Характеристики грунтов – ГОСТ 23161-2012 Грунты. Метод лабораторного определения характеристик просадочности (Переиздание), ГОСТ от 29 октября 2012 года №23161-2012

Грунт — Википедия

Техногенные грунты

Грунт — многокомпонентные динамичные системы (горные породы, почвы, осадки и техногенные образования), рассматриваемые как часть геологической среды и изучаемые в связи с инженерно-хозяйственной деятельностью человека[1]. Грунты используют в качестве оснований зданий и сооружений, материалов для строительства дорог, насыпей и плотин, среды для размещения подземных сооружений (тоннелей, трубопроводов, хранилищ) и др. Грунты изучаются в инженерной геологии и её разделе грунтоведении.

Классы грунтов[править | править код]

По природе структурных связей между частицами они разделены на три класса:

  • скальные — с жёсткими кристаллизационными и цементационными связями;
  • дисперсные — с физическими, физико- химическими и механическими связями. Для дисперсных грунтов выделяются подклассы связанных и несвязанных грунтов.
  • мёрзлые — c дополнительными криогенными связями.

Типы грунтов[править | править код]

По генезису(происхождению) выделяются следующие типы грунтов:

Скальные грунты[править | править код]

Имеют две разновидности — скальные и полускальные. Чисто скальным грунтом называется грунт, минералы которого имеют структурные связи кристаллизационного типа. Полускальные грунты состоят из минералов, имеющих структурные связи цементационного типа. Условная граница между скальными и полускальными грунтами определяется значением предела прочности на одноосное сжатие Rc. У полускальных разновидностей Rc < 5 МПа.

Дисперсные грунты[править | править код]

Состоят из минеральных частиц разного размера, слабосвязанных друг с другом. Дисперсные грунты образуются при выветривании скальных грунтов с последующим переносом продуктов выветривания водным или эоловым путём и переотложением.

Мёрзлые грунты[править | править код]

Имеют отрицательную или нулевую температуру в течение многих лет, содержат включения льда и(или) цементирующий лёд, содержат дополнительные криогенные структурные связи.

Физические свойства[править | править код]

Плотность грунта ρ, г/см3 — это отношение общей массы образца грунта при естественной влажности и строении, к занимаемому образцом объёму. Плотность грунта зависит от минералогического состава, влажности и пористости.

ρ=mV{\displaystyle \rho ={\frac {m}{V}}}

где:

ρ — плотность грунта, г/см3;

m — масса грунта с естественной влажностью и сложением, г;

V — объём, занимаемый грунтом, см3.

Плотность скелета грунта ρd[2] — плотность сухого грунта , г/см3, определяемая по формуле

ρd=ρ1+W{\displaystyle \rho _{d}={\frac {\rho }{1+W}}}

где

  • ρ — плотность грунта, г/см3;
  • W — влажность грунта, д. ед.

Коэффициент пористости е определяется по формуле:

e=ρs−ρdρd{\displaystyle e={\frac {\rho _{s}-\rho _{d}}{\rho _{d}}}}

где

  • ρs — плотность частиц грунта, г/см3;
  • ρd — плотность сухого грунта, г/см3.

Предел прочности грунта на одноосное сжатие Rc, МПа — отношение нагрузки, при которой происходит разрушение образца, к площади первоначального поперечного сечения.

Водно-физические свойства[править | править код]

Влажность грунта,

W % — массовое(весовое) W или объёмное Wn относительное содержание воды в порах грунта. Объёмная влажность Wn изменяется от 0 до 100 %.

ρ=mV{\displaystyle \rho ={\frac {m}{V}}}

Коэффициент водонасыщения Sr, д. ед. — степень заполнения объёма пор водой. Определяется по формуле:

Sr=Wρseρw{\displaystyle S_{r}={\frac {W\rho _{s}}{e\rho _{w}}}}

где

  • W — природная влажность грунта, д. ед.;
  • е — коэффициент пористости;
  • ρs — плотность частиц грунта, г/см3;
  • ρw — плотность воды, принимаемая равной 1 г/см3.

Число пластичности Ip — разность влажностей, соответствующая двум состояниям грунта: на границе текучести WL и на границе раскатывания Wp.

Ip=WL−Wp{\displaystyle I_{p}=W_{L}-W_{p}}

WL и Wp определяют по ГОСТ 5180-84.

Количественные характеристики гранулометрического состава[править | править код]

Степень неоднородности гранулометрического состава Cu — показатель неоднородности гранулометрического состава. Определяется по формуле

Cu=d60d10{\displaystyle C_{u}={\frac {d_{60}}{d_{10}}}}, (А.3)

где d60, d10 — диаметры частиц, мм, меньше которых в грунте содержится соответственно 60 и 10 % (по массе) частиц.

Кэффициент выветрелости Кwr, д. ед. — отношение плотности выветрелого грунта к плотности монолитного грунта.

Коэффициент выветрелости крупнообломочных грунтов Кwr, д. ед., определяется по формуле

Kwr=K1−K0K1{\displaystyle K_{wr}={\frac {K_{1}-K_{0}}{K_{1}}}}

где К1 — отношение массы частиц размером менее 2 мм к массе частиц размером более 2 мм после испытания на истирание в полочном барабане;
К0 — то же, в природном состоянии.

Коэффициент истираемости крупнообломочных грунтов Кfr, д. ед., определяется по формуле:

Kfr=q1q0{\displaystyle K_{fr}={\frac {q_{1}}{q_{0}}}}

где q1 — масса частиц размером менее 2 мм после испытания крупнообломочных фракций грунта (частицы размером более 2 мм) на истирание в полочном барабане;
q0 — начальная масса пробы крупнообломочных фракций (до испытания на истирание).

Коэффициент размягчаемости в воде Кsof, д. ед. — отношение пределов прочности грунта на одноосное сжатие в водонасыщенном и в воздушно-сухом состоянии.

Коэффициент сжимаемости мёрзлого грунта δf — относительная деформация мёрзлого грунта под нагрузкой.

Льдистость грунта за счёт видимых ледяных включений ii, д. ед. — отношение содержащегося в нём объёма видимых ледяных включений к объёму мёрзлого грунта. Определяется по формуле:

ii=ρs(Wtot−Wm)ρi+ρs(Wtot−Ww){\displaystyle i_{i}={\frac {\rho _{s}(W_{tot}-W_{m})}{\rho _{i}+\rho _{s}(W_{tot}-W_{w})}}}
  • ρs — плотность мёрзлого грунта, г/см3;
  • ρi — плотность льда, принимаемая равной 0,9 г/см3;
  • Wtot — суммарная влажность мёрзлого грунта, д. ед.;
  • Wm — влажность мёрзлого грунта, расположенного между ледяными включениями, д. ед.
  • Ww — влажность мёрзлого грунта за счёт содержащейся в нём при данной отрицательной температуре незамёрзшей воды, д. ед.

Относительная деформация набухания без нагрузки εsw, д. ед. — отношение увеличения высоты образца грунта после свободного набухания в условиях невозможности бокового расширения к начальной высоте образца природной влажности. Определяется по ГОСТ 24143-80.

Относительная деформация просадочности εs, д. ед. — отношение разности высот образцов, соответственно, природной влажности и после его полного водонасыщения при определённом давлении к высоте образца природной влажности. Определяется по ГОСТ 23161-78.

Относительное содержание органического вещества Ir, д. ед. — отношение массы сухих растительных остатков к массе абсолютно сухого грунта.

Показатель текучести IL — отношение разности влажностей, соответствующих двум состояниям грунта: естественному W и на границе раскатывания Wp, к числу пластичности Ip.

Степень водопроницаемости — характеристика, отражающая способность грунтов пропускать через себя воду и количественно выражающаяся в коэффициенте фильтрации Кф, м/сут. Определяется по ГОСТ 25584-90.

Степень заполнения объёма пор мёрзлого грунта льдом и незамёрзшей водой Sr, д. ед., определяется по формуле:

Sr=(1,1Wic+Ww)ρsefρw{\displaystyle S_{r}={\frac {(1,1W_{ic}+W_{w})\rho _{s}}{e_{f}\rho _{w}}}}

где Wic — влажность мёрзлого грунта за счёт порового льда, цементирующего минеральные частицы (лёд-цемент), д. ед.;
Ww — влажность мёрзлого грунта за счёт содержащейся в нём при данной отрицательной температуре незамёрзшей воды, д. ед.;
ρs — плотность частиц грунта, г/см3;
еf — коэффициент пористости мёрзлого грунта;
ρw — плотность воды, принимаемая равной 1 г/см3.

Степень засолённости — характеристика, определяющая количество водорастворимых солей в грунте Dsal, %.

Степень зольности торфа Dds, д. ед. — характеристика, выражающаяся отношением массы минеральной части грунта ко всей его массе в абсолютно сухом состоянии. Определяется по ГОСТ 11306-83*.

Степень морозной пучинистости — характеристика, отражающая способность грунта к морозному пучению, выражается относительной деформацией морозного пучения εfh, д. ед. (доли единицы), которая определяется по формуле:

εfh=ho,f−hoho{\displaystyle \varepsilon _{fh}={\frac {h_{o,f}-h_{o}}{h_{o}}}}

где

ho, f — высота образца мёрзлого грунта, см;

ho — начальная высота образца талого грунта до замерзания, см.

Степень плотности песков ID определяется по формуле

ID=emax−eemax−emin{\displaystyle I_{D}={\frac {e_{max}-e}{e_{max}-e_{min}}}}, (A.6)

где е — коэффициент пористости при естественном или искусственном сложении;
emax — коэффициент пористости песка в самом рыхлом сложении.
emin — коэффициент пористости песка в самом плотном сложении.

Степень разложения торфа Ddp, д. ед. — характеристика, выражающаяся отношением массы бесструктурной (полностью разложившейся) части, включающей гуминовые кислоты и мелкие частицы негумицированных остатков растений, к общей массе торфа. Определяется по ГОСТ 10650-72.

Степень растворимости в воде — характеристика, отражающая способность грунтов растворяться в воде и выражающаяся в количестве воднорастворимых солей, qsr, г/л.

