Расчетное сопротивление грунтов. Виды воды в грунтах и их влияние на свойства грунтов

Подземные воды и их влияние на строительные свойства грунтов и на фундаменты

К подземным водам относятся все воды земной коры, находящиеся ниже поверхности грунта и дна поверхностных водоемов и водотоков.

В связи с неблагоприятным воздействием подземных вод на несущую способность грунтовых оснований и материалы подземных конструкций необходимо при проектировании и строительстве фундаментов учитывать возможность изменения гидрогеологических условий площадки в процессе строительства и эксплуатации объектов. В первую очередь к этим неблагоприятным факторам относятся следующие: естественные сезонные и многолетние колебания уровня подземных вод; возможное изменение уровня подземных вод по технологическим причинам; увеличение агрессивности подземных вод по отношению к материалам подземных конструкций и возрастание коррозионной активности грунтов, обусловливаемые технологическими особенностями производства.

В грунтах содержится вода связанная, свободная, в виде пара, а при отрицательных температурах и в виде льда.

Связанная вода (гигроскопическая и пленочная) удерживается в грунте силами притяжения молекул воды к частицам грунта. Эти силы, весьма значительные на поверхности частиц грунта, быстро убывают по мере удаления от нее и на расстоянии 0,5 мкм практически уже не действуют. Первые слои молекул, прочно удерживаемые на поверхности частиц грунта, образуют гигроскопическую воду. Предельная гигроскопическая влажность, т. е. наибольшая влажность грунта, содержащего только гигроскопическую воду, доходит в песках до 1 % (по массе) и в глинах до 17%. Дальнейшее увеличение объема воды в грунте приводит к образованию пленочной воды. При увеличении толщины пленки более 0,5 мкм образуется свободная вода.

Различают два вида свободной воды: гравитационную и капиллярную. Гравитационная вода перемещается в грунте под действием силы тяжести. Обычно, когда упоминают подземные воды, имеют в виду именно гравитационную воду. Капиллярная вода поднимается по капиллярным порам грунта выше уровня гравитационной воды и удерживается там благодаря силам капиллярного натяжения. Высота подъема капиллярной воды зависит от диаметра поперечного сечения капилляров и от материала твердых частиц грунта; при малых  диаметрах (порядка 0,005 мм) она достигает нескольких метров.

Содержание в порах грунта водяного пара обусловлено испарением воды. Вода в виде льда заполняет поры грунта при отрицательных температурах и образует отдельные включения, прослойки, линзы.

Свободная гравитационная вода перемещается в грунте из зоны с большим напором (давлением) в зону с меньшим напором. Условия, при которых происходит движение гравитационной воды, показаны на рис. 1.9. На участке длиной l, см, разность напоров составляет Н1 — Н2, см, а на единице длины участка падение напора определяется выражением i=(h2-h3)/l Величину i называют  гидравлическим  градиентом.

Французский инженер А. Дарси на основе проведенных им исследований установил, что скорость v, см/с, ламинарного (происходящего параллельными струйками без завихрений) движения воды в грунте прямо пропорциональна гидравлическому градиенту i: v=ki.

Коэффициент пропорциональности k, см/с, в формуле  называется коэффициентом фильтрации. Он численно равен скорости движения воды в грунте при гидравлическом градиенте i=1.

Коэффициент фильтрации, k, см/с, являющийся характеристикой водопроницаемости грунта, имеет примерно следующие значения: для песков.........10-2—10-4 »супесей и суглинков .... 10-3—10-8 »глин..........10-7—10-10 Грунты с коэффициентом фильтрации k<10-6 см/с считают водонепроницаемыми (водоупорными).

Под скоростью фильтрации воды v, см/с, понимают отношение Q/A, где Q — расход воды, т. е. количество воды, см3, проходящей в единицу времени через сечение грунта A, см (площадь пор и частиц). Скорость фильтрации не равна действительной скорости движения воды, для вычисления которой расход следует относить к части сечения грунта, занятой только порами.

Формула  А. Дарси справедлива при скоростях фильтрации, не превышающих критической скорости, после которой движение подземной воды приобретает турбулентный (вихревой) характер.

Приток воды в грунт, ее сток и испарение меняются, в связи с чем не сохраняется постоянным и уровень подземных вод. На этот уровень оказывают влияние не только естественное изменение режима подземных вод, но и осуществление некоторых технических мероприятий, например, планировка территории, ее асфальтирование, устройство дренажей, ливневой  канализации и т.  п.

