Общие сведения о грунтах

Методические указания и контрольные задания

По курсу

«Механика грунтов»

Для студентов очно-заочного обучения

специальности «Мосты и транспортные тоннели»

Семестр (2г10мес)

Семестр (3г10мес).

Саратов-2002

Оглавление.

ФИЗИЧЕСКАЯ ПРИРОДА ГРУНТОВ.......................................................................................... 3

I. Грунты как дисперсные системы.................................................................................................... 3

1.1. Общие сведения о грунтах...................................................................................................... 3

1.2. Структура грунтов.................................................................................................................... 4

2. Зерновой состав грунтов................................................................................................................. 6

2.1. Форма и размер грунтовых частиц, их свойства................................................................. 6

2.2. Понятие о зерновом и микроагрегатом составе грунтов..................................................... 7

2.3. Методы определения зернового состава грунтов................................................................. 7

3. Показатели физического состояния и свойств грунтов............................................................. 10

3.1. Плотность грунтов. Пористость и степень уплотнения..................................................... 10

3.2. Характерная влажность и пластичность грунтов. Консистенция грунтов...................... 12

3.3. Связность, липкость, набухание и усадка грунтов............................................................. 14

4. Водные и тепловые свойства грунтов......................................................................................... 16

4.1. Водопроницаемость грунтов................................................................................................. 16

4.2. Методы экспериментального определения коэффициента фильтрации грунтов........... 17

СОПРОТИВЛЕНИЕ ГРУНТОВ НАГРУЗКАМ........................................................................... 19

5.Сопротивление грунтов сжатию................................................................................................... 19

5.1. Процессы, происходящие в грунте при действии нагрузки.............................................. 19

5.2. Закономерности сжатия грунтов.......................................................................................... 20

6. Сопротивление грунтов сдвигу и сжатию.................................................................................. 27

6.1. Общие закономерности сопротивления грунтов сдвигу................................................... 27

6.2. Сопротивление связных грунтов сдвигу............................................................................. 30

6.3 Сопротивление сыпучих грунтов сдвигу............................................................................. 33

7. Напряжения в грунтах................................................................................................................... 34

7.1. Напряженное состояние грунтов.......................................................................................... 34

7.2. Методы расчета напряжений в однородных грунтах......................................................... 36

ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ......................................................................................................... 44

Лабораторная работа №1................................................................................................................... 44

Определение гранулометрического (зернового) состава грунтов........................................... 44

ЗАДАНИЕ №1.................................................................................................................................... 45

ОПРЕДЕЛЕНИЕГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОГО СОСТАВА ГРУНТА СИТОВЫМ МЕТОДОМ (СУХИМ СПОСОБОМ).......................................................................................................................... 45

ЗАДАНИЕ №2.................................................................................................................................... 46

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОГО СОСТАВА ГРУНТА МЕТОДОМ РУТКОВСКОГО 46

Лабораторная работа №3................................................................................................................... 50

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГРАНИЦЫ ТЕКУЧЕСТИ И РАСКАТЫВАНИЯ....................................... 50

Ж У Р Н А Л..................................................................................................................................... 54

Обработка результатов....................................................................................................................... 54

Определения границы текучести и раскатывания......................................................................... 54

Лабораторная работа № 4.................................................................................................................. 57

Максимальная молекулярная влагоемкость................................................................................ 57

Лабораторная работа № 5.................................................................................................................. 59

ВОДОПРОНИЦАЕМОСТЬ......................................................................................................... 59

Лабораторная работа № 6.................................................................................................................. 62

УПЛОТНЕНИЕ ГРУНТОВ.......................................................................................................... 62

Лабораторная работа №8................................................................................................................... 66

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СЖИМАЕМОСТИ ГРУНТА......................................................................... 66

Лабораторная работа №9................................................................................................................... 73

Определение сопротивления грунтов срезу............................................................................... 73

Задания к контрольной работе.......................................................................................................... 77

Литература:......................................................................................................................................... 80

ФИЗИЧЕСКАЯ ПРИРОДА ГРУНТОВ

I. Грунты как дисперсные системы

Общие сведения о грунтах

Верхний слой земной коры, мощность которого часто достигает нескольких сотен метров, представляет собой кору выветривания, возникшую в результате протекания разнообразных процессов вы­ветривания, изменяющих состав и свойства горных пород.

При изучении горных пород и почв в качестве объектов инже­нерно-строительной деятельности человека их рассматривают как грунты, которые могут быть использованы в основании сооружений как материал или как среда при устройстве и эксплуатации различ­ных инженерных сооружений, в том числе автомобильных дорог и аэродромов.