Структура грунта — пространственная организация компонентов грунта, характеризующаяся совокупностью морфологических (размер, форма частиц, их количественное соотношение), геометрических (пространственная композиция структурных элементов) и энергетических признаков (тип структурных связей и общая энергия структуры) и определяющаяся составом, количественным соотношением и взаимодействием компонентов грунта.

Суммарная льдистость мёрзлого грунта itot, д. ед. — отношение содержащегося в нём объёма льда к объёму мёрзлого грунта. Определяется по формуле:

itot=ii+ic=ρ⋅iρi=ρf(Wtot−Ww)ρi(1+Wtot){\displaystyle i_{tot}=i_{i}+i_{c}={\frac {\rho \cdot i}{\rho _{i}}}={\frac {\rho _{f}(W_{tot}-W_{w})}{\rho _{i}(1+W_{tot})}}}, (A.10)

Состав грунта вещественный — категория, характеризующая химико-минеральный состав твёрдых, жидких и газовых компонентов.

Текстура грунта — пространственное расположение слагающих грунт элементов (слоистость, трещиноватость и др.).

Гранулометрический состав — количественное соотношение частиц различной крупности в дисперсных грунтах. Определяется по ГОСТ 12536-79.

Приборы для исследования физико-химических свойств грунта[править | править код]

Свойства и характеристики грунта в России

Приближенно можно разделить все грунты на следующие 5 групп по степени их связанности:

Характеристика важнейших грунтов

I. Рыхлые, сыпучие грунты

— получились от разрушения ветром и водой скалистых грунтов.

К сыпучим грунтам относятся:

Песок. Частицы песка не связаны между собой. Чистый, сухой песок растекается, если его сыпать кучей.

Пески в зависимости от своего происхождения бывают горные, овражные, речные или морские. Горные и овражные пески состоят из отдельных неровных песчинок с острыми краями. Речной и морской пески имеют округленные гладкие песчинки.

По крупности отдельных зерен различают:

— мелкий песок – преобладают зерна величиной до 0,5 мм;

— средний песок – преобладают зерна от 0,5 до 1 мм;

— крупный песок – преобладают зерна от 1 до 3 мм;

Гравий – это смесь окатанных камешков размерами в поперечнике от 3 до 40 мм, не связанных между собой.

Крупный гравий, состоящий из камешков от 40 до 120 мм в поперечнике, называется галькой.

К рыхлым и сыпучим грунтам относится также супесок, состоящий из песка с примесью глины в количестве 3-10 % от общего объема.

II. Растительные грунты

К растительным грунтам относятся все поверхностные грунты с наличием в них остатков сгнивших растений (перегноя), например

чернозем и торф. Растительные грунты легко разрыхляются и размываются водой, легко впитывают в себя воду и при насыщении водой расплываются, обращаясь в грязь.

III. Плотные и вязкие грунты.

К плотным, вязким грунтам относятся глины и суглинки. Глина – это грунт, состоящий из очень мелких частиц, плотно связанных между собой.

Глина по степени плотности разделяется на тяжелую (плотную) и легкую глины.

Основное свойство глины состоит в том, что при насыщении водой она сильно разбухает и значительно увеличивается в объеме. Наряду с этим глина является почти водонепроницаемым грунтом, так как вода через глину почти не проходит.

При высыхании и под давлением глина сжимается (дает осадку). По мере уменьшения влажности в глине увеличивается сцепление частиц между собой, и она постепенно превращается в твердую массу, с трудом поддающуюся разработке инструментом.

Глины с примесью песка называются суглинками. Различаются легкие суглинки – грунт, содержащий 10-20% глины, и тяжелые суглинки, содержащие 20-30% глины.

IV. Твердые, скальные грунты

Грунты твердые, скальные могут быть различного характера. Обычно различают:

  • мягкую и слоистую скалу, разрабатываемую киркой, ломом, клиньями;
  • твердую (плотную) скалу, разрабатываемую только с помощью взрывчатых веществ.

V. Разжиженные грунты

К разжиженным грунтам относится так называемый плывун. Плывун – это песчано-глинистый или пылевато-песчаный грунт, состоящий из очень мелких частиц и обычно сильно насыщенный водой. Плывун растекается и в откосе не держится.

Классификация грунтов

Принято разделять грунты по степени трудности их разработки на 7 категорий, указанных в таблице снизу:

Категория

грунта

Наименование грунтаВес 1 куб. м грунта в плотном телеСпособ разработки и инструментСтепень трудности разработки грунта

I.

Пески

1500

Разрабатываются подборными лопатами и заступами

1.

Супески

1600

Растительный грунт

1200

Чернозем

1100

Торф без корней

600

II.

Легкие лессовидные суглинки

1600

Разрабатывается лопатами с незначительным киркованием

1.

Гравий мелкий и средний до 15 мм

1700

Плотный растительный грунт

1400

Торф и растительный грунт с корнями

1100

Песок и растительный грунт с щебнем

1500

Насыпной слежавшийся грунт с щебнем

1750

Супесок с примесью щебня

1900

III.

Жирная глина

1800

Разрабатываются заступами со сплошным киркованием

1,5

Тяжелые суглинки

1750

Гравий крупный и галька при величине зерен от 15 до 40 мм и щебень

1750

Растительная земля или торф с корнями деревьев

1900

IV.

Тяжелая ломовая глина

1950

Разрабатывается заступом со сплошным применением кирок, лома или клина и молота

2,0

Жирная глина и тяжелые суглинки с примесью щебня, гальки, строймусора и булыг весом до 10 кг

1950

Крупная галька размером до 90 см чистая или с примесью булыг весом до 10 кг

1950

V.

Скальные грунты (мягкие)

2200

Разрабатываются частично вручную ударными инструментами и взрывами

2,6-10,2

VI.

Скальные грунты (плотные)

2800

Разрабатываются взрывами

15,0-24,0

VII.

Плывун

1300

Разрабатывается совковыми лопатами, ведрами и черпаками

—-

Степень трудности разработки показывает, что если в грунте I категории на разработку 1 куб. м грунта затрачивается время, равное единице, то в грунте, например, IV категории для разработки 1 куб. м грунта потребуется времени в 2 раза больше.

Зимой из-за промерзания грунтов трудность разработки большинства грунтов сильно возрастает. Происходит это оттого, что вода, находившаяся в грунте, при замерзании сильно связывает его частицы. Для работы зимой существует особая классификация грунтов, приводимая в таблице снизу.

Трудность разработки скальных грунтов от времени года не зависит, а плывун зимой обычно даже легче разрабатывать, чем летом.

Глубина промерзания зависит от ряда условий. Чем меньше снега, чем длиннее зима, чем больше мороз, тем глубже промерзает грунт.

Чем глубже промерзает грунт, тем труднее его разрабатывать.

I группа

Грунты, требующие разрыхления применения кирки и частичного лома

II группа

Грунты, требующие для их разрыхления обязательного применения лома и частично клина с молотом

Категория грунтов

При глубине промерзания в мКатегория грунтов

При глубине промерзания в м

I.

До 0,75I.Более 0,75
II.

До 0,75

III. (за исключением тяжелого суглинка и жирной чистой глины)0,75
IV. (плывун)

До 0,75

III группа

Грунты, не поддающиеся разработке ломом и требующие применения клина с молотом или взрывных работ

IV группа

Грунты, не поддающиеся или крайне трудно поддающиеся разработке клином с молотом и требующие применения взрывных работ

Категория грунтов

При глубине промерзания в мКатегория грунтов

При глубине промерзания в м

II

Более 0,75
III (за исключением суглинка и чистой жирной глины)

Более 0,75

IV (плывун)Более 0,75IV, а также тяжелый суглинок и чистая жирная глина

Независимо от глубины промерзания

Даем наибольшую величину промерзания грунтов для некоторых местностей России и Украины:

  • Москва — 1,6 м
  • Челябинск — 2,4 м
  • Одесса — 0,8 м
  • Киев — 1,0

Данные максимально приближены к реальным. Источником служат технические материалы техникумов утвержденных ГУУЗ.

Основные свойства грунтов

Основные свойства грунтов: объемный вес, способность грунта держать откос и разрыхляемость.

Объемным весом называется 1 кубический метро грунта в плотном теле и в состоянии естественной влажности, т.е. в том состоятнии, в каком грунт находится в земле. Объемный вес важнейших грунтов указан в первой таблице данной статьи.

Если взять сухой грунт и свободно насыпать его кучей на горизонтальную поверхность, то частицы его образуют некоторые откосы. В этом случае говорят, что грунт имеет естественный откос. Угол, под которым располагается такой откос по отношению к горизонтальной поверхности, называется углом естественного откоса и измеряется в градусах.

ugol-estesvennogo-otkosa-grunta-1

Величины этих углов зависят от степени влажности грунта. Чем прочнее связь между отдельными частицами грунта, тем более крутой откоса может держать грунт. Некоторые грунты могут держать вертикальный откос (скала, сухой суглинок и др.), другие же осыпаются, образуя пологий откос (песок, гравий, супесок).

В таблице снизу даны значения величины углов естественного откоса для различных грунтов:

Наименование грунтов

Угол естественного откоса в градусах

Сухой грунт

Влажный грунт

Мокрый грунт

Гравий

40

40

35

Песок крупный

30

32

27

Песок средний

28

35

25

Песок мелкий

45

35

15

Суглинок

50

40

30

Растительная земля

40

35

25

Торф без корней

4025

14

Грунт, вынутый из земли, разрыхляется, т.е. объем его увеличивается, потому что в разрыхленном грунте образуется больше пустот, чем было раньше, когда он находился в плотном состоянии (в плотном теле).

Различаю первоначальное и остаточное разрыхление грунта. Если грунт только что выброшен из выемки, он имеет первоначальное разрыхление.

С течением времени этот выброшенный грунт уплотняется, однако он никогда не достигает плотности, какая была у него до разработки. Небольшое увеличение его объема (коэффициент разрыхления) все же останется. Это разрыхление, остающееся после окончательного уплотнения грунта, называется остаточным разрыхлением.

И первоначальное и остаточное разрыхление измеряется в процентах увеличения объема грунта по отношению к объему его в плотном теле (до разработки).

В таблице снизу приведены значения процента первоначального и остаточного разрыхления для различных грунтов.