Повышение уровня подземных вод ухудшает строительные свойства грунтов: влажность грунта увеличивается, его «скелет» оказывается взвешенным в воде, силы трения и сцепления между частицами грунта уменьшаются, пористость грунтов возрастает — глинистых вследствие их набухания, а песчаных из-за взрыхления под воздействием гидродинамического давления, возникающего при быстром подъеме воды. При подъеме воды выше отметки заложения подошвы фундамента давление последнего на основание уменьшается, что может привести к сдвигу или опрокидыванию фундамента. Это обстоятельство необходимо учитывать при проектировании сооружений.

Понижение уровня подземных вод, как правило, улучшает строительные свойства грунтов. Однако если оно происходит после возведения сооружений, то связанное с ним дополнительное уплотнение грунтов может повлечь за собой неравномерные их осадки. Понижение уровня подземных вод особенно опасно при фундаментах с деревянными сваями, которые не гниют, лишь целиком находясь в воде.

При скорости движения подземной воды, превышающей критическую, фильтрационным потоком вымываются частицы грунта (сначала самые мелкие, а потом и более крупные). Постепенный вынос таких частиц приводит к разрыхлению грунта. Это явление, называемое механической суффозией, часто наблюдается в основаниях гидротехнических сооружений, характеризуемых большими перепадами напоров воды. Механическую суффозию можно наблюдать и при разработке котлованов, бурении, осуществлении дренажа.

Подземные воды, фильтруясь через грунт и растворяя различные соли и газы, иногда приобретают способность разрушать цементные растворы (вызывать коррозию бетона). Такие воды называются агрессивными. При одном и том же составе агрессивная вода разрушает бетон тем быстрее, чем с большей скоростью она движется; наиболее опасны агрессивные воды, фильтрующиеся под напором через бетон.

Для устранения вредного действия агрессивных вод применяют специальные цементы (для бетона фундамента). При сооружении фундамента из металлических свай следует учитывать возможность коррозии металла, которая при определенном составе воды может существенно снизить несущую способность конструкции.

Виды воды в грунтах и их свойства.

Количество просмотров публикации Виды воды в грунтах и их свойства. - 262

Составные части грунтов.

Происхождение грунтов.

ВВЕДЕНИЕ

ЛИТЕРАТУРА.

Отбор проб грунтов для лабораторных исследований.

Статическое зондирование.

Буровые работы.

1.1. Назначение буровых скважин.

1.2. Типовые конструкции инженерно-геологических скважин.

1.3. Классификация буровых скважин.

1.4. Особенности и область применения различных способов бурения скважин.

1.5. Рекомендации по рациональному использованию различных способов бурения.

1.6. Общие положения о геологической документации и отборе образцов при проведении буровых работ.

3.1 Правила отбора проб.

3.2 Консервирование монолитов.

Магматические горные породы образовались в результате остывания магмы, а также в результате горнообразовательных процессов. Вследствие физического и химического выветривания они постепенно превращались в рыхлые горные породы. Раздробленные частицы горных пород перемещались в пониженные части поверхности земли, где откладывались, образуя осадочные горные породы. В случае если в процессе горообразования они оказались близко к поверхности земли, то под воздействием химического выветривания образовывали крупноскелœетные или мелкодисперсные грунты.

Грунтами строители называют верхние слои коры выветривания литосферы и относят к ним скальные, полускальные и рыхлые горные породы.

В большинстве случаев верхние слои земной коры сложены крупнообломочными, песчаными, пылевато-глинистыми, органогенными и техногенными грунтами. Ниже поверхности земли эти дисперсные грунты имеют почти повсœеместное распространение. Большая часть дисперсных грунтов образовалась в результате накопления продуктов физического и химического выветривания. Некоторые грунты возникли вследствие отложения органических веществ (к примеру, торф), а также в результате искусственной отсыпки или намыва различных материалов (техногенные отложения). В процессе физического выветривания образовались крупнообломочные и песчаные грунты. Результатом химического и частично биологического выветривания являются минœералы, составляющие мелкодисперсную часть пылевато-глинистых грунтов.

В большинстве случаев грунты состоят из трех компонентов: твердых частиц, воды и воздуха (или иного газа), т. е. составные части грунта находятся в трех состояниях: твердом, жидком или газообразном. Соотношение этих компонентов обусловливает многие свойства грунтов.

В случае если грунт состоит из твердых частиц, всœе поры между которыми заполнены водой, то он является двухфазной системой. В большинстве случаев в грунте кроме твердых частиц и воды имеется воздух или иной газ, либо растворенный в воде, либо находящийся в виде пузырьков. Такой грунт является трехфазной системой.

