Представление о механических свойствах грунтов

Нормативные значения удельных сцеплений Сн кгс/см2 и углов внутреннего трения, град. глинистых грунтов четвертичных отложений

Обозначения характеристик

Характеристика грунтов при
коэффициенте пористости

0,45

0,55

0,65

0,75

0,85

0,95

1,05

Супеси

0 ≤ J_z ≤ 0,25

Сн

0,15

0,11

0,08

–

–

–

–

φ_н

30°

29°

27°

–

–

–

–

0,25 ≤ J_z ≤ 0,75

Сн

0,13

0,09

0,06

0,03

–

–

–

φ_н

28°

26°

24°

21°

–

–

–

Суглинки

0 ≤ J_z ≤ 0,25

Сн

0,47

0,37

0,31

0,25

0,22

0,19

–

φ_н

26°

25°

24°

23°

22°

20°

–

0,25 ≤ J_z ≤ 0,5

Сн

0,39

0,34

0,28

0,23

0,18

0,15

–

φ_н

24°

23°

22°

21°

13°

17°

–

0,5 ≤ J_z ≤ 0,75

Сн

–

–

0,25

0,20

0,16

0,14

0,12

φ_н

19°

18°

16°

14°

12°

Глины

0 ≤ J_z ≤ 0,25

Сн

–

0,81

0,68

0,54

0,47

0,41

0,36

φ_н

21°

20°

19°

18°

16°

14°

0,25 ≤ J_z ≤ 0,5

Сн

–

–

0,57

0,50

0,43

0,37

0,32

φ_н

18°

17°

16°

14°

11°

0,5 ≤ J_z ≤ 0,75

Сн

–

–

0,45

0,41

0,36

0,33

0,29

φ_н

15°

14°

12°

10°

7º

Характеристика песчаных грунтов в табл.
относятся к кварцевым пескам с зернами различной
окатанности, содержащими не более 20 % полевого
шпата и не более 5 %в сумме различных примесей (слюда, глауконит и т.д.), включая
растительные остатки независимо от степени
влажности.

Характеристики глинистых грунтов в табл. относятся к грунтам, содержащим не более 5 % растительных остатков и имеющих степень
влажности G ≥ 0,8.

Терминология и основные различия

Слово «грунт» происходит из немецкого языка и обозначает «основу». Это не только почва или земля под нашими ногами, но и морское дно, и горные породы.

Последние представляют собой скальный грунт. Еще «грунтом» именуют смесь, которую наносят на полотно, будущей картины, или на другие поверхности, предназначенные для последующей окраски. Таким образом, в широком смысле, он является необходимым компонентом биосферы Земли и хозяйственной деятельности человека.

По степени структурных связей их подразделяют на породы с жесткими связями и без таковых:

• к первым относят скальные и полускальные;
• ко вторым – дисперсионные: глинистые, песчаные, крупнообломочные;

5.4. Обработка результатов испытаний

5.4.1.
Результаты каждого отдельного испытания наносят в виде экспериментальных точек
на полулогарифмическую сетку координат, где по оси абсцисс откладывают
влажность грунта в зоне сдвига W в линейном
масштабе, а по оси ординат – значение сопротивляемости сдвигу s_pw в
логарифмическом масштабе. Точки, относящиеся к одной и той же нормальной
нагрузке при сдвиге, обозначают одинаково и через них
проводят осредняющие прямые (см. рисунок а), отражающие собой
зависимости сопротивляемости испытываемого грунта сдвигу при заданной
нормальной нагрузке от его влажности в момент сдвига в зоне сдвига. Построенные
по точкам прямые необходимо графически проэкстраполировать до значения исходной
влажности грунта.

5.4.2.
Полученный график перестраивают в графики зависимости значений s_pw от значений
нормальной нагрузки (см. рисунок б) для различных влажностей. Через полученные
точки проводят осредняющие прямые, соответствующие двучленной линейной
зависимости, параметры которой определяют искомые сдвиговые характеристики j_wи c_w.