Первоначальное и остаточное разрыхление грунтов

Наименование грунтов

Процент первоначального разрыхления

Процент остаточного разрыхления

Пески

8-17

1-2,5

Торф, растительный грунт, чернозем

20-30

3-4

Рыхлый лесс, гравий

14-28

1-5

Глина, суглинок

24-30

4-7

Жирная ломовая глина, плотный лесс

26-32

6-9

Разборная скала

33-37

11-15

Скальный грунты

30-45

10-20

Например. Необходимо вычислить, насколько увеличился объем 100 куб. м глины при ее разрыхлении. По таблице находим, что процент первоначального увеличения объема будет от 24 до 30. Примем его в среднем равным 27%. Процент остаточного разрыхления равен примерно 4-7, или в среднем 6%. Тогда первоначальный объем выброшенной из котлована глины будет равен: 100+100*27/100 = 127 кубических метров Остаточный объем после окончательного уплотнения насыпанного грунта будет: 100+100*6/100= 106 кубических метров грунта.

5. Физические характеристики грунтов.

Плотность грунта (г/см3, т/м3) - отношение массы грунта к его объему:

.

Удельный вес грунта (кН/м3): .

Влажность грунта - отношение массы воды к массе твердых частиц, выражаемое в долях единицы, иногда в процентах:

.

Плотность частиц грунта (г/см3, т/м3) определяется как отношение массы твердых частиц грунта к их объему:

.

6.Производные физические свойства грунтов.

Раличают два вида характеристик грунтов:

  • основные, которые определяют экспериментально, опытным путем;

  • производные, вычисляемые по формулам.

Основные характеристик: плотность грунта, плотность частиц грунта и влажность.

Плотность грунта – отношение массы грунта, включая массу воды в его порах, к занимаемому этой массой объему.  = (mт + mв)/(vт + vв) – г/см3 или т/м3

Плотность частиц грунта – отношение массы частиц грунта к занимаемому им объему.

s = mт /vт – г/см3 или т/м3

Влажность – все количество воды, содержащееся в грунте. Существует несколько показателей влажности:

а) естественная или природная влажность – все количество воды, которое содержится в порах грунта в его природных условиях;

б) весовая влажность – отношение массы воды к массе сухого грунта, выраженное в % (или абсолютная влажность) w = mв/mтх 100 %

в) полная влагоемкость – влажность, при которой все поры заполнены водой wsАт = е/s

г) относительная влажность – степень влажности показывает, какую часть объема пор в грунте занимает вода. Численно она равна отношению естественной влажности к полной влагоемкости Sr = w/wsАт

Классификация грунтов по степени влажности:

Sr < 0,5 – маловлажные;

Sr > 1,0 – волонасыщенные;

Sr = от 0,5 до1,0 – влажные.

Плотность сухого грунта - отношение массы сухого грунта с ненарушенной структурой к занимаемому этим грунтом объему d = mт/(vт + vп).

Пористость – характеризует объем всех пустот в грунте. Пористость зависит от минерального состава и формирования грунта. Чем больше дисперсность грунта, тем больше его пористость n = vп/(vт + vп) х 100.

Коэффициент пористости отношение объема пор к объему твердых частиц е = vп / vт.

Удельный вес грунта (), удельный вес твердых частиц грунта (s)

 = g, здесь g = 9,81 м/сек2

s= gs Удельный вес грунта в сухом состоянии d = gd.

7. Для более полной оценки свойств грунтов помимо основных используют и дополнительные физические характеристики: гранулометрический состав, плотность грунта в сухом состоянии, коэффициент пористости, степень влажности, число пластичности и показатель текучести.

Плотность сухого грунта (плотностью скелета грунта) - отношение массы сухого грунта (частиц грунта) к объему всего грунта:

или . (1.5)

Пористость грунта - отношение объема пор ко всему объему грунта, что соответствует объему пор в единице объема грунта:

. (1.6)

Относительное содержание твердых частиц в единице объема грунта:

, тогда . (1.7)

Коэффициент пористости грунта - отношение объема пор к объему твердых частиц:

или . (1.8)

Степень влажности (степень водонасыщения) - отношение объема воды в порах грунта к объему пор и соответствует отношению влажности грунта к его полной влагоемкости:

или . (1.9)

По консистенции различают три состояния глинистого грунта: твердое, пластичное и текучее. Границами между этими состояниями являются характерные значения влажности, называемые границей раскатывания (нижний предел пластичности) играницей текучести (верхний предел пластичности) .

Число пластичности грунта - разница между границей текучести и границей раскатывания:

. (1.10)

Показатель текучести глинистого грунта:

.

11. Водопроницаемость грунтов

Водопроницаемостью грунтов называют способность их пропускать сквозь себя воду. Вода в порах грунтов может передвигаться под влиянием ряда причин: силы тяжести; внешнего давления; капиллярных сил; адсорбционных сил, развивающихся на поверхности раздела твердых частиц и воды; промерзания породы; давления газов и др. При инженерно-геологических и гидрогеологических исследованиях чаще всего практический интерес представляет передвижение воды под влиянием силы тяжести. Под капиллярным давлением воды в грунтах понимается их способность поднимать воду по капиллярным порам снизу вверх или в стороны вследствие воздействия капиллярных сил, которые возникают на границах раздела различных компонент грунта. В их основе лежат силы взаимодействия воды и воздуха с твердыми частицами грунта, проявляющиеся в смачивании последних, образовании в порах менисков и в других явлениях.

4. Грунты. Строительные свойства грунтов

Грунт представляет собой естественную среду, в которой размеща­ется подземная часть зданий и сооружений. Грунтами в строительстве называют породы, залегающие в верхних слоях земной коры и пред­ставляющие собой главным образом рыхлые и скальные породы. Раз­личают следующие основные виды грунтов: песок, супесь, суглинок, глина, лессовый грунт, торф, гравий, растительный грунт, различные скальные и уплотненные грунты. От строительных свойств грунтов за­висит прочность и устойчивость возводимых сооружений, методы про­изводства, трудоемкость и стоимость работ.

При выборе методов производства земляных работ необходимо учитывать следующие основные характеристики грунтов: плотность, влажность, липкость, разрыхленность, сцепление, угол естественного откоса, сложность (трудоемкость) разработки. В зависимости от этих характеристик грунты в строительстве рассматривают с точки зрения:

■ пригодности в качестве оснований различных зданий и сооружений и размера допускаемой на них нагрузки;

■ возможности их использования в качестве постоянных сооружений, т. е. как материала для устройства насыпей и выемок;

■ целесообразности или возможности применения того или иного метода разработки грунтов.

Песчаные грунты - сыпучие в сухом состоянии, не обладают свой­ством пластичности. Они водопроницаемы, при определенной скорости течения воды размываются, с изменением влажности меняется и объем песка. Наибольший объем имеет песок во влажном состоянии (все пространство между частицами заполнено водой), наименьший объем имеет песок насыщенный водой (более тяжелый песок осел на дно, вода выдавила из пор воздух и сама поднялась в верхние слои), промежуточное положение занимает песок в сухом состоянии (свобод­ное пространство между частицами заполнено воздухом).

Глинистые грунты - связные и обладающие свойством пластично­сти. Глины сильно впитывают воду и при этом сильно разбухают. При замерзании вода увеличивается в объеме до 9%, благодаря чему гли­нистые грунты сильно пучатся, при высыхании грунты, наоборот, с трудом отдают влагу, уменьшаются в объеме и трескаются. Во влаж­ном состоянии глина пластична и почти водонепроницаема, с увеличе­нием влажности сцепление частиц глины уменьшается, и глина легко размывается проточной водой.

Суглинок имеет свойства глины, супесь - песка, но в значительно меньшей степени. В глинистых грунтах особо выделены лессовидные грунты. В сухом состоянии лесс обладает значительными прочностью и твердостью, но при соприкосновении с водой легко ее впитывает, при этом расплывается, сильно уменьшается в объеме, резко теряет несущую способность, становится просадочным.

Гранулометрический состав грунта. В зависимости от среднего размера частиц, мм, составляющих грунт, их подразделяют на:

глинистые — < 0,005; пылеватые - 0,005.. .0,05; пески-0,03... 3; гравий-3... 40; галька- 40-200; камни, валуны - > 200

Пески, в свою очередь, подразделяют на: мелкий - более 50% объ­ема составляют частицы размером 0,1...0,25 мм; средний - то же, час­тицы 0,25 ...0,5; крупный - 0,5...3 мм.

Важным компонентом большинства грунтов является наличие в них глинистых частиц. Грунты, в зависимости от содержания в их объеме глинистых частиц подразделяются: пески - < 3%; супеси -3-10%; суглинки - 10...30%; песчаные глины - 30...60%; тяжелые глины - > 60%.

Влажность грунта характеризуют степенью насыщения грунта водой и определяют отношением массы воды в грунте к массе твер­дых частиц грунта. В зависимости от влажности, грунты подразделяют на маловлажные (до 5%), влажные (до 30%), насыщенные водой (> 30%). Воду, находящуюся в порах влажных и насыщенных водой грунтов, называют грунтовой.

Коэффициент фильтрации грунта. Скорость движения грунто­вых вод зависит от пористости грунта; она различна для разных грун­тов и пород и поэтому характеризует водопроницаемость этих грун­тов. Скорость движения грунтовой воды, (м/сут) называют коэффици­ентом фильтрации грунта. Чем меньше размер частиц грунта, тем меньше и поры между этими частицами, а значит и скорость фильтра­ции воды между ними и наоборот. Коэффициенты фильтрации для различных грунтов, м/сут: глина - 0; суглинок - < 0,05; мелкозерни­стый песок - 1...5; гравий - 50... 150.

Плотность грунта - это масса 1 м3 грунта в естественном со­стоянии, т. е. в плотном теле. От плотности и силы сцепления частиц грунта между собой зависит производительность строительных машин. Плотность различных видов грунта изменяется в значительных преде­лах. Так, плотность илистых грунтов в среднем составляет 0,6 т/м3, песчаных грунтов - 1,6...1,7 т/м , скальных грунтов - 2,6...3,3 т/м3.

Сцепление грунта характеризуют начальным сопротивлением сдвигу, оно зависит от вида грунта и его влажности. Так, сила сцепле­ния для песчаных грунтов составляет 0,03...0,05 МПа, для глинистых -0,05...0,3 МПа.

Разрыхляемость. При разработке грунт разрыхляется и его объем по сравнению с первоначальным увеличивается. По этой причине раз­личают объем грунта в естественном и разрыхленном состоянии. Уве­личение объема грунта при разрыхлении сильно отличается для раз­личных грунтов и называется первоначальным разрыхлением. Со вре­менем этот разрыхленный грунт под воздействием нагрузки от выше­лежащих слоев, под влиянием атмосферных осадков или механическо­го воздействия постепенно уплотняется. Однако грунт не занимает того объема, который он занимал до разработки. Степень разрыхлен-ности грунта после его осадки и уплотнения называют остаточным разрыхлением. Величины первоначального и остаточного разрыхления выражают в % по отношению к объему грунта в плотном состоянии. Коэффициенты, учитывающие эти приращения объема грунта, называ­ют коэффициентами первоначального и остаточного разрыхления (табл. 2.1).

Таблица2.1

Коэффициенты разрыхления для различных грунтов

Наименование фунтов

Коэффициенты разрыхления

первоначального

остаточного

Глина

Суглинок

Торф

Песок и супесь

1,26...1,32

1,14...1,28

1,2—1.3

1,08...1,17

1,04... 1,09

1,02... 1,05

1,03—1,04

1.01 — 1,03

Для ускорения уплотнения грунтов, отсыпанных в насыпь, приме­няют искусственное уплотнение катками, трамбованием, вибрацией, а для песчаных грунтов удобнее активный пролив водой.

Липкость - способность грунта при определенной его влажности прилипать к поверхности различных предметов. Большая прилипаемость грунта усложняет выгрузку грунта из ковша машины или кузо­ва, условия работы транспорта и др. Липкость определяют усилием, необходимым для отрыва прилипшего предмета от грунта (для глин липкость достигает 0,05 МПа).

Классификация грунтов по трудности их разработки (удельное сопротивление резанию). Классификация приводится в ЕНиР 2-1-1 «Земляные работы». Она учитывает свойства различных грунтов и конструктивные особенности землеройных и землеройно-транспортных машин, которые применяют для разработки грунтов. Для одноков­шовых экскаваторов грунты подразделяют на 6 групп, для многоков­шовых экскаваторов и скреперов - на 2 группы, для бульдозеров и грейдеров - на 3 группы.

Для разработки грунта вручную принято 7 групп, а именно: песок, супесок, суглинок, глина, лесс - группы 1...4; крупнообломочные грунты - группа 5; скальные грунты - группы 6 и 7.

Грунты 1...4 групп легко разрабатываются ручным и механизиро­ванным способами, последующие группы - грунты требуют предварительного рыхления, в том числе и взрывным способом.

Крутизна откосов. По условиям техники безопасности рытье котлованов и траншей с вертикальными стенками без их крепления до­пускается только в грунтах естественной влажности на глубину, не превышающую следующих значений: в насыпных, песчаных и гравелистых грунтах - 1 м; в супесях - 1,25 м; в суглинках и глинах - 1,5 м; в особо плотных нескальных грунтах — 2,0 м.

Допускается рытье траншей глубиной до 3 м без креплений в осо­бо плотных нескальных породах при условии, что они будут разраба­тываться с помощью механизмов и без спуска рабочих в эти траншеи.

При глубине больше указанной котлованы и траншеи разрабатывают с откосами или с креплением стенок.

Допустимая крутизна откосов в грунтах естественной влажности из условий безопасного производства работ зависит от глубины разраба­тываемой выемки или высоты насыпи и принимается по табл. 2.2.

Таблица 2.2

Допустимая крутизна откосов

Грунты

Крутизна откосов при глубине выемки, м

до 1,5

от 1,5 до 3

от 3 до 5

Насыпной, естественной влажности

1:0,25

1: 1

1: 1,25

Песчаный и гравелистый влажный

1:0,5

1: 1

1: 1

Супесь

1:0,25

1:0,67

1:0,85

Суглинок

1:0

1:0,5

1:0,75

Глина

1:0

1:0,25

1:0,5

Лессовый грунт сухой

1:0

1:0,5

1:0,5

Крутизна откоса зависит от угла естественного откоса, при кото­ром грунт находится в состоянии предельного равновесия, определяю­щими факторами которого являются угол внутреннего трения грунта, силы внутреннего сцепления и давление вышележащих слоев грунта.

Методы определения основных показателей свойств грунтов

Основные показатели физико-механических свойств грунтов

Как было показано выше, каждый грунт имеет свои, только ему присущие строительные свойства. В оценке свойств грунтов, входящих в расчеты оснований фундаментов, наибольшее значение имеют физико-механические характеристики. Значения показателей этих харак­теристик позволяют выполнять необходимые расчеты при проектировании зданий и сооружений.

Характеристики физических свойств выражают физическое состоя­ние грунтов (плотность, влажность и др.) и позволяют их классифицировать по типу, виду и разновидностям. Под механическими подразумевают такие свойства, которые появляются в грунтах под воздействием внешних усилий (давления, удара). Механические свойства оцениваются прочностными и деформационными характеристиками грунтов.

Показатели физических и механических свойств скальных и не­скальных грунтов между собой довольно значительно различаются, особенно физические. Некоторые основные физические и механиче­ские свойства скальных и нескальных грунтов приводятся в табл. 16

В табл. 16 показаны характеристики скальных грунтов: физические — плотность, коэффициент размягчения, коэффициент трещиноватости, пористость; механические—сопротивление сжатию и модуль деформации.

Нескальные грунты характеризуются значительно большим коли­чеством физико-механических свойств, особенно физических. Это связано с их более химико-минеральным составом, разнообразием структур и текстур.

К физическим свойствам нескальных фунтов, определяемых экс­периментально и используемых непосредственно в расчетах оснований, относятся коэффициент фильтрации Кф и плотность грунтов р. Важ­ными расчетными характеристиками являются коэффициент пористости е, степень влажности Sr и показатель текучести JL. Они характеризуют состояние грунтов. По наименованию грунтов и их коэффициенту пористости определяют плотность сложения песчаных грунтов. Показатель текучести JL , характеризует подвижность глини­стых частиц при механических воздействиях на грунт. Значение Sr отражает степень заполнения пор грунтов водой. О физических свойствах скальных, нескальных и специфических грунтов будет сказано дальше при описании их видов и разновидностей. Ниже приводятся разъяснения только по механическим характеристи­кам.

Прочность грунтов оценивается максимальной нагрузкой, прило­женной к нему в момент разрушения (потери сплошности). Эта характеристика называется пределом прочности Ŕс, МПа, или времен­ным сопротивлением сжатию.

На прочность грунтов влияют:

• минеральный состав,

• характер структурных связей,

• трещиноватость,

• степень выветрелости,

• степень размягчаем ости в воде и др.

Для нескальных грунтов другой важной характеристикой прочности является сопротивление сдвигу. Определение этого показателя необхо­димо для расчета устойчивости оснований, т. е. несущей способности, а также для оценки устойчивости грунтов в откосах строительных котлованов, расчета давления грунта на подпорные стены и т. д. Сопротивление сдвигу оценивается силами внутреннего сдвига φ, град., и сцепления С, кПа. Под первыми понимают силы сопротивления, которые возникают между соприкасающимися друг с другом частями грунта, а под вторыми — сопротивление структурных связей грунта всякому перемещению слагающих частиц.

Деформационные свойства характеризуют поведение грунтов под нагрузками, не превышающими критические и не приводящими к разрушению. Деформируемость грунтов зависит, как от сопротивляе­мости и податливости структурных связей, пористости, так и от способности деформироваться слагающих их минералов. Деформаци­онные свойства грунтов оценивается модулем деформации Е, МПа

Следует отметить, что кроме физико-механических характеристик свойства грунтов во многом зависят от ряда других показателей. Большое влияние могут оказывать состав минералов, характеристики структур и текстур, а для нескальных грунтов — присутствие водора­створимых солей и органических веществ. При оценке свойств грунтов все эти их особенности необходимо учитывать.

Для решения задач проектирования зданий и сооружений все физико-механические характеристики грунтовых оснований разделяют на две группы:

1) показатели физико-механических свойств, которые используют­ся непосредственно в расчетах оснований и 2) вспомогательные пока­затели, с помощью которых осуществляют классификацию грунтов, прогнозируются механические характеристики первой группы, выде­ляются инженерно-геологические элементы в толще грунтов. Харак­теристики грунтов, используемые в расчетах оснований, приведены в табл. 18. Вспомогательные характеристики, которые отражают физи­ческие свойства грунтов, показаны в табл. 19.

Кроме вышеуказанных характеристик на свойства грунтов во мно­гих случаях существенное влияние оказывают минеральный и химиче­ский состав, структуры и текстуры, для скальных грунтов; трещиноватость, степень выветрелости, у дисперсных—содержание водорастворимых солей, присутствие органического вещества и т. д. Так, большое количество минерала монтмориллонита придает глинам особые свойства, большое количество гумуса типично почвам и т. д. Все эти характеристики грунтов определяют специалисты (геологи, физики, химики) в соответствующих лабораториях, где имеется необ­ходимая аппаратура — рентгеновские приборы, электронные и геоло­гические микроскопы, дериватографы, установки ИКС и др.

Реологические свойства грунтов. При оценке свойств грунтов следует помнить, что эти свойства могут изменяться во времени в силу воздействия процессов выветривания и многолетнего воздействия больших нагрузок. Все это приводит к «усталости» грунтов, их структура расслабляется. В грунтах возникают деформации в виде ползучести и даже текучести. Этот процесс называют реологическим. В результате грунт разрушается и здание деформируется. В последнее десятилетие этот процесс часто наблюдается при строительстве сверхвысоких зда­ний и крупных промышленных объектов. Реологические свойства грунтов требуют специальной оценки и исследований.

Методы определения свойства грунтов

Грунты определяют устойчивость возводимых на них зданий и сооружений, поэтому необходимо правильно определять характеристи­ки, которые обуславливают прочность и устойчивость грунтов при их взаимодействии со строительными объектами.

