Главная  Свойства 

 

Физические свойства грунтов и их строительная классификация

 

Твердые тела (материалы) при механических воздействиях испытывают упругие деформации. При ударе или другом импульсном воздействии в материале возникают упругие колебания, т.е. периодический процесс нагружения и упругой отдачи частиц материала. В этот процесс вовлекаются все новые и новые частицы, и упругая волна распространяется в толще материала. Скорость распространения упругих волн в однородных твердых телах определяется только свойствами материала и не зависит от размеров тела и импульса, вызвавшего колебательный процесс. Если представить материал как совокупность твердых частиц, скрепленных упругими связями, то на колебательный процесс влияют плотность расположения частиц и степень упругости связей.

 

Из приведенной зависимости видно, что при известной средней плотности рт скорость v зависит только от модуля Е. Следовательно, измерив скорость v распространения волн, возникающих от действия импульса, получим модуль упругости Е материала. Измерение скорости упругих волн лежит в основе акустических методов определения модуля упругости — важнейшей деформационной характеристики конструкций. Прочность материалов R связана с модулем упругости приближенными эмпирическими зависимостями, поэтому, зная зависимость R от v из параллельных испытаний одних и тех же образцов, можно косвенно судить и о прочности.

 

При акустическом методе испытаний в конструкции возбуждают колебания посылкой электрических импульсов или механическим ударом и измеряют время прохождения волн через образец толщиной. Скорость упругих волн равна v = l/t.

 

В зависимости от способа возбуждения волн различают два акустических метода испытания материалов: импульсный, когда возбуждение производится генератором электрических импульсов, посылаемых с заданной частотой; ударный, когда волны возникают от механического удара по поверхности материала.

 

Импульсный метод применяют при испытании образцов, изделий и конструкций сравнительно небольших размеров. Возбуждаемые в бетоне волны имеют очень большую частоту (сравнительно с частотой обычных звуков, воспринимаемых человеком на слух), т.е. относятся к типу так называемых ультразвуковых волн. Поэтому импульсный метод и аппаратуру, применяемую для регистрации скорости волн, называют ультразвуковыми.

 

Для испытания массивных конструкций больших размеров, например аэродромных покрытий или гидротехнических сооружений, мощность ультразвуковых колебаний, возбуждаемых электрическими импульсами, недостаточна. В этих случаях применяют ударный метод с измерением времени прохождения волны между двумя звукоприемниками, установленными на испытываемой поверхности.

 

11.1 Схема балки (а), форма (б) и график (в) ее колебаний

 

Если образец материала, например тонкую балку на двух опорах ( 11.17, а), изогнуть силой в середине пролета и отпустить, то она начнет совершать колебания около исходного (прямого) положения равновесия, изгибаясь то вверх, то вниз ( 11.17, б). Зависимость прогиба 6 балки от времени t ( 11.17, в) имеет вид синусоиды с периодом Т и амплитудой А. Величина А зависит от начального прогиба и с течением времени уменьшается за счет сил сопротивления в материале и других причин, т.е. колебания затухают. Однако период колебаний Т практически не зависит от начального прогиба и не меняется во времени, т.е. полностью определяется свойствами материала, а также схемой и размерами балки.

 

Существуют физические методы контроля качества материалов, основанные на измерении величин, не связанных с упругими колебаниями, например радиоизотопный (измеряют степень ослабления потока радиоактивных лучей при просвечивании ими материала) и др. Эти методы редко применяют для контроля прочности бетона в строительных изделиях и конструкциях. В настоящее время наиболее распространен ультразвуковой импульсный метод.

 

Для оценки и классификации грунтов оснований образцы, полученные в результате инженерно-геологических изысканий, подвергают лабораторным исследованиям. Образцы грунта должны иметь ненарушенную структуру, для этого их отбирают из относительно больших по объему образцов грунта (монолитов), полученных из шурфов и скважин.

 

Соотношение между фазами во многом определяют физические свойства грунтов.

