Физические характеристики грунтов

Физические и механические характеристики грунтов дают количественное представление о свойствах, которые необходимы для расчетов состояния и прогноза поведения грунтов под нагрузкой в ??тех или иных условиях. Физические характеристики дают представление о состоянии почв в природе, а механические - об их поведении под нагрузкой.

Физические характеристики свойств почв разделяют на две группы:

- Основные, которые определяются опытным путем на основе лабораторных или полевых опытов;

- Расчетные, которые определяются расчетом на основе первых.

Опытным путем определяются: удельный вес частиц грунта, удельный вес грунта, влажность, границы пластичности, коэффициент фильтрации. Все другие характеристики определяются расчетом. Основные сведения о физических характеристиках почв приведены в табл. 9.1, где для основных характеристик приняты следующие условные обозначения: G - вес грунта, Gs-вес твердых частиц, Gw - вес воды, V - объем грунта, Vs - объем твердых частиц, и - напорный градиент, Q - расход воды, а - площадь поперечного сечения почвы.

Удельный вес грунтов определяется для образцов ненарушенной структуры с сохранением естественной влажности. В лабораторных условиях удельный вес определяют двумя методами: методом режущего кольца и методом парафинирования. Вес образца грунта в любом случае определяют взвешиванием, а при определении его объема возникают сложности, связанные с естественной структурой и состоянием. При использовании метода режущего кольца кольцо определенного внутреннего объема с режущим краем вдавливается в грунт. Область применения этого метода ограничивается почвами, для которых можно отобрать пробу ненарушенной структуры: это влажные пески и пластические глинистые почвы.

В методе парафинирования объем образца определяется погружением запарафинованого почвы в воду. Парафинирование предотвращает размокание и проникновению воды в поры. Почва должна быть способным сохранить при отборе образца определенную форму. Это в основном глинистые почвы, за исключением тех, что находятся в состоянии, близком к текучей.

В случаях невозможности отбора образца ненарушенной структуры (почвы в текучем состоянии, рыхлые маловлажные пески и т.д.) для определения удельного веса используют полевые методы: статическое или динамическое зондирование, радиоизотопные методы.

Удельный вес частиц грунта определяют с помощью пикнометра. Вес частиц определяют взвешиванием высушенного образца, а объем - разницей между суммой веса пикнометра, заполненного водой до метки на шейке, и пробы грунта, с одной стороны, и веса того же пикнометра, заполненного водой той же риска, но с размещением образца почвы в середине пикнометра, с другой стороны. Вытеснение воздуха из образца, необходимое для предотвращения уменьшения удельного веса, достигается предварительным длительным кипячением грунта в пикнометра.

Влажность определяется как отношение веса воды в почве к весу высушенного грунта. Поэтому, как правило, влажность определяют весовым методом. При этом образцы почвы высушивают в сушильных шкафах при постоянной температуре около 105 ° С и в течение длительного времени (до постоянного веса, что определяется повторным взвешиванием). При меньшей температуре не может быть достигнуто полное извлечение воды из образца, при большей - возникает опасность появления ошибок, связанных с возможностью сгорания некоторой части породы, в частности, органических веществ.

Кроме весового метода в лабораторных условиях для определения влажности может применяться пикнометрическим и бензометод (для грунтов, растворяются в воде). В полевых условиях применяют спирто-бензометод, радиоактивные или электрометрические методы.

Пластичность свойственна только глинистым почвам благодаря способности глинистых частиц удерживать воду у своей поверхности. Выделяют следующие состояния по пластичности (консистенции): твердый, пластичный и текучий, их можно достичь искусственно, изменяя влажность грунтовой пасты.

Весовые влажности, соответствующие перехода грунта из одного состояния в другое, называются границами пластичности.

Влажность на границе пластичности называют еще нижним пределом пластичности, а влажность на границе текучести - верхней границей пластичности.

Влажность на границе пластичности (раскатывания) определяют в лаборатории как влажность, при которой жгуты толщиной 3 мм, приготовленные стандартным способом из почвы раскаткой, начинают распадаться на отрезки длиной 3 - 10 мм.

Влажность на границе текучести определяют как влажность, при которой стандартный балансирный конус (массой 76 г с углом при вершине 300) за 5 секунд под действием собственного веса погружается в массу грунта на 10 мм.

Характеристики пластичности позволяют судить о степени глинистости (процентное содержание глинистых частиц) и естественное состояние почвы по пластичности.