Химико-минеральный состав, структуры и текстуры грунтов, со­держание органического вещества определяются в геологических ла­бораториях, оснащенных необходимой аппаратурой (рентген, электронный микроскоп и т. д.). Физико-механические свойства грун­тов изучают в грунтоведческих лабораториях и в полевых условиях, т. е. непосредственно на будущих строительных площадках. Методика определения физико-механических свойств выбирается в зависимости от состава и состояния грунтов, условий их поведения в основании, как при строительстве, так и в процессе эксплуатации зданий и сооруже­ний. Особое внимание при этом обращается на достоверность получа­емых результатов, так как грунты и грунтовые напластования весьма изменчивы в пространстве и во времени.

По каждой физико-механической характеристике грунтов выпол­няется несколько определений и проводится их статистический анализ. Количество определений зависит от характера грунтов, назначения сооружения и его конструктивных особенностей. В частности, как правило, для каждого инженерно-геологического элемента минималь­ное количество определений должно быть не менее шести и только в случаях продолжительных полевых испытаний значения механических характеристик устанавливается по данным трех испытаний.

Грунтоведческая лаборатория. Образцы грунтов для лабораторных исследований отбираются по слоям грунтов в шурфах в буровых скважинах, которые располагают на строительных площадках.

В лабораторию образцы грунтов доставляют в виде монолитов или рыхлых проб. Монолиты — это образцы грунтов с ненарушенной структурой. Такие монолиты отбираются в скальных и связных (пылевато-глинистых) грунтах. Размеры монолитов должны быть не меньше установленных норм. Так, для определения сжимаемости грунта, про­бы, отбираемые в шурфах, должны иметь размеры 20 х 20 х 20 см. В монолитах пылевато-глинистых грунтов при этом должна быть сохра­нена природная влажность. Это достигается созданием на их поверх­ности водонепроницаемой парафиновой или восковой оболочки. В рыхлых грунтах (песок, гравий и т. д.) образцы отбираются в виде проб определенной массы. Так, для проведения гранулометрического ана­лиза песка необходимо иметь пробу не менее 0,5 кг.

В лабораторных условиях можно определять все физико-механи­ческие свойства грунтов. Каждая характеристика этих свойств опреде­ляется согласно своему ГОСТу, например, природная влажность и плотность грунта — ГОСТ 5180—84, предел прочности — ГОСТ 17245—79, гранулометрический (зерновой) и микроагрегатный состав — ГОСТ 12536—79 и т. д.

Лабораторные исследования на сегодня остаются основным видом определения физико-механических свойств грунтов. Ряд характери­стик, например, природная влажность, плотность частиц грунта и некоторые другие определяются только в лабораторных условиях и с достаточно высокой точностью. В тоже время лабораторные исследо­вания грунтов имеют свои недостатки:

  • они довольно трудоемки и требуют больших затрат времени;

  • результаты отдельных анализов, например, определение модуля общей деформации, не дает достаточно точных результатов, что бывает, связано с неправильным отбором монолитов, неправильным их хра­нением, низкой квалификацией исполнителя анализа;

  • определение свойств массива грунта по результатам анализов небольшого количества образцов не позволяют получать верное пред­ставление о его свойствах в целом.

Это связано с тем, что однотипные грунты, даже в пределах одного массива, все же имеют известные различия в своих свойствах.

Полевые работы. Исследование грунтов в полевых условиях, т. е. на строительной площадке, дает определенное преимущество перед лабораторным анализом. Это позволяет определять значения характе­ристик физико-механических свойств в условиях естественного зале­гания фунтов без разрушения их структуры и текстуры, с сохранением режима влажности. При полевых исследованиях лучше, чем по резуль­татам лабораторных анализов, моделируется работа массивов грунтов в основаниях зданий и сооружений.

Полевые методы исследования грунтов обеспечивают высокую точность результатов, поэтому в последние годы их используют все больше. При этом совершенствуется техническая оснащенность, при­меняются ЭВМ. Некоторые полевые методы относятся к экспресс-ме­тодам, что позволяет быстрее получать результаты изучения свойств грунтов.

Необходимо отметить, что если полевые методы дают хорошую возможность определять свойства в условиях естественного залегания Фунтов, то они не всегда позволяют прогнозировать поведение мас­сивов фунтов на период эксплуатации зданий и сооружений. Поэтому целесообразно разумно сочетать лабораторные и полевые методы.

В полевых условиях определяют все прочностные и деформацион­ные характеристики, как скальных, так и нескальных фунтов.

Среди методов деформационных испытаний фунтов на сжимае­мость эталонным следует считать метод полевых штамповых испытаний (ГОСТ 20278—85). Результаты других методов деформационных испы­таний, как полевых (прессиометрия, динамическое и статическое зондирование), так и лабораторных (компрессионные и стабилометрические) обязательно должны сопоставляться с результатами штам­повых испытаний.

При определении прочностных характеристик фунтов наиболее достоверные результаты дают полевые испытания на срез целиков фунта непосредственно на строительной площадке (ГОСТ 23741—79). Из-за высокой стоимости и трудоемкости этих работ их проводят только для сооружений I класса применительно к расчетам по несущейспособности. К I классу относятся здания и сооружения, имеющие большое хозяйственное значение, социальные объекты, объекты, тре­бующие повышенной надежности (главные корпуса ТЭС, АЭС, теле­визионные башни, промышленные трубы высотой более 200 м, здания театров, цирков, рынков, учебных заведений и т. д.). Для других случаев строительства (II и Ш класс сооружений) достаточно надежные пока­затели С и <р получают в результате лабораторных испытаний грунтов в приборах плоского среза (ГОСТ 12248—78) и трехосного сжатия (ГОСТ 26518—85).

Прочностные характеристики можно также определять по методу лопастного зондирования. Результаты этой работы при проектирова­нии ответственных сооружений сопоставляют со сдвиговыми испыта­ниями. Это обеспечивает достаточную достоверность результатов исследований.

Ниже приводится краткое описание полевых методов исследова­ний, с помощью которых определяются механические характеристики грунтов, показываются примеры выявления свойств грунтов с по­мощью производства опытных строительных работ.

Деформационные испытания грунтов. Сжимаемость грунтов изучают методами штампов, прессиометрами, динамическим и статическим зондированием.

М е т о д ш т а м п о в. В нескальных грунтах на дне шурфов или в забое буровых скважин устанавливают штампы, на которые переда­ются статические нагрузки (ГОСТ 20276—85). Штамп в шурфе — это стальная или железобетонная плита. Форма штампа находится в зави­симости от фундамента, который он моделирует, и может быть раз­личной, но чаше всего плита круглая площадью 5000 см2. Для создания под штампом заданного напряжения применяют домкраты или плат­формы с грузом (рис. 27). Осадку штампов измеряют прогибомерами. При проходке шурфа на отметке подошвы штампа и вне его отбирают образцы грунтов для параллельных лабораторных исследований. За­грузку штампа производят ступенями и выдерживают определенное время. Значение нагрузки устанавливается в зависимости от вида грунта и его состояния. В итоге работы строят графики:

  • зависимость осадки штампа от давления;

  • осадки штампа во времени по ступеням нагрузки. После этого по формуле вычисляют модуль деформации грунта Е, МПа.

Штамп в буровой скважине. Для производства работ бурят скважину диаметром более 320 мм. Испытание грунтов проводят специальными установками, которые дают возможность работать на глубине скважи­ны до 20 м. На забой скважины опускают штамп площадью 600 см3. Нагрузка на штамп передается через штангу, на которой располагается платформа с грузом. Модуль деформации определяют по формуле.

Определение модуля деформации в массиве скального фунта про­водят в опытных котлованах. Испытания ведут с помощью прибетонированных в скале бетонных штампов. Давление на штампы подается от гидравлических домкратов (до 10 МПа). Конечным результатом работы является определение модуля деформации скального грунта по соответствующей формуле.

Прессиометрические исследования проводят в глинистых грунтах с помощью разведочных скважин. Прессиометр представляет собой резиновую цилиндрическую камеру, которую опускают в скважину на заданную глубину. Камеру расширяют давлением жидкости или газа. В процессе работы в стенках скважины замеряют радиальное перемещение грунта и давление. Это позволяет определять модуль деформации грунтов.

Зондирование (или пенетрация) используется для изучения толщ пород до глубины 15—20 м. Сущность метода заклю­чается в определении сопротивления проникновению в грунт метал­лического наконечника (зонда). Зондирование дает представление о плотности и прочности грунтов на определенной глубине и характе­ризует изменение в вертикальном разрезе.

Зондирование относится к экспресс-методам определения механи­ческих свойств грунтов и применяется в целях ускоренного получения результатов исследований. Этот метод используется при изучении песчаных, глинистых и органогенных грунтов, которые не содержат или мало содержат примесей щебня или гальки. По способу погружения наконечника различают зондирование динамическое и статическое. При статическом зондировании конус в грунт залавливается плавно, а при динамическом его забивают молотом.

Статическое зондирование позволяет:

• расчленить толщу грунта на отдельные слои; определить глубину залегания скальных и крупнообломочных грунтов;

  • установить приблизительно плотность песков, консистенцию гли­ нистых грунтов, определить модуль деформации;

  • оценить качество искусственно уплотненных грунтов в насыпях и намывных образованиях;

Динамическое зондирование дает возможность определять:

  • мощность толщ современных (четвертичных) отложений;

  • границы между слоями;

  • степень уплотнения насыпных и намывных грунтов. На рис. 28 показана пенетрационно-каротажная станция.

Прочностные испытания грунтов. Оценка сопротивления грунтов сдвигу в полевых условиях выполняется как в скальных, так и в нескальных грунтах. Сопротивление грунтов сдвигу определяется пре­дельными значениями напряжений, при которых начинается их раз­рушение. В скальных грунтах опыты проводят в строительных котлованах, в которых оставляют целики в виде ненарушенного грунта столбчатого вида. К целикам прикладывают горизонтальное сдвигающее усилие. При этом для правильного определения внутреннего трения и удель­ного сцепления опыт проводят не менее, чем на трех столбчатых целиках.