При изучении грунтов следует учитывать, в первую очередь, те главные факторы, которые в основном определяют поведение и инженерно-строительные свойства горных пород и почв в инже­нерных сооружениях: состав, структуру и текстуру горных пород и почв.

В зависимости от степени разрушения горной породы и некото­рых других свойств, важных в строительном отношении, грунты, залегающие в основании инженерных сооружений или используе­мые как строительный материал, согласно действующей классифи­кации грунтов по характеру структурных свя­зей разделяют на два основных класса: 1) грунты с жесткими структурными связями (скальные грунты) и 2) грунты без жестких структурных связей (нескальные грунты). Каждый из указанных классов по ряду признаков подразделяют на группы, подгруппы, типы, виды и разновидности.

Между грунтами скальными, представляющими собой во многих случаях прочные породы с жесткими связями между отдельными минералами или зернами, песчаными и особенно глинистыми грун­тами, образовавшимися в результате выветривания, переноса, осаждения и последующего уплотнения, существует огромное различие.

Процессы физического, химического и биологического выветри­вания, приводящие к распаду скальных грунтов, обусловливают постепенное накопление в их толще все более мелких частиц, вплоть до коллоидно-раздробленных, в результате чего такие грун­ты приобретают свойства дисперсных систем.

Промежутки между отдельными твердыми частицами грунта (грунтовые поры) в большей или меньшей степени бывают запол­нены водой. Глинистые грунты, по внешнему виду находящиеся в сухом состоянии, содержат воду в форме тончайших пленок на поверхности минеральных частиц. При значительном увлажне­нии поры грунта полностью заполняются водой и представляют собой дисперсную систему, где дисперсионной средой является вода, в объеме которой распределены твердые минеральные частицы грунта — дисперсная фаза.

В мелких песчаных и особенно в глинистых грунтах благодаря наличию большого количества частиц в единице объема грунта общая поверхность раздела между твердой дисперсной фазой и жидкой дисперсионной средой может быть очень велика.

Дисперсность (степень раздробленности) придает веществу ряд новых важных свойств. Эти свойства бывают выражены тем силь­нее, чем больше дисперсность вещества, т. е. чем мельче частицы, из которых оно состоит. Дисперсный грунт, в состав которого входят твердые частицы, вода и воздух (реже смесь газов), пред­ставляет собой многофазную (трехфазную или двухфазную) систе­му. Для свойств многофазной дисперсной системы большое значе­ние имеет степень дисперсности.

Дисперсные грунты состоят обычно из частиц разной крупности и разного минерального состава, поэтому они представляют собой полидисперсные полиминеральные системы. Свойства таких систем весьма сложны, поскольку эти вещества отражают особенности входящих в систему частиц различной крупности и состава. Особен­но значительное влияние на свойства грунтов оказывает наличие в них коллоидной и глинистой (тонкодисперсной) частей.

Увеличение содержания в грунте тонкодисперсных частиц ведет к значительному увеличению их суммарной поверхности, а, следо­вательно, и к увеличению поверхности раздела между твердой, жидкой и газообразной фазами в грунте. Это обусловливает разви­тие сложных явлений взаимодействия между этими фазами.

Поверхность раздела фаз, приходящаяся на единицу объема вещества дисперсной фазы, возрастает по мере раздробления по­следней обратно пропорционально линейным размерам частиц.

Характеристикой степени дисперсности грунта является его удельная поверхность—отношение величины суммарной поверхно­сти частиц к занимаемому ими объему.

Частицы, имеющие поперечный размер менее 0,2 мкм, принято называть коллоидными, а присущие им особые свойства, обуслов­ленные малым размером частиц, коллоидными свойствами. Частицы коллоидных размеров могут содержаться в различных грунтах.

Очень часто они как бы чехлом покрывают поверхность более крупных частиц. Поэтому примерной границей, начиная с которой коллоидные свойства частиц грунта оказываются выраженными уже более или менее отчетливо, можно считать 1 мкм, т. е. коллоидными свойствами обладает вся глинисто-коллоидная часть грунта.

Так как эти частицы бывают неодинакового размера, разного происхождения и различного химического и минерального состава, то их принято объединять в одну группу под общим названием коллоидного комплекса грунта. Изменение основных физических свойств дисперсных систем в зависимости от степени их дисперс­ности является ярким примером проявления новых качественных признаков, вызываемых постепенным изменением количественной характеристики (крупности частиц дисперсной фазы). Изучение свойств коллоидного комплекса имеет большое значение для пони­мания природы и поведения тонкодисперсной части грунтов.

Способность грунта к взаимодействию с различными растворами играет исключительно важную роль при разработке и практическом осуществлении различных методов укрепления грунтов.