Фізичні характеристики ґрунтів

Оцінка кожного конкретного різновиду ґрунту як фізичного тіла виконується за допомогою ряду фізичних характеристик. Різноманітність складу, будови і стану ґрунтів робить неминучим введення значного числа таких характеристик. Деякі з них безпосередньо застосовуються в розрахунках основ і ґрунтових споруд, сукупність ряду характеристик використовується для класифікації ґрунтів. Кількісні показники одних характеристик завжди визначаються дослідами, найчастіше зі зразками ґрунту, інших – розрахунком за значеннями визначених у досвідах показників.

Відповідність отриманих у такий спосіб характеристик стану ґрунту, що залягає в основі або складає тіло споруди, є однією з найважливіших умов точності інженерних прогнозів.

Таблиця 2.1

Фізичні величини і класифікаційні показники ґрунтів

Характеристика, розмірність	Визначення характеристик	Позначення, формула
1	2	3
Питома вага часток ґрунту, н/см3	Відношення ваги сухого ґрунту до об‘єму його твердої частини	γs
Питома вага ґрунту, н/см3	Відношення ваги ґрунту непорушеної структури (включаючи вагу води в його порах) до займаного цим ґрунтом об‘єму	γ
Вологість	Відношення ваги води, що утримується в ґрунті, до ваги сухого ґрунту	ω
Питома вага сухого ґрунту, н/см3	Відношення ваги сухого ґрунту до об‘єму ґрунту непорушеної структури, (включаючи об‘єм пор)	γd = γ/(1+ω)
Пористість	Відношення обсягу пір до обсягу всього ґрунту, включаючи пори	n = 1-γd/γs
Коефіцієнт пористості	Відношення об‘єму пор до об‘єму твердої частини кістяка ґрунту	e = n/(1-n) = = (γs/γ)·(ω+1)-1
Відносна вологість (ступінь вологості)	Відношення об‘єму води до об‘єму пор ґрунту – ступінь заповнення пор водою (γω – питома вага води, н/см3)	Sr = ω·γs/e·γω
Повна вологоємність	Вологість ґрунту, що відповідає повному заповненню пор водою	ωmax = e·γω/γs
Природна вологість	Вологість ґрунту в природному стані	ωο
Гігроскопічна вологість	Вологість повітряно-сухого ґрунту	ωr
Максимальна молекулярна вологоємність	Вологість ґрунту при максимальній товщині плівок зв'язаної води	ωm
Об'ємна вологість	Відношення об‘єму води, що утримується в ґрунті, до загального об‘єму ґрунту	ωυ = ω·γs
Коефіцієнт водовіддачі	Відношення об‘єму вільно витікаючої (або що добувається) із ґрунту води (при повному заповненні пор водою) до об‘єму всього ґрунту	μ = γs·(ωυ-ωm) = = e·γω-ωm·γs
продовження таблиці 2.1
1	2	3
Недостаток насичення	Відношення об‘єму пор, не заповнених водою, до загального об‘єму ґрунту	μ´ = γs·(ωmax-ωo)
Коефіцієнт (ступінь) розм‘як-шення у воді	Відношення тимчасових опорів одноосьовому стискові у водонасиченому і в повітряно-сухому станах	ksaf = Rc/Rs
Ступінь вивітрюванності скельного ґрунту	Відношення питомої ваги вивітрюванного і невивітрюванного зразків того самого ґрунту	ks = γm/γ
Зерновій (гранулометричний) склад	Розподіл по фракціях усіх часток, що містяться в ґрунті, з визначенням їхнього відносного змісту	—
Ефективні діаметри	Діаметр, менше якого містяться в ґрунті (по вазі) відповідно 60 або 10% часток	d60, d10
Ступінь неоднорідності	Відношення ефективних діаметрів	cu = d60/d10
Вологість на границі текучості	Вологість, при якій зв'язний ґрунт переходить із пластичного стану в текучій і навпаки	ωL
Вологість на границі пластичності (розкочування)	Вологість, при якій зв'язний ґрунт переходить із твердого стану в пластичний і навпаки	ωP
Число пластичності	Різниця вологостей на границях текучості і пластичності	IP = ωL-ωP
Показник консистенції (текучості)	Показник стану ґрунту порушеної структури	IL = (ωo-ωP)/IP
Коефіцієнт пористості ґрунту порушеної структури	Коефіцієнт пористості ґрунту порушеної структури, що відповідає вологості на границі текучості	eL = ωL·γs/γω
Показник просадочності	Емпіричний показник для попереднього віднесення ґрунтів до просідаючих або набухаючих	П = (eL-e)/(1+e)
Коефіцієнт вивітрювання великоуламкових ґрунтів	ko – відношення ваги часток розміром менш 2 мм до ваги часток розміром більш 2 мм до іспиту на стирання; k1 – те ж, після іспиту на стирання	ks = (k1-ko)/k1

Класифікація ґрунтів

Для того щоб визначити місце кожного конкретного ґрунту серед великого різноманіття природних і штучних ґрунтів, розроблена класифікація ґрунтів (ГОСТ 25100-82). Усі ґрунти по характеру структурних зв'язків підрозділяються на скельні і нескельні ґрунти. У межах кожного класу ґрунти підрозділяються на групи по походженню (магматичні, метаморфічні, осадові зцементовані, штучні – для скельних ґрунтів; осадові незцементовані і штучні – для нескельних ґрунтів). Кожна група підрозділяється за умовами утворення на підгрупи.

Серед незцементованих ґрунтів виділяються великоуламкові, піщані, пилуваті і глинисті, біогенні, ґрунти і т.п. Подальший підрозділ проводиться по переважаючому мінеральному складу і розмірові часток ґрунту, по ступеню його неоднорідності, числу пластичності – на типи ґрунтів. У межах кожного типу за структурою і текстурою, а іноді по складу домішок ґрунти розділяються на види. У межах кожного виду по фізичних, фізико-механічних, хімічних властивостях і стану виділяють різновиди ґрунтів. У багатьох випадках обґрунтоване віднесення конкретного ґрунту до визначеного виду або різновиду дозволяє установити орієнтовані показники його будівельних властивостей, що використовуються в попередніх розрахунках.