Характеристики грунтов

Прочность, устойчивость и нормальная эксплуатация зданий и сооружений определятся не только конструктивными особенностями сооружения, но и свойствами грунтов, на которых они возводятся. Состав, строение и свойства грунтов разных строительных площадок определены природой и могут существенно различаться, требуя каждый раз специального изучения. Разнообразие состава, строения и состояния грунтов делает неизбежным введение значительного числа различных физических характеристик. Некоторые из них непосредственно применяются в расчетах оснований, другие – для классификации грунтов.

Измеряемые характеристики

Удельный вес грунта

Удельным весом грунта γ называется вес единицы объема грунта, измеряется в кН/м³.

Удельный вес грунта вычисляется через его плотность: γ = g·ρ
  • ρ ‑ плотность грунта, т/м³;
  • g ‑ ускорение свободного падения, принимаемое равным 9,81 м/с².

Плотность сухого (скелета) грунта

Плотность сухого (скелета) грунта ρd ‑ природная плотность за вычитанием массы воды в порах, г/см³ или т/м³.

Устанавливается расчетом: ρd= ρ / (1+0,01W)
  • где W ‑ природная (естественная) весовая влажность грунта, %;
  • ρ ‑ природная (естественная) весовая плотность грунта, г/см³ (т/м³)

Пористость грунта

Коэффициент пористости - это отношение объема пустот к объему твердых частиц в долях единицы. Коэффициент пористости грунта (е) расчитывается по формуле: e = (ρs - ρd) / ρd
  • где ρs и ρd - соответственно плотность частиц и плотность сухого (скелета) грунта, г/см³ (т/м³).
Принимаемая плотность частиц ρs (г/см³) для грунтов:
  • песчаные грунты - 2,66
  • супеси - 2,7
  • суглинки - 2,71
  • глины - 2,74

Предел прочности на сжатие

Предел прочности грунта на одноосное сжатие Rc, МПа — отношение нагрузки, при которой происходит разрушение образца, к площади первоначального поперечного сечения. 


Влажность грунта

Влажность грунта, W % — массовое (весовое) W или объёмное Wn относительное содержание воды в порах грунта. Объёмная влажность Wn изменяется от 0 до 100 %. Расчитывается по формуле: p = m / V

Водонасыщение

Коэффициент водонасыщения (степень влажности грунта) Sr - отношение естественной (природной) влажности грунта W к влажности, соответствующей полному заполнению пор водой (без пузырьков воздуха): Sr = W·ρs / e·ρw
  • где ρs - плотность частиц грунта (плотность скелета грунта), г/см³ (т/м³);
  • е - коэффициент пористости грунта;
  • ρw - плотность воды, принимаемая равной 1 г/см³ (т/м³);
  • W - природная влажность грунта, выраженная в долях единицы.
Грунты по степени влажности:
  • Маловлажный: 0 < Sr ≤ 0,5
  • Влажный: 0,5 < Sr ≤ 0,8
  • Насыщенный водой: 0,8 < Sr ≤ 1

Пластичность грунта

Число пластичности Ip — разность влажностей, соответствующая двум состояниям грунта: на границе текучести WL и на границе раскатывания Wp. Чем больше число пластичности, тем более пластичен грунт. Минеральный и зерновой составы грунта, форма частиц и содержание глинистых минералов существенно влияют на границы пластичности и число пластичности.

Число пластичности представляет собой интервал влажности, в пределах которого грунт находится в пластичном состоянии, и определяется как разность между границей текучести и границей раскатывания грунта: IР = WL - WP
  • WL и Wp определяют по ГОСТ 5180-84.

Текучесть грунтов

Показать текучести IL выражается в долях единицы и используется для оценки состояния (консистенции) пылевато-глинистых грунтов. Расчитывается по формуле: IL = (W — Wp)  / Iр
  • где W — природная (естественная) влажность грунта;
  • Wp — влажность на границе пластичности, в долях единицы;
  • Ip — число пластичности.
В зависимости от показателя текучести глинистые грунты подразделяются на супеси, суглинки и глины. Показатель текучести для грунтов разной плотности приведены в статье Пластичность и текучесть грунта

Водопроницаемость 

Степень водопроницаемости грунта — характеристика, отражающая способность грунтов пропускать через себя воду и количественно выражающаяся в коэффициенте фильтрации Кф, м/сут. Определяется по ГОСТ 25584-90.

Морозная пучинистость

Степень морозной пучинистости — характеристика, отражающая способность грунта к морозному пучению, выражается относительной деформацией морозного пучения εfh, д. ед. (доли единицы), которая определяется по формуле: εfh = (ho,f − ho) / ho
  • где ho, f — высота образца мёрзлого грунта, см;
  • ho — начальная высота образца талого грунта до замерзания, см.

Плотность песков

Степень плотности песков ID определяется по формуле: ID = (emax − e) / (e max − emin)
  • где е — коэффициент пористости при естественном или искусственном сложении;
  • emax — коэффициент пористости песка в самом рыхлом сложении.
  • emin — коэффициент пористости песка в самом плотном сложении.

Неоднородность

Степень неоднородности гранулометрического состава Cu — показатель неоднородности гранулометрического состава. Определяется по формуле: Cu = d60 / d10
  • где d60, d10 — диаметры частиц, мм, меньше которых в грунте содержится соответственно 60 и 10 % (по массе) частиц.