5.4.3.
Затем строят графики искомых зависимостей j_w = f₁(W) и c_w = f₂(W), являющиеся
конечным результатом обработки экспериментальных данных (см. рисунок в).
Значения j_w, град, следует
устанавливать с точностью до 30, a c_w, МПа, – с
точностью до третьего знака после запятой.

Рисунок
1 – Пример обработки результатов сдвиговых испытаний

Приложение А
(обязательное)

Библиография

СНиП
2.05.02-85
Автомобильные дороги

Методы определения

Определение плотности проводится в соответствии с ГОСТ 5180-84. Он предусматривает разные методики определения в зависимости от видов почв. Так, для тех, которые можно разрезать ножом – глина, суглинки, супеси и пески, применяют метод режущего кольца. Для связанных — метод парафирования. У скальных пород определяется непосредственным измерением вырезанного образца.

Плотность частиц грунта или твердой фракции – это средняя всех его составляющих: органических, минеральных и других веществ. Она равна объему твердых частиц к их массе. Таким образом, она зависит от состава и видов входящих веществ. Для разных видов веществ эти характеристики, как правило, постоянны и известны. Например, средняя плотность частиц грунта для глин -2,74 г/ см3, супесей – 2,7 г/ см3, песков – 2,66 г/ см3, суглинков – 2,71 г/ см3.

Кавернозность и трещиноватость пород

Кавернозность характерна для карбонатных пород, подверженных растворению. Каверны от пор отличаются лишь размерами. Принято к кавернам относить пустоты с размерами не менее 2 мм, т.е. более чем размер сверхкапиллярных пор. Коэффициент полной кавернозности и открытой кавернозности определяется аналогично коэффициентам пористости.

Трещиноватость горных пород обусловлена наличием трещин, не заполненных твердым веществом. Трещиноватостью обладают в основном плотные, крепкие, низкопоровые хрупкие породы. Наличие в такой породе разветвленной системы трещин обеспечивает коллекторскую емкость.

Трещинную емкость можно определить в шлифе под микроскопом по формуле:

где Кт – трещинная емкость, см3;

b – раскрытость трещин в шлифе, т.е. расстояние между стенками трещины, см;

l – суммарная протяженность всех трещин в шлифе;

F – площадь шлифа, см2.

По степени раскрытости трещин выделяются макротрещины, видимые невооруженным глазом с раскрытостью более 0,1 мм, и микротрещины, различимые лишь в шлифах под микроскопом с раскрытостью менее 0,1 мм. Трещинный тип коллектора в чистом виде встречается редко. Как правило, микротрещинные участки породы имеют дополнительную емкость за счет пористости и кавернозности. На практике коллектора делят на поровые, каверновые, трещинные и смешанного типа: трещинно – поровые, трещинно – каверновые, трещинно – порово – каверновые, каверно – поровые и др.

Физико-механические свойства скальных пород

Крепкие породы

Объемный вес γ, т/м3

Удельный вес γ_о, т/м3

Влажность w %

Сцепление в образце C, кг/см2

Угол внутреннего трения φ, град.

