Как влияет действие грунтовых вод на удельный вес грунта

Добавил пользователь Morpheus
Обновлено: 18.09.2024

Учитывая, что грунт представляет собой сложную дисперсную среду, состоящую из минеральных твердых частиц и порового пространства, заполненного в самом общем плане водой (поро-вой жидкостью) и воздухом, понятие плотности как физической величины также является сложным и приобретает определенность только в том случае, если указывается точно, о плотности каких фаз грунта идет речь.

Плотность частиц грунта ρ_s представляет собой отношение массы твердой части сухого грунта m_s (исключая массу воды в его порах) к его объему V:

Обычно в качестве единицы измерения плотности частиц грунта применяют следующие единицы: кг/м 3 , г/см 3 , т/м 3 и т.д.

Плотность частиц грунтов зависит от их минерального состава и присутствия органических и органоминеральных веществ, поэтому она представляет собой средневзвешенную плотность этих частей грунта.

Плотность частиц отдельных видов дисперсных грунтов имеет следующие значения: пески — 2,65. 2,67 т/м 3 ; супеси — 2,68. 2,72 т/м 3 ; суглинки — 2,69. 2,73 т/м 3 ; глины 2,71 . 2,76 т/м 3 ; торфы 1,50. 1,80 т/м 3 .

Плотность влажного грунта ρ_w представляет собой отношение массы влажного грунта m_w к его объему V_w:

Плотность сухого грунта ρ_d представляет собой отношение массы сухого грунта m_d (исключая массу воды в его порах) к занимаемому этим грунтом объему, который включает в себя объем имеющихся в этом грунте пор:

Эти параметры используются для характеристики физических свойств грунтов и в динамических расчетах оснований сооружений.

Для инженерных геотехнических расчетов, связанных, в частности, с определением природного давления и давления засыпки на подпорные стенки, используется не характеристика плотности грунта, а характеристика его удельного веса, представляющего собой отношение веса грунта к занимаемому им объему и измеряемого в Н/м 3 , кН/м 3 , мН/м 3 (система СИ).

Удельный вес частиц грунта γ_s — отношение веса сухого грунта к объему его твердой части.

Удельный вес влажного грунта γ_w — отношение веса влажного грунта ко всему занимаемому этим грунтом объему.

Удельный вес сухого грунта γ_d — отношение веса сухого грунта (скелета) к занимаемому этим грунтом объему, включая поры.

Плотность и удельный вес связаны между собой несложным соотношением. Так, при значении плотности частиц грунта р_s = 2,71 т/м3, удельный вес частиц этого же грунта γ_s = 10 р_s = 27,1 кН/м 3 .

Определение удельного веса состоит из двух основных операций: определения объема некоторого количества грунта и определения веса этого объема грунта.

Определение объема образца (монолита) непористой скальной породы осуществляется путем погружения образца в воду и определения объема вытесненной при этом воды.

Определение объема образца глинистого грунта путем непосредственного погружения его в воду невозможно, существует реальная опасность, что глинистый образец либо распадется, либо разбухнет, поглощая воду. Поэтому образец глинистого грунта перед погружением в воду предварительно парафинируют, т.е. покрывают его слоем не пропускающего воду парафина. При парафинировании следует избегать возможного защемления воздуха (пузырьков) между грунтом и парафином.

Далее опыт проводят обычным образом, описанным ранее. Для определения объема чистого грунта необходимо из найденного общего объема запарафинированного грунта вычесть объем, занятый парафином. Объем парафина легко определяется взвешиванием образца до и после парафинирования и учетом удельного веса самого парафина, обычно близкого к 9 кН/м 3 .

Удельный вес значительных по размеру монолитов связных грунтов определяется с достаточной точностью путем непосредственного измерения монолита, которому придали правильную геометрическую форму, например цилиндрическую, и его последующего взвешивания. На практике для определения удельного веса влажного (и сухого) грунта часто используется металлическое кольцо с заостренным режущим краем диаметром до 15 см и высотой до 5. 10 см. Для отбора пробы кольцо вдавливается в грунт. Объем образца в данном случае определяется внутренним объемом цилиндра.