Выветрелость

Кэффициент выветрелости Кwr, д. ед. — отношение плотности выветрелого грунта к плотности монолитного грунта. Коэффициент выветрелости крупнообломочных грунтов Кwr, д. ед., определяется по формуле: Kwr = (K1 − K0) / K1
  • где К1 — отношение массы частиц размером менее 2 мм к массе частиц размером более 2 мм после испытания на истирание в полочном барабане;
  • К0 — то же, в природном состоянии.

Истираемость

Коэффициент истираемости крупнообломочных грунтов Кfr, д. ед., определяется по формуле: Kfr = q1 / q0
  • где q1 — масса частиц размером менее 2 мм после испытания крупнообломочных фракций грунта (частицы размером более 2 мм) на истирание в полочном барабане;
  • q0 — начальная масса пробы крупнообломочных фракций (до испытания на истирание).

Размягчаемость в воде

Коэффициент размягчаемости в воде Кsof, д. ед. — отношение пределов прочности грунта на одноосное сжатие в водонасыщенном и в воздушно-сухом состоянии.

Растворимость в воде

Степень растворимости в воде — характеристика, отражающая способность грунтов растворяться в воде и выражающаяся в количестве воднорастворимых солей, qsr, г/л.

Деформация набухания

Относительная деформация набухания без нагрузки εsw, д. ед. — отношение увеличения высоты образца грунта после свободного набухания в условиях невозможности бокового расширения к начальной высоте образца природной влажности. Определяется по ГОСТ 24143-80.

Деформация просадочности

Относительная деформация просадочности εs, д. ед. — отношение разности высот образцов, соответственно, природной влажности и после его полного водонасыщения при определённом давлении к высоте образца природной влажности. Определяется по ГОСТ 23161-78.

Содержание органического вещества

Относительное содержание органического вещества Ir, д. ед. — отношение массы сухих растительных остатков к массе абсолютно сухого грунта.

Засолённость

Степень засолённости — характеристика, определяющая количество водорастворимых солей в грунте Dsal, %.

Коэффициент сжимаемости мёрзлого грунта 

Коэффициент сжимаемости мёрзлого грунта δf — относительная деформация мёрзлого грунта под нагрузкой.

Льдистость грунта

Льдистость грунта за счёт видимых ледяных включений ii, д. ед. — отношение содержащегося в нём объёма видимых ледяных включений к объёму мёрзлого грунта. Определяется по формуле:
ii = (ρs (Wtot − Wm)) / (ρi + ρs (Wtot − Ww))
  •     ρs — плотность мёрзлого грунта, г/см3;
  •     ρi — плотность льда, принимаемая равной 0,9 г/см3;
  •     Wtot — суммарная влажность мёрзлого грунта, д. ед.;
  •     Wm — влажность мёрзлого грунта, расположенного между ледяными включениями, д. ед.
  •     Ww — влажность мёрзлого грунта за счёт содержащейся в нём при данной отрицательной температуре незамёрзшей воды, д. ед.

Степень заполнения объёма пор мёрзлого грунта

Степень заполнения объёма пор мёрзлого грунта льдом и незамёрзшей водой Sr, д. ед., определяется по формуле:
Sr = (1,1Wic + Ww) ρs / efρw
  • где Wic — влажность мёрзлого грунта за счёт порового льда, цементирующего минеральные частицы (лёд-цемент), д. ед.;
  • Ww — влажность мёрзлого грунта за счёт содержащейся в нём при данной отрицательной температуре незамёрзшей воды, д. ед.;
  • ρs — плотность частиц грунта, г/см3;
  • еf — коэффициент пористости мёрзлого грунта;
  • ρw — плотность воды, принимаемая равной 1 г/см3.

Суммарная льдистость 

Суммарная льдистость мёрзлого грунта itot, д. ед. — отношение содержащегося в нём объёма льда к объёму мёрзлого грунта. Определяется по формуле: itot = ii + ic = ρ ⋅ i / ρi = ρf (Wtot − Ww) / ρi(Wtot + 1)

Зольность торфа

Степень зольности торфа Dds, д. ед. — характеристика, выражающаяся отношением массы минеральной части грунта ко всей его массе в абсолютно сухом состоянии. Определяется по ГОСТ 11306-83*.

Разложение торфа

Степень разложения торфа Ddp, д. ед. — характеристика, выражающаяся отношением массы бесструктурной (полностью разложившейся) части, включающей гуминовые кислоты и мелкие частицы негумицированных остатков растений, к общей массе торфа. Определяется по ГОСТ 10650-72.


Прочие характеристики

Происхождение 

По генезису (происхождению) выделяются три типа грунтов:
  1. Скальные: магматические интрузивные, магматические эффузивные, метаморфические, осадочные, вулканогенно-осадочные, элювиальные, техногенные.
  2. Дисперсные: осадочные, вулканогенно-осадочные, элювиальные, техногенные.
  3. Мёрзлые

Структура

Структура грунта — пространственная организация компонентов грунта, характеризующаяся совокупностью морфологических (размер, форма частиц, их количественное соотношение), геометрических (пространственная композиция структурных элементов) и энергетических признаков (тип структурных связей и общая энергия структуры) и определяющаяся составом, количественным соотношением и взаимодействием компонентов грунта.

Состав

Состав грунта вещественный — категория, характеризующая химико-минеральный состав твёрдых, жидких и газовых компонентов.

Текстура

Текстура грунта — пространственное расположение слагающих грунт элементов (слоистость, трещиноватость и др.).

Гранулометрический состав

Гранулометрический состав — количественное соотношение частиц различной крупности в дисперсных грунтах. Определяется по ГОСТ 12536-79.