Размер элементарного блока, см

1

2

3

4

5

6

7

Изверженные

Гранитоиды

2,62

425

36,5

Кварцевые

Порфиры

2,56

2,65

0,36

395

37

40

Сиениты

2,76

0,37

363

37

40

Гранодиориты

2,63

2,78

0,39

560

32

50

Порфириты

3,02

0,50

365

33

45

Габбро-диориты

2,70

373

35,5

Габбро

3,11

300

36

Габбро-диабазы

2,86

353

32

80

Диабазы

2,95

460

30

Перидотиты

2,80

323

36

70

Пироксениты

3,23

35

35,5

Метаморфические и
осадочные

Кварциты

2,64

2,84

0,50

350-700

36

50-70

Джеспилиты

3,43

36

36

40

Роговики

2,58

305

35

40

Роговики
гидрогематитовые

3,17

300

32

40

Сланцы
кремнисто-глинистые

2,82

0,24

380

33,5

30

Сланцы
кварцево-хлорито-серицитовые

2,73

21

33

30

Филлиты,туффиты

2,87

300

28

40

Серпентиниты

2,7-3,1

0,40

230-300

35

60-100

Скварны

2,75

0,28

587

31

4-50

Кварцевые
песчаники

2,50

2,65

2,5

250

35

50-150

Известняки

2,70

2,77

0,14

220

33

30-100

Породы средней крепости

Продолж.
таблицы

Породы средней крепости

Продолж. таблицы

Породы слабые

Продолж. таблицы

5. Лессы и
лессовидные грунты

В соответствии с требованиями СНиП II-15-74 и СН
449-72 широко распространенные на территории СССР лессы и лессовые
грунты относятся
к просадочным.

К просадочным от замачивания грунтам следует
относить грунты, имеющие G ≤ 0,6 и значение

,

где: Е_о -коэффициент пористости образца природного сложения и влажности;

Е_т -коэффициент
пористости того же образца грунта при влажности на границе текучести;

G -степень влажности.

Гранулометрический состав
лессовых пород показан втаблице . Значения модуля деформации даны в таблице . Показатели физических свойств лессовых пород в различных районах СССР
приведены в таблице . Средние
значения показателей сопротивления сдвигу – в таблице . Табличные данные могут быть
использованы для предварительных,
ориентировочных расчетов.

Физико-механические свойства торфяных грунтов («Руководство по проектированию земляного полотна автомобильных дорог на слабых грунтах», Союздорнии, 1978 г.)

Вид

Подгруппа

Сопротивляемость сдвигу по крыльчатке С_усл.
кгс/см2

Сжимаемость

Наименование

Природная влажность w

Степень разложения R, %

Степень волокнистости Ф, %

Модуль деформации Е, кгс/см2
при нагрузке Р

Модуль осадки Сг мм/м при нагрузке Р кгс/см2

в природном залегании

после уплотнения под Р

Р = 0,5 кгс/см2

0,5

1,

0,5

1,

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1

11

Осушенный (или уплотненный)

25

> 75

м3

0,49

2,50

> 2,5

> 3,3

200 (

300 (

с3

0,42

1,72

25-40

75-60

м3

0,30

1,25

с3

0,33

1,05

> 40

м3

0,19

0,80

с3

0,26

0,73

Маловлажный

> 75

м3

0,49-0,26

2,5-1,36

2,5-1,5

3,3-2,3

200-350

(100-250)

300-430

(200-370)

с3

0,42-0,22

1,72-0,90

25-40

75-60

м3

0,33-0,17

1,25-0,60

с3

0,33-0,16

1,05-,56

> 40

м3

,19-0,08

0,80-0,36

с3

0,26-0,13

0,73-0,36

Средней влажности

600-900

> 75

м3

0,26-0,16

1,36-0,87

1,5-1,1

2,3-1,90

350-450

250-400

420-530

370-500

с3

0,22-0,16

0,90-0,66

25-40

75-6

м3

0,17-0,1

0,60-0,42

с3

0,16-0,11

0,56-0,35

> 4

м3

0,08-0,05

0,36-0,21

с3

0,13-0,08

0,36-0,22

Очень влажный

900-120

25

> 75

м3

0,16-0,11

0,87-0,62

1,1-0,90

1,90-1,70

450-55

(400-470)

530-600

(500-550)

с3

,16-0,11

0,62-0,46

25-40

75-60

м3

0,1-0,06

0,42-0,28

с3

–

–

> 40

м3

0,05-0,03

0,21-0,15

с3

–

–

Избыточно-влажный

> 75

м3

0,11-0,07

0,62-0,38

0,90-0,85

1,70-1,50

550-60

(470-490)

600-650

(550-570)

с3

0,11-,06

0,46-0,20

25-40

75-60

м3

–

–

с3

–

–

> 40

60

м3

–

–

с3

–

–

Полная и открытая пористость

Полная пористость – это объем всех пор, находящихся в горной породе.