Удельный вес влажных глинистых грунтов обычно составляет 19,5. 21,0 кН/м 3 . Удельный вес сухих несвязных сыпучих грунтов обычно колеблется от 15,8 до 16,5 кН/м3.

Объем несвязных песчаных грунтов определяют в двух состояниях: наиболее рыхлом и наиболее плотном. Определение ведется путем укладки песка в мерную емкость, причем пески испытываются в сухом виде или под водой. Требуемая максимальная рыхлость песка достигается осторожным его насыпанием в емкость, a предельная плотность — путем тщательного его штыкования до постоянства массы или путем помещения емкости с песком на вибростол.

В модуле расчета и проектирования фундаментов грунтовые воды рассматриваются лишь в качестве фактора, вызывающего Архимедову силу. Не рассматриваются ни эффекты, связанные с движением воды в грунте, ни эффекты, относящиеся к изменению внутренних свойств грунта (сцепление, угол внутреннего трения), вызванных присутствием грунтовых вод.

Архимедова сила, действующая на фундамент, рассчитывается на основании закона Архимеда: подъемная сила равна весу воды, вытесненной фундаментом.

Архимедова сила, действующая на погруженный в воду фундамент, и изменение плотности влажного грунта рассчитываются как для тела с порами. Для этих расчетов параметр грунта называется Удельный вес грунтового массива. В расчетах полагается, что удельный вес грунта сравнимый с удельным весом сухого грунта, который допускает использование следующего соотношения

rsw – удельный вес грунта ниже уровня грунтовых вод;

rs – удельный вес сухого грунта (удельный вес);

rss – удельный вес грунтового массива;

ρw - плотность воды.

Примечание Если удельный вес грунтового массива равен или меньше, чем удельный вес грунта, то грунт рассматривается как твердое тело.

В польских нормативных документах имеется возможность определить только один уровень грунтовых вод, для остальных определяются два уровня: Высокий и Низкий. Высокий уровень рассматривается как меняющийся; высокий уровень рассматривается только в случае, когда его воздействие неблагоприятно (это также относится к уровню грунтовых вод, определяемому в польских нормах). Нижний уровень вод рассматривается как не изменяющийся и возникающий в каждом расчетном режиме.

Иногда при строительстве своего дома нужно определить объемный вес грунта. Все мы что-то копаем, роем, вывозим, привозим… Всегда требуется определить хотя бы нужный тоннаж заказываемой машины, чтобы не попасть впросак.

Грунт перевозится довольно часто. Как определить его объемный вес (ОВ)? Этот вопрос и рассмотрим.

Для начала надо уяснить себе, чем ОВ отличается от УВ (удельного веса), похожую задачку с песком мы решали здесь.

Удельным весом грунта будет называться отношение его объема к массе его твердых частичек, которые высушены при Т=100-105°С.

Нужно помнить, что УВ зависит от:

минералогического состава;
количества органических веществ;
отсутствия (либо наличия) всевозможных растительных остатков.

Зачем нам нужно знать УВ? Эта величина понадобится при определении ОВ. Таблица удельных весов наиболее встречаемых грунтов выглядит вот так.

Теперь, зная эти цифры, можно приступать к определению объемного веса грунта, т.е. в единице объема.

Основной фактор, который влияет на этот параметр — влажность. В зависимости от нее объемный вес грунта разделяется на 2 вида.

На это обстоятельство следует обращать внимание.

Порой такие мелочи вносят ошибку в расчеты.

ОВ сухого материала вычисляется по формуле:

Что касается ОВ влажного материала, он вычисляется вот так:

Конечно, застройщик-любитель этими формулами пользоваться не будет. Ему нужно подсчитать все быстро и без лишней головной боли.

Искомые усредненные значения объемного веса влажного грунтового материала можно брать из этой таблицы.

Как видим, необходимо учитывать пористость материала. Грунт — это очень сложная, многогранная и дисперсная среда, состоящая из многих слагаемых. Каких именно?

Твердых минеральных частиц.
Пустот (порового пространства, которое обычно заполнено воздухом и водой).

Точные подсчеты по вычислению его ОВ порой весьма затруднительны. Впрочем, рядовому застройщику это и не нужно. Достаточно взять усредненные данные и подставить их в свои расчеты.