В мерзлом грунте, кроме того, содержится лед. Он придает грунту специфические свойства, которые приходится учитывать, особенно при строительстве в районах распространения вечномерзлых грунтов. Мерзлый грунт является четырехфазной системой.

В некоторых грунтах присутствуют органические вещества в виде растительных остатков или гумуса. Наличие даже сравнительно небольшого количества таких веществ в грунте существенно отражается на его свойствах.

Вода в пылевато-глинистых грунтах в значительной степени предопределяет свойства грунта͵ которые зависят в первую очередь от ее относительного содержания.

Наличие между частицами пылевато-глинистого грунта связанной воды определяет ее пластичность. При этом, чем толще пленка воды, тем меньше прочность грунта͵ и наоборот. Изменение толщины пленок воды приводит к изменению его состояния от почти жидкого до твердого.

Увлажнение пылевато-глинистого грунта приводит к увеличению толщины пленок воды между частицами и сопровождается увеличением объёмов грунта.

referatwork.ru

Расчетное сопротивление грунтов

Значение R соответствует глубине заложения фундаментов 0,3 м.

Глубина сезонного промерзания грунтов

Значения глубины промерзания даны для суглинистых грунтов. Для супесей и песков они принимаются с К = 1,2

9. Виды воды в грунтах. Свойства различных видов воды.

Вода в пылевато-глинистых грунтах в значительной степени предопределяет свойства грунта, которые зависят в первую очередь от ее относительного содержания. Твердые частицы грунта, состоящие из тех или иных обычно кристаллических минералов, имеют на поверхности заряд статического электричества, чаще всего отрицательный. Молекулы же воды, являясь диполями, и ионы различных веществ противоположного заряда, растворенных в грунтовой воде, попадая в поле заряда частицы грунта, ориентируются определенным образом и притягиваются к поверхности этой частицы. В результате поверхность твердой частицы покрывается монослоем молекул воды. Этот первый слой молекул воды, адсорбированных на поверхности твердой частицы с ее наружной стороны, будет иметь заряд, аналогичный заряду поверхности твердой частицы, и, следовательно, станет воздействовать на близко расположенные другие молекулы воды. Таким образом возникают достаточно стройные цепочки молекул воды (рис. 1.2). Электромолекулярные удельные силы взаимодействия между поверхностью твердой частицы и молекулами воды у самой поверхности достигают 1000 МПа. По мере удаления от нее удельные силы взаимодействия быстро убывают и на некотором расстоянии уменьшаются до нуля.   Вне пределов, ограниченных этим расстоянием, вода обладает свойствами, присущими ей в открытых сосудах, и ее молекулы не притягиваются к поверхности твердой частицы. Эту воду принято называть свободной. Вода, адсорбированная на поверхности твердых частиц, называется связанной. Прочносвязанная вода, слой которой состоит из одного или нескольких слоев молекул, обладает свойствами, существенно отличающимися от свойств свободной воды. По свойствам прочносвязанная вода скорее соответствует твердому, а не жидкому телу. Она не отделяется от твердых частиц при воздействии сил, в тысячи раз превышающих силы земного притяжения, замерзает при температуре значительно ниже 0°С, имеет большую, чем свободная вода, плотность, обладает ползучестью; такую воду можно отделять от твердых частиц лишь выпариванием при температуре выше 100 °С. Рыхлосвязанная вода представляет собой диффузный переходный слой от прочносвязанной воды к свободной. Она обладает свойствами прочносвязанной воды, однако они выражены слабее. Это обусловлено резким уменьшением в слое рыхлосвязанной воды удельных сил взаимодействия между поверхностью твердой частицы и молекулами воды (см. рис. 1.2, б). Связность (прочность) грунта, зависящая от толщины слоя рыхлосвязанной воды, может резко снижаться при нарушении определенного расположения молекул воды и частиц (например, при динамических воздействиях или перемятии). Со временем возможно восстановление прочности (явление тиксотропии). Итак, пылевато-глинистые грунты, особенно содержащие коллоидные частицы, обладают свойствами пластичности, связности, ползучести, набухаемости при увлажнении, усадки при высыхании, размокаемости, водонепроницаемости, тиксотропности и т. д.

studfiles.net

1.2. Виды воды в грунтах

Вода в грунтах играет огромную роль при формировании их физико-механических свойств. Это влияние особенно сильно проявляется в глинистых грунтах, т.к. глинистые минералы гидрофильны и притягивают на свою поверхность диполи воды. Чем больше глинистых минералов, тем больше связанной воды в глинистых грунтах. Состояние воды в грунтах может быть твердым (лед), жидким (вода) и газообразным (пар). Классификация видов воды в грунтах была предложена А.Ф. Лебедевым в 1918 г.