Открытая пористость – это объем пор, сообщающихся между  cобой. Количественно та и другая пористость выражается коэффициентом пористости, который представляет собой отношение объема пор к объему образца породы:

Поры в пемзе

коэффициент полной пористости равен:

коэффициент открытой пористости равен:

где Кп.п. и Ко.п. – соответственно коэффициенты полной и открытой пористости;

Vп.п. и Vо.п. — объем полной, открытой пористости, м3;

Vобр. – объем образца породы, м33.

Коэффициент пористости измеряется в долях единицы (например, Кп=0,15) или в процентах (Кп=15 %).

В нефтегазопромысловой геологии более важен коэффициент открытой пористости, т.к. он характеризует объем углеводородов, содержащийся в породе. На практике коэффициент открытой пористости определяется в лабораторных условиях по методу Преображенского или по данным геофизических исследований в скважине (ГИС).

Метод Преображенского основан на насыщении пористого образца керосином под вакуумом. Определив объем керосина, заполнившего поры, и объем всего образца, получим возможность расчета коэффициента открытой пористости.

Строительная классификация грунтов

• скальный грунт (сцементированный или кристаллизационный);
• нескальный грунт (несцементированный).

Читайте Подготовка строительной площадки

К первой группе относятся магматические, метаморфические, осадочные, искусственныегрунты. Для них характерны водоустойчивость, прочность при сжатии. Породы нескальных грунтов отличаются раздробленностью и дисперсностью. Соответственно, скальные грунты – трудноподдающиеся дроблению, а нескальные с легкостью можно обрабатывать. В зависимости от содержания частиц песка, пыли, глины и др. несцементированный грунт может называться следующим образом: песок, супесь (супесок), суглинок, глина (см. табл. 1).

Примечание. Прочерк означает, что параметр не нормируется.

Виды порового пространства и каналов

По величине поровых каналов пористость условно подразделяется на три группы:

1. Сверхкапиллярные – диаметр 2 – 0,5 мм;
2. Капиллярные – диаметр 0,5 – 0,0002 мм;
3. Субкапиллярные – диаметр менее 0,0002 мм.

По крупным (сверхкапиллярным) порам движения нефти и газа происходит свободно, а по капиллярным – при значительном участии капиллярных сил.

Субкапиллярные каналы, независимо от величины пористости практически непроницаемы (глины, глинистые сланцы, плотные известняки и др.).

Открытая пористость коллекторов на практике изменяется в широких пределах – от нескольких процентов до 35 %, в большинстве случаев она изменяется от 6 – 8 до 25 %. Пограничные значения пористости между коллектором и неколлектором лежат в пределах 4 – 6 %.

На величину пористости влияет взаимное расположение зерен. Возможное расположение частиц в песчаной породе показано на рисунках 1, 2.

  Рисунок 1 – Возможное расположение частиц в песчаной породе.

Наименее плотная укладка зерен:

                                                                                                          а                                            б

 а — наиболее плотная мягкая укладка зерен; б — менее плотная укладка.

Рисунок 2 – Возможное расположение частиц в песчаной породе

В первом случае теоретическая величина пористости составляет 47,6 %, во втором – 25,9 %. Величина пористости не зависит от размера составляющих пород зерен. Виды пористого пространства пород представлены на рисунке 3.

а – хорошо окатанный и отсортированный песок с высокой пористостью; б – плохо отсортированный песок с низкой пористостью; в – хорошо отсортированная порода, зерна которой также пористы; г – хорошо отсортированная порода, пористость которой уменьшена отложениями минерального вещества в пространстве между зернами; д – поровое пространство трещиноватых известняков, частично расширенное растворением; е – порода, ставшая пористой вследствие возникновения трещин.