Сдвиг в нескальных грунтах выполняют двумя способами: 1) на целиках; 2) с помощью вращательных срезов при кручении крыльчатки. Работа на целиках аналогична скальным грунтам. Крыльчатка пред­ставляет собой лопастной прибор и используется для определения сопротивления сдвигу в пылевато-глинистых грунтах. Крыльчатый четырехлопастной зонд опускают в забой скважины, вдавливают в грунт и поворачивают. При этом замеряют крутящий момент и рас­считывают сопротивление сдвигу.

Опытные строительные работы. При строительстве объектов I клас­са полевые исследования грунтов приобретают особо важное значение. В ряде случаев прибегают к опытным строительным работам, т. е. к испытаниям грунтов строительными конструкциями. Приведем при­меры таких работ.

Опытные сваи. В пылевато-глинистый грунт строительной площад­ки забивают железобетонную сваю, при этом наблюдают за характером погружения сваи и сопротивляемостью грунта. На сваю дают нагрузку и определяют ее несущую способность, как в условиях природной влажности фунта, так и при его замачивании. Результаты испытаний сравнивают с расчетными данными, полученными на основе лабора­торных исследований грунта.

Опытные фундаменты. Строят фундамент будущего здания в нату­ральную величину и на проектную глубину. На фундамент дают нагрузку, соответствующую нагрузке от будущего здания, и ведут наблюдения за сжатием грунта основания. Так определяется реальная несущая способность грунта и осадка будущего объекта.

Опытные здания. Лессовые грунты обладают просадочными свой­ствами. Количественную оценку этих свойств производят по данным лабораторных исследований и полевых испытаний грунтов. Несмотря на такую комплексную оценку просадочных свойств не всегда удается правильно оценить будущую устойчивость здания. Для решения этого вопроса строят здания в натуральную величину. Лессовые основания насыщают водой, что искусственно вызывает просадочный процесс. В этот период проводят наблюдения за характером развития просадочного процесса, определяют значения просадок, оценивают состояние конструкций зданий.

Обработка результатов исследований грунтов. Оценку свойств мас­сивов грунтов проводят на основе физико-механических характери­стик, которые получают по нормативным документам, в результате лабораторных исследований отдельных образцов грунтов и полевых работ на территории массива. Полученные в лаборатории и в поле характеристики отвечают только тем точкам, где были отобраны образцы и проведены полевые испытания грунтов. В связи с этим разрозненные результаты исследований и нормативные показатели необходимо обобщить, т. е. статистически обработать с целью получе­ния усредненных значений и установления их применимости для всего массива фунта. После такой обработки результаты исследований мож­но использовать в расчетах оснований. Такую работу чаще всего выполняют методом математической статистики.

Стационарные наблюдения при инженерно-геологических и гидро­геологических исследованиях проводят за развитием неблагоприятных геологических процессов (карстом, оползнями и др.), режимом под­земных вод и температурным режимом многолетнемерзлых пород. Заключаются они в выборе характерных участков для наблюдений, установке сети реперов, инструментальных наблюдениях за их пере­мещением и т. д. Наблюдения ведут в период эксплуатации зданий и сооружений, но они могут быть начаты и в период их проектирования. Продолжительность работ —до 1 года и более.

Свойства связных грунтов.

К связным грунтам относятся осадочные породы трех типов:

Наибольшее распространение на земной поверхности имеет мине­ральный тип, представленный глинистыми грунтами с водо-коллоидными связями между частицами. Земная кора практически повсеместно (не менее 60 % объема осадочных пород) покрыта глини­стыми образованиями. В эти образования входят три литологических разновидности: супеси, суглинки и глины.

Минеральные (глинистые) грунты. Этот тип грунтов характеризуется большой группой физических свойств: пористостью, влажностью; по­глотительной способностью; коррозионными и специфическими свой­ствами (пластичностью, консистенцией, липкостью, набуханием и садкой).

Глинистые грунты обычно залегают самостоятельными слоями, иногда в виде прослоев или линз в толщах других грунтов, что типично з основном озерным и речным отложениям. Мощность слоев очень разнообразна—от сантиметров до десятков и сотен метров. Глины стожены глинистыми минералами (до 95 %), среди которых преобла-zatoT гидрослюда, в качестве примесей присутствуют каолинит, монт­мориллонит и др. Иногда встречаются глины, в которых основное место занимают каолиниты или монтмориллонит. В суглинках кроме глини­стых минералов присутствуют (до 30—50 %) кварц, полевые шпаты и другие кластогенные минералы, имеющие размер пылеватых частиц. В составе супесей основное место занимают кластогенные зерна (кварц, долевые шпаты и др.), а глинистые минералы находятся в подчиненном -сложении (до 10—20 %).

Пористость п глинистых грунтов различна: супеси —10—15 %, суглинки—20—30%,глины—90—95% активность во взаимоотношениях с водой. В грунтах увеличивается влагоемкость, пластичность, сжатие под нагрузками и т. д.

Глинистые грунты, особенно в условиях влажного состояния, под нагрузками способны сжиматься, т. е. уплотняться. Сжатие происходит за счет уменьшения пористости. Вначале из пор вытесняется воздух, а потом свободная (жидкая) вода. Грунт при этом ведет себя как пластичное тело. Дальнейшее увеличение нагрузки принимает на себя минеральный скелет грунта. Если структура грунта не была разрушена, то после снятия нагрузки объем грунта может несколько увеличиться. Это связано с расклинивающим действием пленочной воды, которая восстанавливает толщину своих пленок и раздвигает частицы грунта.

ВлажностьW в глинистых грунтов. Вода в глинистых грунтах находится в порах, заполняя их полностью или частично. Природная влажность W – это общее количество воды, содержащееся в объеме грунта, т.е. весовое кол-во воды к весу грунта. Если поры грунта полностью заполнены водой, то его относят к водонасыщенным Wsat. Величина W может меняться за счет испарения, давления на грунт, притока воды из окружающей среды.

Поглотительная способность глинистых грунтов связана с активной поверхностью глинистых частиц, которая энергично взаимодействует с окружающей частицы средой. Наивысшей активностью отличаются глинистые частицы, которые несут на своей поверхности электрические заряды. Минералы, например, алюмосиликатного или состава имеют отрицательные заряды, а карбонаты — положительные.

Коррозионные свойства глинистых грунтов. Коррозия—это разру­шение строительных материалов и подземных металлических трубоп­роводов, расположенных в глинистых грунтах. Коррозия возникает в результате электролиза, который начинается в грунтах после воздейст­вия блуждающих электрических токов на поровый водно-солевой рас­твор. В этом процессе вода пор становится электролитом. Коррозионные разрушения наиболее типичны городским территориям, где развито трамвайное движение. При проектировании объектов против коррозии следует предусматривать меры защиты.

Специфические свойства глинистых грунтов. Вода и ее количество придает грунтам ряд особых свойств, которые принято называть спе­цифическими или «характерными». Это пластичность, липкость, набухание и усадка

Все эти свойства типичны глинистым грунтам и имеют большое значение при их строительной оценке.

Пластичность. Это способность глинистых грунтов под действием внешнего давления изменять свою форму без разрыва сплошности, т. е. без образования трещин, и сохранять полученную форму. Пластичные свойства обуславливаются наличием пленочной воды и проявляются только между двумя определенными значениями влажности. Меньшее значение называют нижним пределом пластичности или границей раскатывания Wр , а большее—верхним пределом пластичности, или границей текучести Wi. При влажности ниже Wр грунт находится в твердом состоянии, а когда влажность выше Wi —грунт растекается. Разница между значениями Wp и Wy называют числом пластичности Iр, (доли ед.) (рис. 30).

Консистенция тесно связана с пластичностью, отражает физическое состояние грунтов и показывает степень подвижности частиц в зави­симости от различного количества в грунтах воды. Консистенцию Jt определяют по формуле

Ii=(W-Wp)/( Wi-Wp)

По значениям Ii с помощью таблиц устанавливают, в каком состо­янии находится грунт, например, суглинки и глины могут иметь консистенцию твердую, полутвердую, тугопластичную, мягкопластич-ную, текучепластичную, текучую. Супеси бывают в твердом состоянии, пластичном и текучем (табл. 25).

Липкость (г/см2)—способность глинистых грунтов прилипать к поверхности предметов (колесам и тракам дорожных машин, к лопате и т. д.). Липкостью обладают грунты, которые находятся в пластичном состоянии и обуславливаются наличием пленочной воды, а в почвах также гидрофильного гумуса. Пески и супеси липкостью не обладают

Липкость определяют лабораторным путем. При строительных работах в период дождей она осложняет разработку котлованов и процесс уплотнения грунтов.

Набухание—способность глинистых грунтов увеличивать свой объем в результате увлажнения. Этот процесс свойственен, прежде всего глинам и тяжелым суглинкам. Набухающие грунты обычно залегают слоями и чаще всего встречаются на поверхности земли сухих районов. Мощность слоев набухающих глин обозначается Нsw.. За счет давления набухания грунтов здание деформируется.

Набухание грунтов происходит после соприкосновения с водой, если они были сухие или слабо влажные.

Наличие набухающих грунтов устанавливают в период инженерно-геологических изысканий. Если грунты являются набухающими, то при проектировании объектов необходимо предусматривать определенные мероприятия: 1) в надземной части зданий (увеличивать жесткость и прочность зданий) и 2) в грунтовом основании.

При строительстве на набухающих основаниях могут быть исполь­зованы следующие мероприятия

.

  • Водозащита вокруг зданий и сооружений для предотвращения проникновения в основания атмосферных и технических вод. Вокруг зданий устраивают широкие асфальтовые отмостки, канавы и лотки для отвода воды; надземные водонесущие коммуникации помещают в специальные каналы.

  • Устранение свойств набухания в пределах всей или части толщи грунта путем предпостроечного замачивания. Для промачивания грун­тов используют дренирующие скважины. Грунт провоцируется на набухание и в таком виде должен находиться весь период эксплуатации объекта. Следует отметить, что при этом в грунтах понижаются прочностные и деформативные характеристики. В связи с этим рекомен­дуется строить объекты с небольшими нагрузками.