При температуре выше 0 ºС в грунтах выделяются различные виды воды.

Кристаллизационная, или химически связанная, вода входит в строение кристаллических решеток минералов. Ее можно удалить только путем длительного прокаливания, что приводит к разложению самих минералов и к изменению свойств грунта.

Вода в виде пара заполняет поры грунта, свободные от воды. Водяной пар легко перемещается из областей высокого давления в области с низким давлением, конденсируясь, способствует пополнению грунтовых вод.

Гигроскопическая вода притягивается частицами грунта из воздуха и конденсируется на их поверхности. Количество гигроскопической воды зависит от влажности воздуха и свойств частиц грунта. Гигроскопическая вода может перемещаться в грунте, переходя в парообразное состояние, и может быть удалена только высушиванием.

Связанная вода. Молекулы воды у поверхности глинистых частиц испытывают огромное молекулярное притяжение и образуют слой прочносвязанной воды, свойства которой существенно отличаются от свойств свободной воды (например, плотность 1,2 до 2,4 г/см3, температура замерзания до – 10 ºС и пр.). Последующие слои молекул воды менее связаны и образуют рыхлосвязанную воду. С удалением от поверхности частиц силы притяжения ослабевают. Там, где силы притяжения частицы перестают действовать, вода находится в свободном состоянии (рис. 1.2).

Свободная вода подразделяется на капиллярную и гравитационную.

Капиллярная вода находится выше уровня грунтовых вод и содержится в мелкозернистых песчаных и глинистых грунтах. Высота столба капиллярной воды зависит от гранулометрического состава грунта, размеров пор и свойств воды (ее температуры, степени минерализации). Капиллярная вода в грунте может находиться в углах пор, в подвешенном состоянии (не связанном с уровнем грунтовых вод, удерживаемая натяжением менисков) и в подпертом состоянии (непосредственно над уровнем грунтовых вод).

Гравитационная вода свободно движется в грунте от большего напора к меньшему и пополняет грунтовые воды.

1.3. Структура и текстура грунтов

Структура грунта определяется формой и размерами грунтовых частиц и их взаимным расположением. Форма твердых частиц может быть угловатой, округлой, пластинчатой, чешуйчатой. Различают три основных типа структуры грунтов осадочного происхождения: зернистую, сотообразную (губчатую) и хлопьевидную (рис. 1.3).

а) б) в)

Зернистая структура характерна для несвязных грунтов (песок, гравий и др.). Взаимное расположение отдельных частиц зависит от условий их отложения и может изменяться от рыхлого до плотного.

Сотообразная (губчатая) структура свойственна глинистым грунтам. Хлопьевидная структура образуется при осаждении в воде коллоидных частиц.

Текстурой грунтов называют их сложение, зависящее от условий накопления осадка. Различают слоистую, сыпучую и слитную текстуры. Слоистая текстура характерна для грунтов водного происхождения (речные, озерно-ледниковые, морские отложения). Сыпучая текстура характерна для песков, гравелистых грунтов и пр. Слитная присуща древним морским отложениям.

Связи между отдельными твердыми частицами бывают водно-коллоидные (коагуляционные и конденсационные) и кристаллизационные. Водно-коллоидные связи – вязкопластичные, обратимые, восстанавливающиеся при их разрушении. Кристаллизационные связи – хрупкие, жесткие, при разрушении эти связи не восстанавливаются.

studfiles.net

Смотрите также

• 
  Об утверждении правил осуществления контроля состава и свойств сточных вод
• 
  Установите соответствие между свойством воды и его значением для жизни
• 
  Конспект вода и ее свойства 3 класс окружающий мир
• 
  Плод как объект родов состав и свойства околоплодных вод
• 
  Какие свойства воды позволяют наблюдать жизнь рыб в аквариуме
• 
  Термодинамические свойства воды и водяного пара в состоянии насыщения
• 
  Что из нижеперечисленного имеет свойство передавать информацию камень вода
• 
  Вода как среда обитания физические и химические свойства воды
• 
  Какое значение для жизни человека имеет свойство воды растворять
• 
  Каким свойством воды ты пользуешься когда готовишь сладкий чай
• 
  Тест на тему вода и ее свойства 3 класс