 

Грунты состоят из твердых минеральных частиц, жидкости и газа и, таким образом, представляют собой (при положительной температуре) трехфазную систему. Грунты различают по многим признакам, наиболее важными из которых являются их физические и механические свойства.

 

Для более полной оценки свойств грунтов помимо основных используют и дополнительные физические характеристики: гранулометрический состав, плотность грунта в сухом состоянии, коэффициент пористости, степень влажности, число пластичности и показатель текучести.

 

После лабораторных исследований полученные физические характеристики сопоставляют с классификационными для качественной оценки свойств грунтов и возможности их использования для оснований сооружений.

 

Грунтам оснований зданий и сооружений даются наименования в описаниях результатов изысканий, проектах оснований и фундаментов в соответствии с классификацией, установленной ГОСТ 25100 — 8 В соответствии с данной классификацией различают скальные и нескальные грунты.

 

В результате лабораторных исследований определяют три основных показателя: плотность грунта ненарушенной структуры р, которая равна отношению массы образца грунта к его объему; плотность твердых частиц ps, равную отношению массы твердых частиц к их объему, и природную влажность и, равную отношению массы содержащейся в грунте воды к массе твердых частиц.

 

При наличии в кругшообломочном грунте более 40% песчаного заполнителя или более 30% пылевато-глинистого от общей массы воздупшо-сухого грунта в наименовании грунта приводится вид заполнителя с указанием характеристик последнего.

 

Гранулометрический состав характеризует содержание по массе групп частиц (фракций) грунта различной крупности по отношению к общей массе абсолютно сухого грунта. Он определяется просеиванием через стандартные сита.

 

По плотности сложения песчаные грунты оцениваются следующим образом.

 

К скальным грунтам оснований относят изверженные, метаморфические и осадочные породы с жесткими связями между зернами, залегающие в виде сплошного или трещиновидного массива. Их подразделяют в зависимости от предела прочности одноосному сжатию Ra коэффициента размягчаемости ^(отношение сопротивлений одноосному сжатию в водонасыщенном и сухом состоянии) и степени выветрелости песчаные — сыпучие в сухом состоянии грунты, которые содержат частицы крупнее 2 мм менее чем 50% по массе и не обладают пластичными свойствами (1Р0,01.

 

Песчаные грунты, как и крупнообломочные, в большинстве случаев являются надежными основаниями. С увеличением размеров частиц и плотности сложения прочность и устойчивость песчаных оснований возрастают, а их деформации затухают достаточно быстро.

 

Основания, сложенные крупнообломочными грунтами, как правило, являются надежными. Прочность крупнообломочных грунтов снижается при увеличении коэффициента выветрелости, окатанно-сти частиц и количества глинистого заполнителя. Наличие в крупнообломочных грунтах песчаного заполнителя практически не снижает его сопротивляемость внешним нагрузкам. При общей оценке оснований, состоящих из крупнообломочных грунтов, необходимо учитывать условия образования и характер залегания пластов. При наклонном залегании и наличии песчаных и глинистых прослоек могут образовываться поверхности скольжения, существенно снижающие устойчивость основания.

 

Обводнение гравелистых, крупных и мелких песков мало сказывается на их прочности, а пылеватые пески могут снижать свою прочность при увеличении влажности.

 

Плотность сложения является очень важной характеристикой при оценке свойств песчаных оснований. Иногда плотность сложения определяют статическим и динамическим зондированием.

 

Твердые и полутвердые пылевато-глинистые грунты являются надежными основаниями, в пластичном состоянии их используют в качестве оснований при условии, если величина осадки не превышает предельно допустимой, в текучепластичном и текучем состоянии пылевато-глинистые грунты используют для строительства только после специального обоснования, так как при действии даже небольших давлений эти грунты способны терять устойчивость.