В справочниках можно встретить такую полуэкзотическую величину, как ОВ грунта под водой. Это масса единицы объема под водой с ее натуральной пористостью. Значение это = массе объема материала минус количество воды, которая вытесняется твердыми частицами. Рассчитывается эта объемная величина по формуле:

Удельный вес грунта, находящегося ниже уровня подземных вод (УПВ), во взвешенном состоянии определяется по формуле:

Коэффициент пористости грунта е=1,01; удельный вес воды равен 10кН/м 3 ; удельный вес грунта равен 27,5 кН/м 3 .

Коэффициент пористости грунта е=0,632; удельный вес воды равен 10кН/м 3 ; удельный вес грунта равен 27,2 кН/м 3 .

VII.Определение плотности грунта в сухом состоянии

Плотность грунта в сухом состоянии _d определяется по формуле

_d=

Плотность грунта ₀= 1,96 т/м 3 ; природная влажность W=0,27

Плотность грунта ₀= 1,98 т/м 3 ; природная влажность W=0,26

Плотность грунта₀= 2,0 т/м 3 ; природная влажность W=0,27

Плотность грунта ₀= 1,91 т/м 3 ; природная влажность W=0,22

Плотность грунта ₀= 2,0 т/м 3 ; природная влажность W=0,2

3.4 Определение механических свойств грунтов

I. Определение коэффициента относительной сжимаемости mv.

Коэффициент относительной сжимаемости определяется по формуле

m_v =

β=0,74 –коэффициент для песка

β=0,62 –коэффициент для суглинков

β=0,43 –коэффициент для глин

Песок, модуль деформации Е₀ = 9 МПа,  = 0,74

Суглинок, модуль деформации Е₀ = 12 МПа,  = 0,62

ИГЭ-3.

Глина, модуль деформации Е₀ = 13 МПа,  = 0,43

Суглинок, модуль деформации Е₀ = 12 МПа,  = 0,62

Глина, модуль деформации Е₀ = 30 МПа,  = 0,43

Определение несущей способности свай

Несущая способность буронабивной сваи с уширением по грунту определяется по формуле (11) [11]:

где _c — коэффициент условий работы сваи; _c = 0,8;

_cR ‑ коэффициент условий работы грунта под нижним концом сваи; _cR = 1

R ‑ расчетное сопротивление грунта под нижним концом сваи, принимаемое по указаниям п. 4.7[11]. Для пылевато-глинистых грунтов при h= 7,35 м, J_L= 0,35 по табл.7 [11]: R= 755кПа.

A — площадь опирания на грунт сваи, при d= 0,6м, А=0,283м 2 .

u — периметр поперечного сечения ствола сваи, при d= 0,6 м, u = 1,88 м 2 .

_cf — коэффициент условий работы грунта на боковой поверхности сваи, зависящий от способа образования скважины и условий бетонирования и принимаемый по табл. 5[11] ; при буронабивных, бетонируемые жесткими бетонными смесями, укладываемыми с помощью глубинной вибрации (сухим способом) _cf= 0,8.

f_i — расчетное сопротивление i-гo слоя грунта на боковой поверхности ствола сваи, кПа (тс/м 2 ), принимаемое по табл. 2[11]

Толщу грунта, прорезаемого сваей, разбиваем на слои толщиной не более 2 м.

Для 1-го слоя при средней глубине его расположения z₁=1,8м и средней крупности, f₁ =40,6 кПа.

Для 2-го слоя при средней глубине его расположения z₂=3,44 м и J_L=0,4, f₂ =27 кПа.

Для 3-го слоя при средней глубине его расположения z₃=5,0 м и J_L=0,4, f₃=29 кПа.

Для 4-го слоя при средней глубине его расположения z₄=6,6 м и J_L=0,35, f₄ =37 кПа.

h_i — толщина i-го слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи. h₁= 1,2 м , h₂= 2,0 м., h₃= 1,2 м, h₄= 2,0 м, h₅= 2,0 м, h₅= 2,0 м, h₆= 2,0 м, h₇= 1,9 м, h₈= 2,0 м.

Тогда несущая способность сваи будет равна:

F_d =0,8*(1*755*0,283+1,88*0,8*(27*2+29*1,2+37*2+40,6*1,2)=425кН

Читайте также: