Вопрос 1 - Основные физико - механические характеристики грунтов

К основным физико-механическим характеристикам грунтов относят: плотность грунта; плотность сухого грунта; природную влажность и ряд других, часть из них определяют опытным путем. На основе этих известных характеристик вычисляют производные характеристики, определяют вид и состояниегрунтов по плотности, влажности, сжимаемости в соответствии с ГОСТ 25100-95.

Плотность сухого грунта r_d определяется по формуле:

r_{d =} r / (1 + W), (2.1)

где r - плотность грунта, т/м³;

W – природная влажность

Тип глинистого грунта определяется по числу пластичности в соответствии с ГОСТ 25100-95.

Число пластичности I_p вычисляется по формуле:

I_p = W_L - W_p, (2.2)

где W_L – влажность на границе текучести;

W_p – влажность на границе раскатывания.

Рисунок 5 - Инженерно-геологический разрез

Показатель текучести грунта I_L вычисляется по формуле:

I_L = (W - W_p)/(W_L - W_p), (2.3)

Глинистые грунты различаются по показателю текучести согласно ГОСТ 25100-95.

Коэффициент пористости е представляет собойотношение объема пор к объему твердых частиц:

е = (r_s - r_d)/r_d, (2.4)

где r_s – плотность частиц грунта.

Коэффициент пористости используется для оценки плотности сложения песков.

Степень влажности S_r представляет собой отношение естественной влажности к влажности, соответствующей полному заполнению пор водой:

S_r = W r_s / е r _W , (2.5)

где r_W – плотность воды.

По степени влажности крупнообломочные и песчаные грунты подразделяют в соответствии с ГОСТ 25100-95.

Для предварительной оценки просадочности и набухания глинистого грунта при замачивании определяется показатель П:

П = (е_L – е)/(1 + e),, (2.6)

где е_L - коэффициент пористости, соответствующий влажности на границе текучести W_L, определяемый по формуле:

е_L = W_L r_s / r _W , (2.7)

Если П0,3, то при предварительной оценке грунты относятся к набухающим.

К просадочным относятся лессы и лессовидные грунты (а также некоторые виды покровных глинистых грунтов) со степенью влажности S_r¢ 0,8, для которых величина показателя П меньше значений, приведенных в таблице 2.1.

Коэффициент относительной сжимаемости грунта:

m_v = m₀ /(1 + e), (2.8)

где m₀ – коэффициент сжимаемости

Таблица 2.1 – Зависимость от числа пластичности и показателя просадочности

Число пластичности грунта Ip	0,01£Ip¢0,1	0,1£Ip¢0,14	0,14£Ip¢0,22
Показатель П	0,1	0,17	0,24

Коэффициент относительной сжимаемости используется для предварительной оценки сжимаемости грунтов в соответствии с таблицей 2.2.

Таблица 2.2 - Значения коэффициента относительной сжимаемости

Наименование грунта по сжимаемости	Коэффициент относительной сжимаемости mv, МПа-1
Малосжимаемый	mv ¢ 0,05
Среднесжимаемый	0,05¢ mv ¢ 0,5
Сильносжимаемый	0,5¢ mv

Модуль общей деформации определяется по формуле:

Е₀ = b / m_v, (2.9)

где b - безразмерный коэффициент, зависящий от коэффициента общей относительной поперечной деформации. Значения коэффициента b для различных видов грунтов приведены в таблице 2.3.

Таблица 2.3 – Значения безразмерных коэффициентов

Грунты	b
Крупнообломочные	0,8
Пески и супеси	0,74
Суглинки	0,62
Глина	0,43

Условное расчетное сопротивление грунта R₀ принимается по таблицам 1… 6 приложения 3 СНиП 2.02.01-83.

Все расчеты оснований должны выполняться с использованием расчетных значений физико-механических характеристик грунтов. Расчетные характеристики грунтов определяются по формуле:

x = x_n / g_q, (2.10)

где x_n – нормативное значение данной характеристики

g_q – коэффициент надежности по грунту; принимается =1 для всех характеристик кроме r, w, с.

Нормативные значения угла внутреннего трения w_n, удельного сцепления с_n и модуля деформации Е допускается принимать по табл. 1 … 3 рекомендуемого приложения 1 СНиП 2.02.01-83. Расчетные значения характеристик в этом случае принимаются при следующих значениях коэффициента надежности по грунту:

- в расчете оснований по деформациям g_q = 1;

- в расчете оснований по несущей способности:

для удельного сцепления g_q(с) = 1,5;

- для угла внутреннего трения песчаных

грунтов g_q(w) = 1,1;

- для угла внутреннего трения пылевато-глинистых

грунтов g_q(w) = 1,15.

Расчетные значения характеристик грунтов с, w и g для расчетов по несущей способности обозначаются с_I, w_I, g_I, а по деформациям с_II, w_II, g_II.

Все определенные физико – механические характеристики грунтов, слагающих строительную площадку, сводятся в таблицу 2.4.

Таблица 2.4

Наиме- нование грунта	Определенные (заданные)	Вычисленные
Мощ-ность, м	Плот- ность грунта r, т/м3	Плот- ность частиц грунта rs, т/м3	Природная влаж-ность W	Влаж ность на преде ле теку-чести WL	Влажность На границе раскатывания Wp	Плотность скелета грунта rd, т/м3	Число пластичности Ip	Показатель текучести IL	Коэф-фициент порис-тости е

Продолжение таблицы 2.4

Вычисленные
Степень влажно сти Sr	Показа тель П	Модуль деформации Е0 МПа	Расчетное сопротив- ление R0, кПа	Для расчета оснований
по несущей способности	по деформациям
удельный вес, gI, кН/м3	угол внутрен-него трения wI, град.	сцеп-ление сI кН/м2	удельный вес, gII, кН/м3	угол внутрен-него трения wII, град.	сцепле-ние сII, кН/м2

Заключение. На основе анализа показателей физико - механических свойств грунтов необходимо сделать вывод о возможности использования в качестве естественного основания в первую очередь ближайшего к поверхности, а затем всех грунтовых пластов, слагающих строительную площадку. Каждый слой грунта оценивается с точки зрения однородности, сжимаемости, прочности, а также возможных изменений этих свойств во времени и от различных обстоятельств.

Грунт считается малосжимаемым, если для него коэффициент относительной сжимаемости m_v ¢ 0,05 МПа^-1. Грунты относятся к сильносжимаемым при m_v $ 0,5 МПа^-1 и Е₀ ¢ 5 МПа. Глинистый грунт считается слабым, если коэффициент пористости для супеси е$0,7, суглинка е$1,0 и для глины е$1,1, а также если он находится в текучепластичном или текучем состоянии. Прочными являются грунты в полутвердом и твердом состояниях.

При наличии слабых или сильносжимаемых грунтов (рыхлые пески, заторфованные грунты, просадочные грунты и др.) мощностью до 3 м необходимо пройти эту мощность грунтов, оперев подошву фундамента на более прочный, малосжимаемый нижерасположенный грунт. Если прочность слабых грунтов превышает 3 м или имеются прослойки слабых грунтов, то эти грунты можно использовать в качестве основания лишь с применением инженерных мероприятий (уплотнение, закрепление грунтов различными способами), которые позволят повысить прочность слабых грунтов и уменьшить возможные неравномерные осадки грунта под зданием.