 

Пески гравелистые, крупные и средней крупности, имеющие плотную и среднюю плотность Сложения, хорошо сопротивляются действию внешней нагрузки, претерпевая при этом незначительные деформации. Рыхлые пески слабо сопротивляются внешним нагрузкам, и их использование в качестве оснований требует специального обоснования.

 

К илам относят пылевато-глинистые грунты в начальной стадии формирования, образовавшиеся как осадок в воде при воздействии микробиологических процессов. Такие грунты обладают большой пористостью и анизотропией.

 

Несущая способность пылевато-глинистых грунтов во многом зависит от пористости и влажности, при уменьшении коэффициента пористости снижается и степень сжатия под действием внешней нагрузки. С увеличением пористости и влажности пылевато-глинистых грунтов уменьшается их сопротивляемость силовому воздействию, поэтому при проектировании фундаментов на основаниях из пылевато-глинистых грунтов следует учитывать изменение пористости и влажности в зависимости от гидрогеологических и климатических условий.

 

Просадочными называют грунты, которые под действием внешней нагрузки или собственного веса при замачивании дают значительную дополнительную осадку (просадку). Этим свойством обладают в основном лёссы и лёссовидные грунты. Такой вид грунтов имеет высокую пористость (0,4 и в необводненном состоянии обладает достаточной несущей способностью, обусловливаемой прочностью структурных связей. При замачивании эти связи нарушаются, происходит просадка с изменением внутренней структуры грунта.

 

Пылевато-глинистые грунты способны испытывать деформации, продолжающиеся в течение нескольких десятилетий, что необходимо учитывать при проектировании оснований. Среди пылевато-глинистых грунтов следует выделить особую категорию — илы, просадочные и набухающие грунты.

 

К набухающим относят грунты, способные при увлажнении или воздействии химических растворов увеличивать свой объем. Возможен и обратный процесс — уменьшение объема при снижении влажности, который называют усадкой. Основания, сложенные набухающими грунтами, рассчитывают по специальной методике, а при возведении фундаментов используют специальные конструктивные и эксплуатационные мероприятия.

 

Использование илистых грунтов в основании сооружений требует специального обоснования в силу их незначительной прочности, обусловливаемой только структурными связями.

 

При проектировании оснований зданий и сооружений следует уделять особое внимание насыпным грунтам, если их используют в качестве оснований. Насыпные грунты имеют большую степень неоднородности, обусловливающей неравномерность сжимаемости, и способны изменять свойства при динамических воздействиях. В них могут содержаться органические включения, шлаки и глины, вызывающие снижение прочности, дополнительные осадки, набухание и усадку.

 

При строительстве на просадочных грунтах осуществляется комплекс мероприятий, направленных на устранение или уменьшение влияния просадочности на здания и сооружения.

 

Особую категорию грунтов составляют засоленные, биогенные, насыпные и вечномерзлые грунты. Засоленные грунты при длительной фильтрации воды способны испытывать дополнительную суф-фозионную осадку и снижать прочность в результате выщелачивания, подвергаться набуханию и просадке при замачивании и формировать агрессивную среду, которая может оказать вредное воздействие на подземные конструкции сооружений. Биогенные грунты (торфы и сапропели) представляют собой смесь песчаных или глинистых грунтов с растительными остатками. Они характеризуются большой сжимаемостью медленным развитием осадок, анизотропией и возможностью формирования агрессивных сред по отношению к материалам подземных конструкций.

 

Вечномерзлые грунты расположены в основном на севере, в районах Сибири и Дальнего Востока. Они характеризуются наличием в порах воды, которая находится в замерзшем состоянии, что во многом и определяет их свойства. Изменение температурного режима вечномерзлого грунта может вызвать его оттаивание, приводящее ж возникновению дополнительных осадок.

 



Фундаменты на проса дочных грунтах. Кровли из асбестоцементаых плоских и волнистых листов. Кровли из мягких материалов. Крыши бань и саун. Легированные стали и твердые сплавы. Малярные работы. Материалы и изделия из горных пород.

 

Главная  Свойства 



0.0109