Рисунок 3 – Виды порового пространства пород (по В.Д. Ломтадзе)

Коэффициенты фильтрации грунтов

Наименование пород

Коэффициент фильтрации, м/сутки

Авторы

1

2

3

4

Скальные
грунты

1

Слабо
трещиноваты: доломиты, мел,мергели,сланцы

5-20

Скабалланович, Седенко

2

Различные трещиноватые породы

20-60

-«-

3

Сильно трещиноватые породы

более 60-70

-«-

Галечниковыеи гравийные грунты

4

Галечник с песком

20-100

-«-

5

Галечник отсортировочный

более 100

-«-

6

Галечник
чистый

100-200

АгалинаМ.С.

7

Гравий
чистый

10-200

Абрамов С.К.

8

Гравий
с песком

75-15

-«-

9

Гравийно-галечниковые грунты со значительной примесью мелких частиц

20-60

Скабалланович, Седенко

Песчаные грунты

1

Песок пылеватый глинистый с преобладающей фракцией 0,01-0,05 мм

0,6-1,0

Богомолов Г.В.

11

Песок
пылеватый однородный с преобладающей
фракцией 0,01-0,05 мм

1,5-5,0

-«-

12

Песок
мелкозернистый глинистый с преобладающей фракцией 0,1-,25 мм

10-15

-«-

13

Песок
мелкозернистый однородный с преобладающей
фракцией 0,1-,25 мм

20-25

-«-

14

Песок среднезернистый глинистый с преобладающей
фракцией 0,25-0,5 мм

35-50

Богомолов Г.В.

15

Песок
среднезернистый однородный с преобладающей
фракцией 0,25-0,5 мм

35-40

-«-

16

Песок
крупнозернистый,слегка глинистый с преобладающей фракцией 0,5-1,0 мм

35-4

-«-

17

Песок
крупнозернистый однородный с преобладающей
фракцией 0,5-1,0 мм

60-75

-«-

Глинистые грунты

18

Глина

менее 0,01

Скабалланович, Седенко

19

Суглинок
тяжелый

0,05-0,01

Абрамов С.К.

20

Суглинок легкий и
средний

0,4-0,005

Абрамов С.К.

21

Супесь
плотная

22

Супесь
рыхлая

0,1-0,01

Скабалланович, Седенко

23

Супесь

1,0-0,4

Абрамович С.К.

Торф

24

Торф
мало разложившийся

4,5-1,0

Агалина М.С.

25

Торф
среднеразложившийся

1,0-0,15

-«-

26

Торф
сильно разложившийся

,15-0,01

-«-

Значения углов трения при срезе монолитных образцов и сдвиге плитки по плитке или при повторном сдвиге срезанного образца (по данным Г.А. Фисенко, М.Н. Гольдштейна и др.).

Грунт свойства. Физические и механические свойства грунта

Грунт свойства. Физические и механические свойства грунта

Грунт свойства. Физические и механические свойства грунта

Грунт свойства. Определение и расчет основных физических и механических свойств грунта в лабораторных условиях регламентируется ГОСТ 5180-84, ГОСТ 12248-2010 и позволяет принимать соответствующие рациональные проектные решения на этапе проектирования строительства.

От 40 до 50% объема инженерно-геологических работ приходится на лабораторные испытания. Инженерные изыскания предоставляют заказчику детальную информацию об исследуемом участке под застройку: данные о геологии участка, основные геологические особенности территории, а также прогноз на возможное изменение данных условий в ходе строительства и эксплуатации возведенного здания или сооружения.

Физические свойства грунта

Физические свойства грунта характеризуют физические состояние грунта и способность изменять это состояние под влиянием физико-химических факторов. Они оказывают значительное влияние на технологию производства земляных работ.

Плотность грунта – отношение массы грунта m, включая массу воды в его порах, к объему грунта V

ρ = m/V, г/см³.

Влажность грунта характеризует насыщенность грунта водой и определяется отношением массы содержащейся в нём воды m2 к массе твёрдых минеральных частиц грунта m1

ω = m₂/m₁, %.

