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 Кф и плотность грунтов р. Важными расчетными характеристиками являются коэффициент пористости е, степень влажности Sr и показатель текучести JL. Они характеризуют состояние грунтов. По наименованию грунтов и их коэффициенту пористости определяют плотность сложения песчаных грунтов. Показатель текучести JL, характеризует подвижность глинистых частиц при механических воздействиях на грунт. Значение Sr 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 Ŕс, 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.
