Физические свойства грунтов и классификационные показатели.

2.2.1. Удельный вес грунта, удельный вес твёрдых частиц грунта, влажность грунта.

Для определения физических свойств грунтов (пористости, водонасыщенности и пр.) необходимо знать три простейших показателя: γ – удельный вес грунта естественной структуры (природного грунта); γ_s – удельный вес твёрдых частиц грунта: W – влажность грунта.

Поскольку при нарушении структурных связей грунта его свойства изменяются, необходимо определять эти свойства или в условиях естественного залегания, или по образцам ненарушенной структуры.

Образцы грунтов ненарушенной структуры берут в шурфах с помощью стального тонкостенного режущего кольца, а в скважинах с помощью специального прибора (грунтоноса).

Удельным весом грунта γ называют вес единицы объёма природного грунта. Он обусловливается геологической историей формирования и последующего существования грунта и равен отношению веса грунта, включая вес воды в его порах, к занимаемому этим грунтом объёму, включая поры. Его определяют особенно тщательно по образцам с ненарушенной структурой. Удельный вес грунта следует вычислять с достаточной точностью (до 0,1 Н/см³), так как он является важнейшей исходной характеристикой грунтов, без знания которой невозможно определить целый ряд показателей, входящих в уравнения механики грунтов.

Для уяснения применяемых в дальнейшем терминов обозначим для некоторого объёма грунта V:

V₁ – объём твёрдых частиц;

V₂ – объём пустот (пор);

q₁ – вес твёрдых частиц;

q₂ – вес воды в порах грунта (вес воздуха по незначительности не учитывается).

Рис. 2.9. Схема распределения отдельных фаз в единице объёма грунта.

(2.2)

Удельный вес твёрдых частиц грунта γ_s является показателем, главным образом, минералогического состава грунта, его определяют с помощью пикнометра. Колеблется в пределах 0,0260 ÷ 0,0285 МН/м³. Следует отметить, что плотность скелета грунта практически всегда одна и та же. Это объясняется тем, что грунты, в основном, состоят из оксидов, среди которых более 70% приходится на долю SiO₂ и Al₂O₃, а на долю химических элементов Al и Si приходится 75%; эти элементы занимают соседние места, 13 и 14 в табл. Менделеева и имеют близкие атомные массы (26,98 и 28,09). Поэтому большая часть минералов, составляющих грунты, имеют плотность между 2,4 и 2,9 г/см³. Плотность кварца – 2,66 г/см³; плотность кальцита – 2,72 г/см³. Что касается аргиллитов, то монтмориллонит имеет плотность 2,4 г/см³, а каолинит – 2,6 г/см³.

(2.3)

Влажность грунта W определяют по результатам взвешивания образца естественной влажности перед высушиванием и после высушивания до постоянной массы при температуры 105º C.

(2.4)

Вследствие неоднородности любого рассматриваемого слоя грунта и ошибок при измерениях во время экспериментального определения γ, γ_s и W, эти величины находят многократно, и полученные данные обрабатывают методами математической статистики.