Сухие грунты имеют влажность до 5%, влажные – от 5 до 30%, мокрые – свыше 30%.

Удельный вес грунта – вес занимаемого грунтом объёма

γ = ρ×g, кН/м³ (g = 9,81 м/с²).

Относительное содержание твёрдых частиц – отношение объёма твёрдых частиц V1 к объёму грунта

m = V1/V = ρd/ρs, %.

Пористость грунта – отношение объема пор V_пор к полному объему V, занимаемого грунтом

n = Vпор/V = 1 – ρd/ρs, %,

где ρd – плотность сухого грунта, ρs – плотность твердых частиц грунта.

Коэффициент пористости грунта – отношение объема пор в образце к объему, занимаемому его твердыми частицами

e = ρs/ρd – 1 = n/(1-n).

Водонасыщение – степень заполнения объема пор грунта водой

S = (ρs×ω)/(n×ρω),

ρω – плотность воды.

Набухание грунта – увеличение его объема при взаимодействии с водой; свойственно глинистым грунтам при их замачивании.

Механические свойства грунта

Механические свойства грунта определяются действием внешней нагрузки или при изменении их физического состояния.

1) Деформационные – способность грунта сопротивляться развитию деформаций:

Сжимаемость грунта – изменение своего первоначального объёма за счёт перекомпоновки частиц и уменьшения пористости; характеризуется модулем деформации, коэффициентом уплотнения и модулем осадки.

зависит от его пористости, фанулометрического и минералогического составов, природы внутренних структурных связей и характера действия нагрузки;

Модуль общих деформаций – учитывает все упругие и остаточные деформации при одноразовом воздействии на грунтовое основание сжимающей нагрузки. Используется при расчёте осадок фундамента.

2) Прочностные – способность грунта сопротивляться разрушению:

Прочность грунта – сопротивляемость сдвигу;

Твердость грунта – сопротивление прониканию твердого тела.

3) Фильтрационные – способность грунта отжимать воду из своих пор:

Водопроницаемость грунта – способность пропускать через поры воду под действием разности напоров;

Скорость фильтрации – расход воды через единицу площади;

vf = kf×j, мм/сек.

Коэффициент фильтрации kf характеризует фильтрационные свойства грунта и определяется эксперементально

kf = V/(A×j×t),

где V – объём профильтровавшейся воды при одном замере, см³; A – площадь поперечного сечения цилиндра фильтрационной трубки см²; j – градиент напора (отношение перепада высот ΔH к длине фильтрационного промежутка l: j = ΔH/l); t – время фильтрации, с.

Просадочность – способность грунта легко размокать, размываться, а при замачивании давать значительные просадки под действием нагрузки.

пластичность (способность грунта под действием внешних сил изменять свои размеры и форму без образования трещин), размываемость (способность оказывать сопротивление разрушающему действию воды).

Разрыхляемость грунта характеризуется увеличением его объема при разработке, по сравнению с объемом в природном состоянии и выражается коэффициентом первоначального разрыхления – К_р. Уложенный в насыпь разрыхленный грунт после уплотнения по сравнению с природным состоянием сохраняет остаточное разрыхление, которое характеризуется коэффициентом остаточного разрыхления К_о.р.

Грунт свойства. Физические и механические свойства грунта

Применение

В основании применения скальных грунтов их характеристика.

В основном и это, пожалуй, главная область применения скальной породы, для устройства фундаментов тяжелых конструкций и высотных зданий. Используют его при возведении плотин, насыпей дорог, путепроводов. Особым образом он «применяется» при прокладывании тоннелей, сооружений подземных хранилищ. Эти работы чрезвычайно трудоемки. Они длительны по времени, но зато результат не разочарует.

Посмотрите видео: АПК для оценки фракционного состава и эл. свойств строительных материалов, грунтов и горных пород.

Список источников

• www.geolib.net
• files.stroyinf.ru
• exkavator.ru
• ecology-of.ru
• stroykaa.ru
• www.norm-load.ru