Основные, производные и классификационные характеристики грунта

Физические характеристики грунтов позволяют количественно оценить их свойства и не зависят от применяемых методов расчета грунтовых сред. Ряд физических характеристик грунтов может быть получен, исходя из представления грунта как многокомпонентной среды, в общем случае состоящей из твердых частиц, жидкости (воды) и газа (рис. 2.2).

Различают физические, прочностные и деформационные характеристики грунта. Физические характеристики подразделяются на основные, производные и классификационные. Основными являются характеристики, определяемые из опыта. Остальные физические характеристики являются расчетными. Введем следующие условные обозначения физических величин, показанных на рис. 2.2; ρ_w, γ_w – плотность и удельный вес воды; g – ускорение свободного падения.

Рис. 2.2. Модель грунта:

V – объем образца грунта; V_s – объем минеральных частиц грунта в объеме V; V_n – объем пор
в объеме V; V_w – объем воды в порах; G – масса образца грунта; G_s – масса частиц грунта (скелета);
G_w – масса содержащейся в порах воды; G_w,р – то же в заданном состоянии грунта на границе пластичности (раскатывания); G_w,L – то же в заданном состоянии грунта на границе текучести

Данные о свойствах грунтов для наглядности представим в табличной форме (табл. 2.2, 2.3, 2.4).

В формулах плотность воды p_w обычно принимают равной 1 г/см³ (или 1 т/м³), удельный вес γ_w равным 10 кН/м³. Строго говоря, это не соответствует действительности, так как плотность прочносвязанной воды существенно больше единицы. Однако методика определения p_w с учетом плотности связанной воды, большей по сравнению со свободной, пока еще не разработана. Кроме того, при малом количестве прочносвязанной воды в грунте погрешность при расчете небольшая.

Таблица 2.2

Основные физические характеристики грунта

Наименование	Обозначение	Размерность	Формула для вычисления
Плотность грунта	ρ	кг/м	ρ = G/ V
Удельный вес грунта	γ	кН/м3	γ = ρ ∙ g
Плотность частиц грунта	ρs	кг/м	ρs = Gs / Vs
Удельный вес частиц грунта	γs	кН/м3	γs = ρs ∙g
Влажность грунта	W	безразмерна	W = (G – Gs)/ Gs = Gw / Gs
Влажность на границе пластичности (раскатывания)	WP	безразмерна	WР = Gw,p / Gs
Влажность на границе текучести	WL	безразмерна	WL = Gw,,L / Gs

Таблица 2.3

Производные физические характеристики грунта

Наименование	Обозначение	Размерность	Формула для вычисления
Плотность сухого грунта	ρd	кг/м3	ρd = Gs / V = ρ / (1+ W)
Удельный вес сухого грунта	γd	кН/м3	γd = ρd ∙ g = γ / (1+ W)
Коэффициент пористости	e	безразмерна	e = Vn / Vs = (ρs – ρd) / ρd = ρs / ρd – 1
Пористость	n	безразмерна	n = Vn / V = (ρs – ρd) / ρs = 1 – ρd / ρs
Плотность грунта с учетом взвешивающего действия воды	ρовзв	кг/м3	ρовзв =
Удельный вес грунта с учетом взвешивающего действия воды	gовзв	кН/м3	gовзв =

Таблица 2.4

Классификационные физические характеристики грунта

Наименование	Обозначение	Размерность	Формула для вычисления
Число пластичности	Ip	безразмерна	Ip = WL – Wp
Показатель текучести	IL	безразмерна	IL = (W – Wp) / (WL – Wp) = = (W – Wp) / Ip
Степень влажности (коэффициент водонасыщенности)	Sr	безразмерна	Sr = Vw / Vn = (ρs / ρw)∙(W / e)
Полная влагоемкость	Wsat	безразмерна	Wsat = (pw / ps)∙ e (соответствует Sr = 1)
Коэффициент относительной плотности (индекс плотности)	D	безразмерна	D = , e max – коэффициент пористости грунта в max рыхлом его состоянии; e min – коэффициент пористости грунтов в min рыхлом его состоянии
Относительная деформация просадочности		безразмерна	где и – высота образца соответственно природной влажности и после его полного водонасыщения (w = w (sat)) при давлении p, равном вертикальному напряжению на рассмат- риваемой глубине от внешней нагрузки и собственного веса грунта – высота того же образца природной влажности при

Приведенные в таблицах формулы для вычисления производных и классификационных физических характеристик грунта получены в результате преобразования выражений, являющихся определениями этих характеристик: