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 состояние грунтов по плотности, влажности, сжимаемости в соответствии с ГОСТ 25100-95.
Плотность сухого грунта rd определяется по формуле:
rd = 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 Ip вычисляется по формуле:
Ip = WL - Wp , (2.2)
где WL – влажность на границе текучести;
Wp – влажность на границе раскатывания.
Рисунок 5 - Инженерно-геологический разрез
Показатель текучести грунта IL вычисляется по формуле:
IL = (W - Wp)/(WL - Wp) ,(2.3)
Глинистые грунты различаются по показателю текучести согласно ГОСТ 25100-95.
Коэффициент пористости епредставляет собойотношение объема пор к объему твердых частиц:
е = (rs - rd)/rd ,(2.4)
где rs – плотность частиц грунта.
Коэффициент пористости используется для оценки плотности сложения песков.
Степень влажности Sr представляет собой отношение естественной влажности к влажности, соответствующей полному заполнению пор водой:
Sr = W rs / е rW ,(2.5)
где rW – 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 = (еL – е)/(1 + e), ,(2.6)
где еL - коэффициент пористости, соответствующий влажности на границе текучести WL , определяемый по формуле:
еL = WL rs / rW ,(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 Sr¢ 0,8 , для которых величина показателя П меньше значений, приведенных в таблице 2.1.
Коэффициент относительной сжимаемости грунта:
mv = 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 / mv ,(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 = xn / gq ,(2.10)
где xn – нормативное значение данной характеристики
gq – коэффициент надежности по грунту; принимается =1 для всех характеристик кроме r, w, с.
Нормативные значения угла внутреннего трения wn, удельного сцепления сn 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 gq = 1;
- в расчете оснований по несущей способности:
для удельного сцепления gq(с) = 1,5;
- для угла внутреннего трения песчаных
грунтов gq(w) = 1,1;
- для угла внутреннего трения пылевато-глинистых
грунтов gq(w) = 1,15.
Расчетные значения характеристик грунтов с, w и g для расчетов по несущей способности обозначаются сI, wI, gI , а по деформациям сII, wII, gII.
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 mv ¢ 0,05 МПа-1. Грунты относятся к сильносжимаемым при mv $ 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.