  • Устройство компенсирующих подушек под всем зданием или фундаментами из слоя уплотненного грунта (песка, суглинка, глины). Это позволяет уменьшать до допустимого предела величину Рsw

  • Полная или частичная прорезка сборными фундаментами слоя набухающего грунта. При этом боковая часть фундаментов должна обсыпаться песком в целях устранения прилипания грунта к фундаментам.

  • Полная или частичная замена слоя набухающего грунта не набухаюшим грунтом. Этот способ экономически оправдан при набухаю­щих грунтах с небольшой мощностью слоев.

  • Увеличение давления от зданий на основание, чтобы оно было больше Рsw.

Необходимо отметить, что наибольший эффект при строительстве объектов на набухающих грунтах можно получить при сочетании нескольких мероприятий и при увеличении жесткости и прочности самих зданий.

Основные типы грунтов в строительстве и их особенности

Перед тем как приступить к строительству дома, первое, что нужно учесть – это качество грунта на вашем участке. Видов грунтов несколько, и не каждый из них оптимален для строительства. Однако существует несколько способов улучшить физические характеристики грунтов и сделать их пригодными для закладки фундамента. Можно также грунт купить с доставкой. О видах грунтов и их классификации вы сможете прочесть на этой странице.

 грунт

Выбрать оптимальный тип фундамента невозможно, не имея данных о грунтах, расположенных на участке, и их свойствах. Безграмотно сделанный фундамент в конечном итоге может привести к разрушению всего строения. Связь здесь прямая: чем прочнее основание, тем долговечнее сооружение.

В зависимости от места расположения земельного участка основанием для вашего дома будет служить один из верхних слоев земли: скальная порода или грунт. Говоря о фундаменте и типе грунта, скальные породы, используемые в качестве основания, также можно считать грунтом.

Основание строения может быть как естественным, так и искусственным. Естественным основанием может служить грунт, залегающий под фундаментом дома, имеющий в своем природном состоянии достаточно хорошую несущую способность для обеспечения устойчивости здания и допустимую по величине и равномерности осадку. Такие характеристики физических свойств грунтов встречаются крайне редко, поэтому требуется дополнительное укрепление почвы, то есть создание искусственного основания.

Классификация основных видов грунтов для строительства фундамента

Основные виды грунтов - это скальные, крупнообломочные, песчаные, глинистые и торфяники.

 грунт

Скальные грунты являются наиболее надежным основанием для строения. Они представляют собой изверженные, метаморфические и осадочные породы с жесткими связями между зернами (спаянные и сцементированные), залегающие в виде сплошного или трещиноватого массива. Поэтому такие типы и виды прочны, не проседают, не размываются и не вспучиваются. Дом на таком грунте можно возводить непосредственно на поверхности, без какого-либо вскрытия или заглубления.

 грунт

Крупнообломочные грунты не имеют цельной структуры и содержат прожилины гравия, обломки кристаллических и осадочных пород. В состав этих грунтов входит (по весу) более 50 % частиц с размерами более 2 мм. Основные свойства таких видов грунтов заключаются в слабом сжимании и низкой разламываемости.

В зависимости от крупности частиц крупнообломочные типы грунтов подразделяются на: валунные или глыбовые (вес частиц крупнее 200 мм — более 50 %), галечниковые или щебенистые (вес частиц крупнее 10 мм — более 50 %) и гравейные (вес частиц крупнее 2 мм — более 50 %).

По степени влажности крупнообломочные виды грунтов для фундамента подразделяются на: насыщенные водой (коэффициент влажности — более 0,8), влажные (от 0,5 до 0,8) и маловажные (не более 0,5).

Опорой для дома, построенного на таком грунте, может служить фундамент с заглублением не более полуметра.

 грунт

Один из основных типов грунтов – песчаный - содержит (по весу) менее 50 % частиц крупнее 2 мм. Особенность этого типа грунта – сыпучесть и отсутствие пластичности. Увлажняясь, они могут сильно уплотняться под нагрузкой — проседать. Эти грунты не задерживают воду и незначительно промерзают.

По степени влажности песчаные грунты подразделяются на три группы: насыщенные водой (коэффициент влажности — более 0,8), влажные (от 0,5 до 0,8) и маловажные (не более 0,5).

В зависимости от крупности частиц песчаные виды грунта для строительства подразделяются на: песок гравелистый (вес частиц крупнее 2 мм — более 25 %), песок крупный (вес частиц крупнее 0,5 мм — более 50 %), песок средней крупности (вес частиц крупнее 0,25 мм — более 50 %), песок мелкий (вес частиц крупнее 0,1 мм — более 75 %) и песок пылеватый (вес частиц крупнее 0,1 мм — менее 75 %).

Наличие в грунте пылеватых частиц ухудшает его строительные качества и снижает его несущую способность. Чем крупнее и чище песок, тем большую нагрузку он может воспринять. Кроме того, пески гравелистые, крупные и средней крупности имеют значительную водонепроницаемость и поэтому при замерзании не вспучиваются. В таких грунтах допускается закладка фундамента на глубине до 1 м.

 грунт

Неблагоприятный тип грунта для фундамента

Глинистые грунты наиболее неблагоприятны для закладки фундамента: они могут сжиматься при высыхании, размываться при паводках, а при замерзании вспучиваться. Эти свойства обусловлены тем, что глинистые грунты состоят из мельчайших частиц, имеющих в основном чешуйчатую форму, и большого количества тонких капилляров. Через них вода заполняет все поры глины и обволакивает частицы грунта. Созданное взаимное притяжение обеспечивает вязкость глинистого грунта. Поскольку поры глины в большинстве случаев заполнены водой, то при ее промерзании объем увеличивается и начинается процесс набухания (пучения). В зависимости от величины относительного набухания без нагрузки глинистые грунты подразделяются на: сильно-набухающие (коэффициент — более 1.2), средненабухающие (от 0,08 до 1,2) и слабонабухающие (менее 0,08).

 грунт

Таким образом, несущая способность этой разновидности грунта во многом зависит от его влажности. В пластичном и разжиженном состоянии она очень мала, в то время как сухая глина способна выдерживать значительную нагрузку. Поэтому, если такая земля находится во влажном климате, то необходимо закладывать фундамент в расчете на глубину промерзания грунта.

К глинистым основам часто относят суглинки. По физическим свойствам эти грунты они занимают промежуточное положение между песчаными и глинистыми грунтами. В зависимости от содержания глины выделяют сами суглинки (содержание глины от 10 до 30 %) и супесь (содержание глины от 3 до 10 %).

Супеси, сильно разжиженные водой, становятся настолько подвижными, что текут подобно жидкости и поэтому носят название «плывуны». Вследствие своей подвижности и незначительной несущей способности плывуны малопригодны для использования в качестве оснований.

 грунт

В состав торфяников входит большое количество растительных осадков. По их относительному содержанию различают: слабозаторфованные (относительное содержание растительных осадков — менее 0,25), среднезаторфованные (от 0,25 до 0,4), сильнозаторфованые (от 0,4 до 0,6) и торфы (свыше 0,6). Торфяники, как правило, сильно увлажнены и отличаются значительной неравномерной сжимаемостью. Они практически не пригодны для создания надежной опоры. В ходе строительства они заменяются на более эффективные (например, на песчаные).

Какие виды воды находятся в грунте

Кроме неравномерной сжимаемости грунта у фундамента есть еще несколько «врагов» — вода и мороз. Основные виды вод в грунтах, какие находятся в грунте и представляют опасность для опоры вашего будущего дома, - это почвенные и грунтовые.

Почвенные воды — это влага, выпавшая в виде осадков, образовавшаяся в результате таяния снегов или являющаяся компонентой болотных и илистых почв. Грунтовые воды залегают в грунте постоянно. Именно они оказывают значительное влияние на структуру, физическое состояние и механические свойства грунта и снижают несущую способность основания.

Грунтовые воды существуют практически повсеместно, только в разных местах на разной глубине. Если они находятся очень глубоко и даже в период таяния снегов не поднимаются на поверхность, то в доме, расположенном на таком участке, можно даже оборудовать подвал, не беспокоясь, что весной он будет затоплен. Но если этот вид вод в грунтах залегает близко к поверхности земли, то фундамент потребует обустройства надежной гидроизоляции, а от подвала лучше отказаться.

В холодный период года некоторые виды грунта начинают увеличиваться в объеме, вздуваться, пучиться. Этот процесс обусловлен тем, что вода, которую грунт удерживает в своих порах, превращаясь в лед, занимает больший объем. Причем, вследствие капиллярного эффекта, из нижних слоев грунта она поднимается в зону промерзания.

Глубина промерзания грунта различна и зависит от географического места расположения вашего участка. Оптимальными для будущего фундамента считаются условия, когда глубина промерзания грунта меньше глубины грунтовых вод. И, наоборот, тяжелыми считаются условия, когда глубина промерзания больше глубины грунтовых вод. Ведь когда холод достигнет уровня подземных грунтовых вод, начнется их превращение в лед, а вместе с этим и вспучивание грунта. Впрочем, если бы этот процесс шея равномерно, то особой проблемы не возникало бы: зимой дом равномерно приподнялся, а весной равномерно опустился. Однако вспучивание практически никогда не бывает равномерным, что приводит к перекосу фундамента, перераспределению нагрузок в нем и во всем строении. В результате могут появиться трещины, как в самом фундаменте, так и в стенах дома.

Согласно положениям СНиП 2.02.01-83 «Основания зданий и сооружений» к пучинистым относятся все находящиеся во влажном состоянии глинистые грунты, мелкие и пылеватые пески, а также крупнообломочные грунты, имеющие фрагменты с пылевато-глинистые заполнением. В сухом же состоянии перечисленные грунты отнесены к практически непучинистым. Поэтому при повышенной влажности грунта фундамент дома рекомендуется закладывать не выше глубины промерзания. Кроме того, необходимо учитывать, что глубина промерзания влажных грунтов у фундамента зависит от основного теплового режима дома. Так, например, эта глубина под отапливаемым зданием уменьшается на 30—50 % от нормативно-расчетного показателя. В ходе геологических изысканий были получены характеристики грунта вашего участка. Неплохо, если фундамент будет опираться на крупнообломочный грунт природного происхождения. Не следует волноваться и в том случае, если на вашем участке преимущественно однородные песчаные грунты, состоящие из крупнозернистого песка. Правильно рассчитанный и заложенный фундамент даст равномерную осадку и в дальнейшем, как правило, не будет перекашиваться, и испытывать от грунта сильных нагрузок

Как улучшить характеристики физических свойств разновидностей грунтов

Не стоит расстраиваться, и тем более отказываться от строительства, в том случае, если в результате геологических изысканий обнаружилось, что грунт на вашем участке глинистый, или мелкозернистый и пылевидный песок, или даже торфянистый. Существует множество способов, как улучшить физические характеристики разновидностей грунтов, правда, они приводят к дополнительным финансовым затратам, размер которых лучше оценить заранее.

