Основные показатели физико-механических свойств грунтов

Как было показано выше, каждый грунт имеет свои, только ему присущие строительные свойства. В оценке свойств грунтов, входящих в расчеты оснований фундаментов, наибольшее значение имеют физико-механические характеристики. Значения показателей этих харак­теристик позволяют выполнять необходимые расчеты при проектировании зданий и сооружений.

Характеристики физических свойств выражают физическое состоя­ние грунтов (плотность, влажность и др.) и позволяют их классифицировать по типу, виду и разновидностям. Под механическими подразумевают такие свойства, которые появляются в грунтах под воздействием внешних усилий (давления, удара). Механические свойства оцениваются прочностными и деформационными характеристиками грунтов.

Показатели физических и механических свойств скальных и не­скальных грунтов между собой довольно значительно различаются, особенно физические. Некоторые основные физические и механиче­ские свойства скальных и нескальных грунтов приводятся в табл. 16

В табл. 16 показаны характеристики скальных грунтов: физические — плотность, коэффициент размягчения, коэффициент трещиноватости, пористость; механические—сопротивление сжатию и модуль деформации.

Нескальные грунты характеризуются значительно большим коли­чеством физико-механических свойств, особенно физических. Это связано с их более химико-минеральным составом, разнообразием структур и текстур.

К физическим свойствам нескальных фунтов, определяемых экс­периментально и используемых непосредственно в расчетах оснований, относятся коэффициент фильтрации К_ф и плотность грунтов р. Важ­ными расчетными характеристиками являются коэффициент пористости е, степень влажности S_r и показатель текучести J_L. Они характеризуют состояние грунтов. По наименованию грунтов и их коэффициенту пористости определяют плотность сложения песчаных грунтов. Показатель текучести J_L, характеризует подвижность глини­стых частиц при механических воздействиях на грунт. Значение S_r отражает степень заполнения пор грунтов водой. О физических свойствах скальных, нескальных и специфических грунтов будет сказано дальше при описании их видов и разновидностей. Ниже приводятся разъяснения только по механическим характеристи­кам.

Прочность грунтов оценивается максимальной нагрузкой, прило­женной к нему в момент разрушения (потери сплошности). Эта характеристика называется пределом прочности Ŕ_с, МПа, или времен­ным сопротивлением сжатию.

На прочность грунтов влияют:

• минеральный состав,

• характер структурных связей,

• трещиноватость,

• степень выветрелости,

• степень размягчаем ости в воде и др.

Для нескальных грунтов другой важной характеристикой прочности является сопротивление сдвигу. Определение этого показателя необхо­димо для расчета устойчивости оснований, т. е. несущей способности, а также для оценки устойчивости грунтов в откосах строительных котлованов, расчета давления грунта на подпорные стены и т. д. Сопротивление сдвигу оценивается силами внутреннего сдвига φ, град., и сцепления С, кПа. Под первыми понимают силы сопротивления, которые возникают между соприкасающимися друг с другом частями грунта, а под вторыми — сопротивление структурных связей грунта всякому перемещению слагающих частиц.

Деформационные свойства характеризуют поведение грунтов под нагрузками, не превышающими критические и не приводящими к разрушению. Деформируемость грунтов зависит, как от сопротивляе­мости и податливости структурных связей, пористости, так и от способности деформироваться слагающих их минералов. Деформаци­онные свойства грунтов оценивается модулем деформации Е, МПа

Следует отметить, что кроме физико-механических характеристик свойства грунтов во многом зависят от ряда других показателей. Большое влияние могут оказывать состав минералов, характеристики структур и текстур, а для нескальных грунтов — присутствие водора­створимых солей и органических веществ. При оценке свойств грунтов все эти их особенности необходимо учитывать.

Для решения задач проектирования зданий и сооружений все физико-механические характеристики грунтовых оснований разделяют на две группы:

1) показатели физико-механических свойств, которые используют­ся непосредственно в расчетах оснований и 2) вспомогательные пока­затели, с помощью которых осуществляют классификацию грунтов, прогнозируются механические характеристики первой группы, выде­ляются инженерно-геологические элементы в толще грунтов. Харак­теристики грунтов, используемые в расчетах оснований, приведены в табл. 18. Вспомогательные характеристики, которые отражают физи­ческие свойства грунтов, показаны в табл. 19.

Кроме вышеуказанных характеристик на свойства грунтов во мно­гих случаях существенное влияние оказывают минеральный и химиче­ский состав, структуры и текстуры, для скальных грунтов; трещиноватость, степень выветрелости, у дисперсных—содержание водорастворимых солей, присутствие органического вещества и т. д. Так, большое количество минерала монтмориллонита придает глинам особые свойства, большое количество гумуса типично почвам и т. д. Все эти характеристики грунтов определяют специалисты (геологи, физики, химики) в соответствующих лабораториях, где имеется необ­ходимая аппаратура — рентгеновские приборы, электронные и геоло­гические микроскопы, дериватографы, установки ИКС и др.

Реологические свойства грунтов. При оценке свойств грунтов следует помнить, что эти свойства могут изменяться во времени в силу воздействия процессов выветривания и многолетнего воздействия больших нагрузок. Все это приводит к «усталости» грунтов, их структура расслабляется. В грунтах возникают деформации в виде ползучести и даже текучести. Этот процесс называют реологическим. В результате грунт разрушается и здание деформируется. В последнее десятилетие этот процесс часто наблюдается при строительстве сверхвысоких зда­ний и крупных промышленных объектов. Реологические свойства грунтов требуют специальной оценки и исследований.