Вычисляемые характеристики грунта.

Введём понятие удельного веса скелета грунта γ_d, равного отношению веса твёрдых частиц грунта к объёму грунта ненарушенной структуры:

. (2.5)

Его можно определить, учитывая, что влажность грунта W равна отношению веса воды к весу скелета грунта γ_d, т. е.

, откуда

. (2.6)

Отношение объёма пор в образце к объёму самого образца обозначают буквой n и называют пористостью грунта. Отношение же объёма твёрдых частиц к объёму образца называют относительным объёмом твёрдых частиц и обозначают буквой m.

. (2.7)

. (2.8)

. (2.9)

Учитывая выражения (2.3), (2.6) и (2.9), можно записать:

, (2.10)

. (2.11)

Коэффициентом пористости грунта e называют отношение объёма пор к объёму твёрдых частиц:

. (2.12)

Можно записать: . (2.13)

Коэффициент пористости является важнейшей характеристикой природной плотности сложения грунтов и играет важную роль в механике грунтов (при расчёте осадок оснований сооружений и др.).

Подставляя уравнения (2.10) и (2.11) в уравнение (2.13), получим выражение

. (2.14)

Величина коэффициента пористости е для грунтов меняется в довольно широких пределах (примерно от е=0,20 до е=1,5 и для органо-минеральных грунтов – до е=2÷12). Для достаточно уплотнённых грунтов e<1, если же e>1, то это показывает, что грунт весьма рыхлого, неуплотнённого сложения.

Зная величину е, учитывая выражения (2.9) и (2.13), можно определить n и m по формулам:

, (2.15)

. (2.16)

Степенью влажности грунта S_r называют отношение природной влажности грунта W к его полной влагоёмкости W_sat, т. е. влажности, соответствующей полному заполнению пор водой:

. (2.17)

Согласно определению , или, учитывая выражения (2.15) и (21.16)

, (2.18)

где γ_w – удельный вес воды.

Подставляя выражение (2.18) в уравнение (2.17), получим

. (2.19)

Из выражения (2.18) можно получить уравнение для коэффициента пористости полностью водонасыщенного грунта:

. (2.20)

Удельный вес воды обычно принимают равной γ_w=0,01 МН/м³.

Степень влажности природных глинистых грунтов близка к единице. Однако во многих случаях вследствие наличия в грунтовой воде пузырьков газа она несколько меньше единицы, что в высокой степени сказывается на сжимаемости поровой воды. При учёте сжимаемости поровой воды степень влажности должна определяться с достаточной точностью (до 0,1%).

Крупнообломочные и песчаные грунты по степени влажности различаются на следующие группы:

маловлажные 0,0 < S_r 0,5,

влажные 0,5 < S_r 0,8,

насыщенные водой 0,8 < S_r 1,0.

Такое распределение грунтов по степени насыщения водой имеет значение при выборе расчётного сопротивления в основаниях сооружений. Так, например, для маловлажных пылеватых песков расчётное сопротивление R_o принимается 0,25 МПа, для насыщенных водой – только 0,15 МПа, и то при условии, что грунт не разрыхляется восходящими потоками грунтовых вод.

При неполном водонасыщении (S_r<1) грунт будет представлять трёхфазную систему; при полном же водонасыщении (S_r=1) неуплотнённые грунты (в большинстве случаев залегающие ниже уровня грунтовых вод) – пески, супеси, илы, слабые суглинки и глины при наличии в порах свободной гидравлически непрерывной воды представляют класс двухфазных грунтов, так называемую грунтовую массу, для которой применима специальная теория фильтрационной консолидации (уплотнения) грунтов.

Следует отметить, что для грунтов, залегающих ниже уровня грунтовых вод и находящихся в состоянии грунтовой массы, скелет грунта будет испытывать взвешивающее действие воды.

Учитывая для единицы объёма грунта вес твёрдых частиц в воде (γ_s-γ_w) и их объём [1/(1+е)], получим для удельного веса грунта, облегчённого весом вытесненной им воды, выражение: , (21.21)

или . (21.22)