Плотность грунта, плотность его твердых частиц и влажность грунта

Динамичность образа проявляется в умении не только его видоизменять, но и видеть в статическом изображении движение, перемещение объектов, способ их получения. Все эти преобразования необходимо выполнять в «мысленном пространстве», так как графические изображения остаются объективно неизменными.

Полнота образа характеризует его структуру, то есть набор элементов, связи между ними, их динамическое соотношение.

Широта оперирования пространственным образом – это степень свободы манипулирования образом с учётом графической основы, на которой он первоначально создавался.

Этот показатель даёт возможность выявить степень устойчивости в оперировании образом по тому или иному типу, независимо от характера изображения. Переход от одного графического изображения к другому, перекодирование их содержания типичны для развитого мышления. Широта переноса является важным показателем умственного развития. Оценивая уровень развития пространственного мышления по широте и типу оперирования, следует учитывать также содержание пространственного образа, который создаётся на графической основе, а затем преобразуется. От того, каков образ по содержанию (насколько полно в нём отражены все пространственные характеристики объекта), во многом зависит успешность оперирования им. Для выявления структуры образа используется такая его характеристика как полнота.

Важной особенностью этой характеристики является его динамичность, выражающаяся в умении:

- мысленно фиксировать изменения в содержании образа;

- произвольно менять точку отсчёта.

Прослеживание «умственным взором» преобразований, совершаемых в пространстве, затрудняет многих учащихся. Один ученик говорит: «Я сначала, при создании образа, вижу отчётливо перед глазами изображённый объект. А когда требуется его видоизменять, например, повернуть, я как бы теряю первоначальный образ, он у меня будто расплывается перед глазами, и ничего уже представить не могу». Способность удерживать образ в представлении и мысленно манипулировать им является основополагающей способностью в решении графических и математических задач.

Выделенные показатели: широта и тип оперирования образом, отражающиеся в его полноте и динамичности, характеризуют уровень развития пространственного мышления. Эти показатели применительно к одному ученику носят устойчивый характер. Они проявляются при выполнении им различных учебных заданий, при использовании разнородного графического материала. Это дает основание считать, что данные показатели отражают стойкие индивидуально-психологические свойства личности, которые могут быть развиты под влиянием обучения, но только при его специальной организации, предусматривающей формирование приемов создания образов, их видоизменение.

Но то, что пространственное мышление оперирует образами, не означает, что при этом не используются словесные знания в виде определений, развёрнутых суждений и умозаключений. Но в отличие от словесно-логического мышления, где словесные знания являются основным содержанием, в образном мышлении слова используются лишь как средство выражения уже выполненных в образах преобразований. Однако образное и логическое мышление могут решать одни и те же задачи, но различным путём. Экспериментальные факты, накопленные в психологии, свидетельствуют о том, что способность к оперированию образами развита у людей неодинаково. Проявляются стойкие индивидуальные отличия. Например, обнаружено, что переход от двухмерных образов к трехмерным связан с определенными трудностями. Одни учащиеся успешно оперируют и двухмерными, и трёхмерными образами, поэтому переход от одних к другим не вызывает у них особых затруднений. Другие успешно оперируют двухмерными образами, но не могут выполнять аналогичные математические операции, например, поворот над трехмерными образами. Тренировочные упражнения приводят лишь к небольшим положительным сдвигам. Это вновь подтверждает необходимость работать с двухмерными и трехмерными образами одновременно с самого начала обучения. Школьники дифференцируются и по использованию наглядности. Одним требуется значительное количество упражнений с использованием моделей, геометрических тел, другим – с условно-схематическими изображениями. Некоторые учащиеся легко переходят от рисунков к чертежам, а для других это сложно. Таким образом, перекодировка образов составляет существенные трудности, психологическая природа которых еще мало исследована.

Поскольку пространственное мышление в своих наиболее развитых формах складывается на графической основе, ведущими образами для него все же являются зрительные. Возникает их целостная система. Умение мыслить в системе этих образов и характеризует пространственное мышление. Его деятельность направлена не только на создание образов, но и на оперирование ими. При оперировании образами мысленно видоизменяется уже созданный на наглядной основе образ, часто при полном отвлечении от неё. Чем богаче запас пространственных представлений, тем легче протекает процесс оперирования образами, потому что, как известно нельзя оперировать тем, чем не владеешь.

Основными физическими характеристиками грунта являются:

- плотность грунта ρ;

- плотность частиц грунта ρ_s;

- природная влажность грунта w.

Остальные физические характеристики могут быть вычфяислены с их использованием.

Представим себе некоторый объем V трехкомпонентного грунта массой М, разделенный на отдельные компоненты (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Схематическое изображение содержания компонент в объеме грунта:

m₁ – масса твердой компоненты грунта (г); m₂ – масса жидкой компоненты грунта (г); m₃ – масса газообразной компоненты грунта (г); V₁ – объем твердой компоненты грунта (см³); V₂ – объем жидкой компоненты грунта (см³); V₃ – объем газообразной компоненты грунта (см³).

Согласно рис. 2.1

V = V₁ + V₂ + V₃; М = m₁ + m₂ + m₃

Так как масса газообразной компоненты составляет ничтожно малую величину и не оказывает влияния на результаты определения физических свойств грунта, то

М = m₁ + m₂

Отметим также, что V₂ + V₃ соответствует полному объему пор в грунте, частично занятому водой и частично газом.

Поскольку при нарушении структурных связей грунта его свойства изменяются, необходимо изучать состояние грунта при ненарушенной структуре. Для этого в процессе инженерно-геологических изысканий из скважин и шурфов отбирают монолиты – большие образцы грунта ненарушенной структуры. Из этих монолитов в лабораторных условиях берут еще меньшие образцы и экспериментально определяют его физические характеристики.

Теперь введем важнейшие физические характеристики:

1) плотность грунта ρ (г/см³, т/м³) – отношение массы грунта к его объему

ρ = M / V = (m₁ + m₂)/(V₁ + V₂ +V₃). (2.1)

Для определения плотности грунта обычно способом режущего кольца отбирается известный объем грунта или парафинируется образец неправильной формы, объем которого определяется по объему вытесняемой им воды. Затем с помощью взвешивания находят массу грунта без учета массы кольца или парафина.

2) плотность твердых частиц грунта ρ_s (г/см³, т/м³) – отношение массы твердых частиц грунта к его объему

ρ_s = m₁ / V_1, (2.2)

Плотность частиц зависит только от их минерального состава. Для скальных грунтов она обычно изменяется в пределах от 2,4 до 3,3 г/см³, для нескальных грунтов — 2,4...2,8 г/см³. Наиболее часто встречающиеся значения р_s составляют (г/см³): для песков — 2,65...2,67, для супесей — 2,68...2,72, для суглинков — 2,69...2,73, для глин — 2,71...2,76.

3) влажность грунта w (%) – отношение массы воды к массе твердых частиц, выраженное в долях единицы или в процентах

w = m₂ / m₁ = (M – m₁) / m₁ (2.3)

Для определения влажности с помощью взвешивания устанавливают массу влажного грунта М. Затем выдерживают образец при температуре 105 °С до достижения им постоянной массы т₁ равной массе твердых частиц (массе сухого грунта). Разница М – т₁ соответствует массе испарившейся при нагревании грунта воды. Влажность большинстварыхлых грунтов меняется в пределах 0,01...0,4, однако встречаются грунты (например, илы, торфы), у которых влажность может значительно превышать единицу.