и способность деформироваться под влиянием нагрузки во влажном состоянии без появления трещин на поверхности. Связность глинистых грунтов увеличивается с уменьшением влажности. Глинистые грунты благодаря своей структуре обладают малым коэффициентом фильтрации и слабой водопроницаемостью. Водопроницаемость глинистых грунтов увеличивается с увеличением размеров и количества зернистых частиц.

По процентному  содержанию глинистых частиц различают  глины, суглинки и супеси, а по размерам песчаных частиц — глинистые, глинисто-пылеватые  грунты. Классификация глинистых  грунтов по зерновому составу, принятая в дорожном деле, приведена в табл. 

Классификация глинистых грунтов по зерновому  составу

По консистенции глинистые грунты подразделяются на твердые, пластичные и текучие. При  этом по мере насыщения водой твердые  глинистые грунты размягчаются и  переходят сначала в пластичное, затем в текучее состояние. Процентное содержание воды при переходе из одного состояния консистенции в другое является пределом (границей) пластичности.

Сравнение естественной влажности грунта с влажностью на границах раскатывания (пластичности) и текучести позволяет устанавливать  его состояние по показателю текучести. 
Глины и суглинки могут иметь в зависимости от значения показателя текучести следующие состояния:

Показатель текучести  пылевато-глинистых грунтов устанавливают  также по результатам зондирования или пенетрации (по погружению конуса в грунт). 
Для супесей вследствие малой точности определения значений ω_L и ω_ρразличают только три состояния:

Коэффициент консистенции I_L (индекс текучести) глинистого грунта характеризует состояние глинистого грунта (густоту, вязкость), линейно зависит от естественной влажности, может быть как отрицательным (твердые грунты), так и положительным, в том числе и более единицы (грунты текучей консистенции).

При изменении I_L в пределах от нуля до единицы грунты имеют пластичную консистенцию.

Коэффициент консистенции I_L определяется в долях единицы по формуле: 

ЧИСЛО ПЛАСТИЧНОСТИ ГЛИНИСТЫХ ГРУНТОВ —разность между пределом текучести и пределом пластичности. По числу пластичности глинистые п. подразделяются на высокопластичные с числом пластичности больше 17 (глины), пластичные с числом пластичности 17—7 (суглинки), слабопластичные с числом пластичности 7—0 (супеси) и непластичные с числом пластичности, равным нулю (пески).

Число пластичности Ip — это характеристика грунтов, отражающая их способность удерживать воду. Вычисляется как разность между пределами текучести и пластичности, то есть это процентное содержание воды, которое придётся добавить к грунту, чтобы он из пластичного состояния перешел в текучее.

Физический  механизм ползучести очень сложен и  зависит от большого числа факторов. В кристаллах ползучесть обусловлена  движением дефектов структуры, двойникованием, трансляцией, диффузией; в поликристаллических  телах и дисперсных глинистых  грунтах, которые ползут при меньших  давлениях, чем кристаллы, — квазивязким  скольжением частиц относительно друг друга, переориентацией частиц в  направлении, нормальном результирующему  напряжению, и развитием микротрещин. Кинетика ползучести зависит от давления и температуры и осложняется  различными структурными превращениями  — уплотнением и упрочнением  грунта на стадии затухающей ползучести и дилатансным разупрочнением на стадии течения.

Для составления  прогноза ползучести сооружений необходимо знание двух величин — порога ползучести и эффективного коэффициента вязкости грунта и его изменения во времени. Порог ползучести (по Н. Н. Маслову) представляет собой такое касательное напряжение, при котором и выше которого деформация ползучести, имевшая до этого по своей величине и скорости практически  пренебрегаемый характер, резко интенсифицируется.

Порог ползучести грунтов зависит от структуры  и состава грунта, от температуры  и давления и скорости действия давления. Для плотных пород порог ползучести выше, чем для малоуплотненных.

«Порог  ползучести» определяется по данным длительных опытов на ползучесть идентичных образцов грунта, испытываемого при  различных значениях касательного напряжения.

Реологические свойства  грунтов проявляются в форме ползучести, т. е. в медленном нарастании деформаций во время при постоянном напряжении и в форме релаксации напряжений, т. е. в их уменьшении с течением времени при некоторой фиксированной деформации. Релаксация объясняется частичным переходом упругой деформации в необратимую и усилением связей между грунтовыми частицами. Ползучесть грунтов обычно исследуется применительно к деформациям сжатия и сдвига. 
Деформации, обусловленные выжиманием воды из пор глинистого грунта, связаны с потерей, массы, поэтому к ползучести они не относятся. После завершения фильтрационной консолидации заметно проявляются деформации ползучести, происходящие за счет упорядочения структуры. Таким образом, фильтрационные явления преобладают сразу после приложения нагрузки, а конечная стадия развития деформаций всегда определяется/ползучестью скелета. 
На третьей стадии развития деформаций при небольшой приложенной нагрузке через некоторое время рост деформаций прекращается (участки 3—4 на кривой), что указывает на затухающую ползучесть. При значительной нагрузке (кривая/) нарастание деформации не прекращается, что приводит к разрушению грунта (точка 3). Общая относительная деформация А,0бщ складывается из деформации условно-мгновенной и вязкопластичной, происходящей за время, близкое к ?0бщ- Для одного и того же грунта различные стадии деформации зависят от величины приложенной нагрузки. Вместе с тем протекание деформаций во времени зависит и от структурных особенностей грунтов: увеличение прочности в процессе сдвига вызывает затухание деформации и, наоборот, уменьшение прочности при сдвиге способствует разрушению грунта. 
Из смотреть на сайте статью под номером 43 следует, что от величины нагрузки зависит время наступления и сама возможность разрушения грунта. В связи с этим возникло понятие о длительной прочности. Под длительной прочностью обычно понимают напряжение, при котором обеспечивается прочность грунта в заданный длительный период времени. Сравнение длительной прочности со стандартной, за которую обычно принимают условно-мгновенную прочность, т. е. результаты испытаний по способу неконсолидированно-недренированного сдвига, свидетельствуют о том, что длительная прочность для плотных водонасыщенных глинистых грунтов составляет 40—80% от стандартной прочности. За последнюю могут быть также приняты результаты испытаний по методике медленного консолидированного Сдвига [Флорин, 1961]. При этих испытаниях длительная прочность слабых водонасыщенных грунтов нередко превышает стандартную. Это обстоятельство объясняется тем, что процесс разрушения связей при сдвиге компенсируется увеличением прочности за счет большей ориентированности частиц и роста числа контактов. 
 
 
 

Список  литературы:

1. Абуханов «Механика грунтов»
2. Б.И. Долматов «Механика грунтов»
3. С. А. Пьянков, З. К. Азизов «Механика грунтов»
4. Ухов С.Б, Семенов В.В., Знаменский В.В. « Механика грунтов»
5. Курс лекций по механике грунтов