Основные задачи механики грунтов.
«Механика грунтов» – это своего рода продолжение «Сопротивления материалов», где исследуемым материалом является грунт. Вычисление напряжений и деформаций, построение эпюр напряжений и т.п. – в обеих дисциплинах этим задачам уделяется очень много внимания. Вместе с тем, есть и существенные различия.
Исследование физико-механических свойств грунтов, в том числе грунтов структурно-неустойчивых, т.е. просадочных, пучинистых, набухающих, заторфованных.
Определение напряжений и деформаций грунтовых массивов от действия собственного веса и в процессе нагружения внешними силами.
Определение прочности грунтов и устойчивости оснований сооружению
Исследование реологических (деформационные) свойств грунтов и изменения напряженно-деформированного состояния во времени.
Исследование работы грунтовых массивов при динамических воздействиях.
Таким образом, механика грунтов занимается исследованием физикомеханических свойств грунтов и разработкой математических методов описания поведения грунтов и связанных с ними явлений.
Твердая фаза: гранулометрический состав, фракции, методы определения, кривая грансостава. Классификация несвязных грунтов.
Свойства твердой фазы (скелета грунта – минеральные частицы) зависят в первую очередь от крупности частиц, их формы и минералогического состава.
В природных грунтах размер зерен изменяется в очень широком диапазоне - от долей микрона до сантиметров. Совокупность частиц определенных размеров называют фракцией. В инженерной практике выделяют четыре основные фракции
крупнообломочную — размер частиц более 2 мм;
песчаную — размер частиц 2…0,05 мм;
пылеватую — размер частиц 0,05…0,002 мм;
глинистую — размер частиц менее 0,002 мм.
Дополнительно выделяют нередко и другие фракции, например, коллоидную с размером частиц менее 0,001 мм.
Процентное отношение выделенных в данном объеме грунта фракций к его общей массе называется гранулометрическим составом.
Грансостав исследуют в основном двумя методами – ситовым методом для крупных фракций (частицы с условным диаметром более 0,25…0,1 мм) и ареометрическим для мелких (диаметр менее 0,25…0,1 мм).
Ситовой метод заключается в просеивании грунта через стандартные сита, имеющие отверстия определенных размеров – обычно 10 мм, 5 мм, 2 мм, 1 мм, 0,5 мм, 0,25 мм, 0,1 мм. Взвешивая раздельно остатки грунта на ситах, получают массу каждой фракции, которые выражают в процентах к общей массе всех фракций.
Ареометрическим методом исследуют гранулометрический состав мелких частиц, которые невозможно просеять.
Частицы грунта помещают в колбу 6 с водой и взбалтывают.
Когда все частицы находятся во взвешенном водой состоянии, в суспензию помещают ареометр 2 – прибор для измерения плотности.
Со временем частицы выпадают в осадок 7. При этом сначала выпадают более крупные, тяжелые частицы, затем более мелкие.
По мере уменьшения плотности суспензии ареометр погружается. Производя по шкале ареометра замеры плотности суспензии в определенные моменты времени, судят о скорости выпадения частиц в осадок, а затем, используя решение Стокса о скорости падения шара в вязкой жидкости, вычисляют диаметры частиц.
В результате анализа ситового и ареометрического определяется количественное содержание в грунте всех фракций, выраженное в процентах по отношению к общей исследуемой массе.
Результаты исследования грансостава представляют либо в виде стандартной таблицы, либо графически – в виде кривой гранулометрического состава грунта.
Точка на кривой грансостава показывает, сколько в грунте содержится частиц диаметром меньше данного (в процентах по массе).
Данные гранулометрического состава служат для определения разновидностей несвязных грунтов крупнообломочных и песчаных.
По кривой грансостава оценивают однородность грунта. Чем круче кривая, тем однороднее грунт. Количественно это оценивается коэффициентом неоднородности (степенью неоднородности):
где d60 и d10 — диаметры частиц, меньше которых в грунте содержится соответственно 60 и 10% частиц грунта. При Cu < 3 грунт считается однородным, при Cu 3 — неоднородным.