Пользуясь рисунком 1, физический смысл плотности частиц можно представить выражением

. (1)

Плотность частиц определяется согласно указаниям /3/.

Значение плотности частиц изменяются, как правило, в довольно узких пределах. Поэтому, при отсутствии данных лабораторных исследований, значения этой характеристики могут быть приняты по таблице 3.

Таблица 3–Значения плотности частиц (по Д.Е. Польшину)

Плотность грунта – это масса единицы объема грунта в его естественном состоянии.

Физический смысл плотности грунта выражается формулой

. (2)

Плотность грунта определяется согласно указаниям /3/

Через плотность определяется одна из важнейших характеристик грунта - удельный вес γ, кН/м³

, (3)

где g - ускорение свободного падения (9, 81 м/с²).

Удельный вес грунта используется при определении расчетного сопротивления грунта основания, напряжений от собственного веса грунта, давления грунта на ограждение конструкций и т.п.

Естественная влажность - это отношение массы воды, содержащийся в грунте, к массе твердых частиц

. (4)

Влажность определяется согласно указаниям /3/.

Естественная влажность используется для расчета производных физических характеристик.

Плотность сухого грунта - это отношение массы частиц к общему объему грунта природного сложения

. (5)

Величина плотности сухого грунта определяется расчетом

. (6)

Пористость - это отношение объема пор к общему объему грунта

. (7)

Пористость рассчитывается по формуле

. (8)

Коэффициент пористости - это отношение объема пор к объему частиц грунта

. (9)

Коэффициент пористости рассчитывается по формуле

. (10)

По величине плотности сухого грунта, пористости и коэффициента пористости судят о плотности сложения грунта. Для оценки плотности сложения пылевато-глинистых грунтов обычно используется плотность сухого грунта (пылевато-глинистые грунты со значениями ρ _d ≤ 1, 6 г/см³ считаются недостаточно уплотненными). Для оценки плотности сложения песчаных грунтов чаще всего используется коэффициент пористости. В таблице 4 приведена классификация песчаных грунтов по коэффициенту пористости согласно /3/.

Таблица 4 – Классификация песчаных грунтов по коэффициенту пористости, е

Полная влагоемкость - это максимальная влажность возможная для данного грунта, т.е. его влажность при заполнении всех пор водой

W_sat=W_max. (11)

Полная влагоемкость рассчитывается по формуле

. (12)

Степень влажности - это степень заполнения пор грунта водой

. (13)

Так как влажность грунта не может быть больше его полной влагоемкости, то степень влажности не может быть больше единицы.

Величина степени влажности определяется по формуле

, (14)

где ρ _w - плотность воды, принимаемая равной 1 г/см³.

В зависимости от степени влажности песчаные грунты подразделяются по /3/ на маловлажные, влажные и насыщенные водой (см. таблицу 5).

Таблица 5 – Классификация песчаных грунтов по степени влажности, S_R

По величине степени влажности можно косвенно судить и о плотности сложения грунта. Так, при значениях S_R < 0, 6 грунт считается недостаточно уплотненным.

Пылевато-глинистые грунты отличаются от песчаных по физическим свойствам прежде всего тем, что они обладают свойством пластичности, т.е. свойством изменять при механических воздействиях свою форму без нарушения сплошности. Такой способностью пылевато-глинистые грунты обладают тогда, когда их влажность не ниже влажности на границе раскатывания и не выше влажности на границе текучести.

Таким образом, влажность на границе раскатывания - это минимальная влажность, при которой пылевато-глинистый грунт обладает свойством пластичности; а влажность на границе текучести - это максимальная влажность, при которой пылевато-глинистый грунт обладает свойством пластичности.

При понижении влажности ниже влажности на границе раскатывания грунт

переходит в твердое состояние.

При повышении влажности выше влажности на границе текучести грунт переходит в текучее состояние, т.е. фактически превращается в тяжелую жидкость.

Пределы пластичности определяются согласно указаниям /3/. С величиной пределов пластичности связаны индекс пластичности I_P и индекс текучести I_L.

Индекс пластичности - это интервал влажности, в котором пылевато-глинистый грунт обладает свойством пластичности

. (15)

По индексу пластичности определяется наименование пылевато-глинистого грунта (см. таблицу 6)

Таблица 6 - Классификация пылевато-глинистых грунтов по индексу пластичности

Индекс текучести указывает в каком состоянии по консистенции находится пылевато-глинистый грунт.

Он определяется по формуле

. (16)

В зависимости от индекса текучести выделяются следующие состояния пылевато-глинистых грунтов, приведенные в таблице 7.

Индекс текучести широко используется при проектировании фундаментов для определения расчетного сопротивления и модуля общей деформации грунтов основания, несущей способности свай в пылевато-глинистых грунтах и т.д.

Таблица 7 - Состояние пылевато-глинистых грунтов по индексу текучести