Мелкозернистый и пылевидный песок, а также глинистые грунты обеспечивают приемлемые характеристики только в сухом состоянии. При обилии влаги они становятся текучими, а в зимнее время, промерзая, пучинятся. Чтобы этого не происходило, проводят специальные мероприятия, например, заглубляют подошвы фундамента ниже глубины промерзания почвы. Кроме того, как советуют некоторые специалисты, на таких грунтах желательно ставить тяжелый дом, со стенами из кирпича или блоков, поскольку легкую конструкцию при зимнем пучении грунт выдавит.

Хороший результат дает искусственно созданное для фундамента песчаное основание, так называемая песчаная подушка. Ее часто устраивают под ленточный фундамент при строительстве загородных домов без подвала. Толщина «подушки» может достигать половины всей высоты фундамента, а так как песок дешевле, чем бетон и арматура, это дает неплохую экономию финансов. Да и сама процедура весьма проста: средне- или крупнозернистый песок засыпают в траншею или котлован слоями по 150—200 мм, тщательно утрамбовывают и каждый слой проливают водой.

Если вам достался участок на торфянике, следует просто убрать весь торф и засыпать образовавшийся котлован песком, сделав песчаную подушку.

В том случае, если уровень грунтовых вод на вашем участке высок и их захватывает глубина промерзания, то необходимо провести работы, направленные на понижение этого уровня (осушение, прокладка глубоко расположенных дренажных канав и т. д). Особое внимание следует уделить и отводу поверхностных, атмосферных и производственных вод путем организации вертикальной планировки, ливнестоков, водоотводных канав или лотков.

Необходимо предпринять меры, направленные на снижение сил морозного пучения. Для этого следует возводить фундаменты простейших форм с минимальной площадью поперечного сечения, например столбчатые или свайные, и снижать глубину промерзания грунта около фундаментов теплоизоляционными материалами.


Основные понятия при оценке инженерно-геологических свойств грунтов

Физические свойства грунтов. Инженерно-геологические свой­ства горных пород являются весьма емким понятием, охватываю­щим их физические, водно-физические и механические свойства. Определение этих свойств, назначение их расчетных значений при проектировании оснований и фундаментов различных соору­жений, прогноз их изменений во времени и являются основной конечной целью грунтоведения. При определении параметров свойств грунтов возникают конкретные задачи, решаемые раз­личными способами и методами грунтоведческих исследований, для которых разработаны конкретные методики, приборы и обо­рудование.

Физические свойства горных пород естественно охватывают все их генетические классы от магматических и метаморфических до обломочных и тонкодисперсных осадочных. Однако в связи с тем, что в строительной практике чаще всего приходится иметь 170 дело с рыхлыми дисперсными породами, а также в связи с тем, что эти породы обладают значительной изменчивостью свойств, рассмотрение характеристик свойств грунтов мы будем проводить в основном для этих грунтов.

Отметим вначале наиболее характерные физические свойства горных пород, согласно ГОСТ 25100—95. К числу наиболее важ­ных характеристик относятся плотность и пористость породы.

Плотность грунта— это отношение массы породы, включая массу воды в ее порах, к занимаемому этой породой объему. Плотность породы зависит от минералогического состава, влаж­ности и характера сложения (пористости)

Р = m/V,

где р — плотность грунта, г/см3, кг/м3, т/м3;т— масса породы с естественной влажностью и сложением, г;V —объем, занимае­мый породой, см3.

Плотностью частиц грунтаназывают отношение массы сухо­го грунта, исключая массу воды в его порах, к объему твердой части этого грунта:

ps =(m-mJ/VT,

где ps—плотность грунта, г/см3, кг/м3, т/м3;твмасса воды в порах грунта, г;УТобъем твердой части грунта, см3.

Плотность частиц грунта изменяется для всех горных пород в небольших пределах от 2,61 до 2,75 г/см3и для каждой генетиче­ской разности породы определяется только ее минералогическим составом.

Удельный вес грунтахарактеризует отношение веса грунта, включая вес воды в его порах, к занимаемому этим фунтом объ­ему, включая поры, и может быть рассчитан следующим образом:

Y= Р£

где у— удельный вес фунта, Н/м3;g—ускорение свободного па­дения, равное 9,81 м/с2.

Плотность скелета породы,или плотность сухого фунта, представляет собой отношение массы минеральных частиц поро­ды (твердой части фунта) при естественной структуре, исключая массу воды в его порах, к занимаемому этой породой объему:

pd =(m-m,)/V,

где pd— плотность скелета породы (плотность сухого грунта), г/см3, кг/см3, т/м3;т—тв= т, — масса сухого грунта, г;V—объ­ем, занимаемый породой, см3.

Плотность скелета породы— величина более постоянная по сравнению с плотностью породы и обычно вычисляется по дан­ным определений плотности и влажности по формуле

где р — плотность породы, г/см3;pd— плотность скелета породы, г/см3; Ж—влажность породы, %.

Удельный вес частиц грунтахарактеризует отношение веса су­хого грунта к объему его твердой части и может быть рассчитан следующим образом:

где ys— удельный вес частиц фунта, Н/м3, кН/м3, МН/м3.

Удельный вес сухого грунтахарактеризует отношение веса су­хого фунта ко всему занимаемому этим фунтом объему и может быть рассчитан следующим образом:

У d=Pdg=y/(\ + W),

где yd удельный вес сухого фунта, Н/м3.

Физические значения плотности применяют для характери­стики физических свойств горной породы фунта основания или строительного материала, а также в динамических расчетах осно­ваний.

Физические значения удельного веса используют непосредст­венно в остальных расчетах оснований, в частности при опреде­лении природного давления, при расчете осадки.

Пористость породпредставляет собой характеристику пустот или свободных промежутков между минеральными частицами, составляющими породу.

Пористость обычно выражают в виде процентного отношения объема пустот к общему объему породы:

где V, —объем пустот породы, см3;V— объем, занимаемый по­родой, см3.

Кроме того, пористость можно выразить через значение плот­ности фунта:

Приведенной пористостью, или коэффициентом пористости, называют отношение объема пустот (пор) к объему твердых ми­неральных частиц породы. Коэффициент пористости выражается в долях единицы по формулам:

Водно-физические свойства грунтов. Влажностью породы Wна­зывают отношение массы воды, содержащейся в порах породы, к массе сухой породы (высушивание образца должно производить­ся в термошкафу приt=Ю5...107°С в течение 8 ч и более).

Влажность породы, кроме того что она является физическим свойством породы, служит важнейшей характеристикой ее физи­ческого состояния, определяющей прочность, деформируемостьи другие свойства при использовании в инженерных целях.

Под естественной (весовой) влажностью породы W,%, пони­мается количество воды, содержащееся в породе в естественных условиях:

W= [(т - т,)/т,] 100,

где т— масса породы вместе с содержащейся в ней водой, г; /я, — масса высушенной породы, г.

Максимально возможное содержание в грунте связанной, ка­пиллярной, фавитационной воды при полном заполнении пор на­зывают полной влагоемкостъю породыи определяют по формулам:

Wn = n/pd или Wn = epw/ps.

Под гигроскопической влажностью Wrпонимают влажность воздушно-сухого фунта.Степенью влажности, или относительной влажностью,называют степень заполнения пор фунта водой и характеризуется отношением объема воды к объему пор фунта:

ST = fVps (100 - п)/п или Sr = Wps/epm

где ST— степень влажности породы, %;W— естественная влаж­ность породы, %; р5—плотность частиц породы, г/см3;п—пори­стость^; рж—плотность воды, г/см3;е— коэффициент порис­тости.

По степени водонасыщенности все рыхлые породы подразде­ляют на четыре основные группы (по величине Sr):сухие — 0—0,2; слабовлажные — 0,2—0,4; влажные — 0,4—0,8; насы­щенные водой —0,8—1,0.

Максимальная молекулярная влагоемкостьхарактеризует содер­жание прочносвязанной, рыхлосвязанной воды и воды ближней гидратации, т. е. влажность фунта при максимальной толщине пленок связанной воды вокруг минеральных частицWMMB.Ее определяют центрифугированием для глинистых фунтов, а для песчаных и супесчаных фунтов — способом высоких колонн.

Пластичность— способность породы изменять под действием внешних сил (давления) свою форму, т. е. деформироваться без разрыва сплошности и сохранять полученную форму, после того как действие внешней силы прекратилось, — является характери­стикой, во многом определяющей деформируемость.

Деформируемостьглинистых пород под действием давления зависит от их консистенции (относительной влажности). Для то­го чтобы выразить в численных показателях пределы влажности породы, при которой она обладает пластичностью, введены по­нятия о нижнем и верхнем пределах пластичности.

Нижним пределом пластичности Wp,илиграницей раскатыва­ния,называют такую степень влажности глинистой породы, при которой глинистая масса, замешанная на дистиллированной во­де, при раскатывании ее в жгутик диаметром 3 мм начинает кро­шиться вследствие потери пластических свойств, т. е. такая влаж­ность, при которой связный фунт переходит из твердого состояния в пластичное.

Верхний предел пластичности W/,илиграница текучести,пред­ставляет собой такую степень влажности глинистой породы, при которой глинистая масса, положенная в фарфоровую чашку и разрезанная глубокой бороздой, сливается после трех легких тол­чков чашки ладонью. При большей степени влажности глинистая масса течет без встряхивания или при одном-двух толчках, т. е. такая степень влажности, при которой связный фунт переходит из пластичного состояния в текучее.

Разница между верхним и нижним пределами пластичности получила название числа пластичности, /р, %:

JP=WL- Wp.

По числу пластичности /рвыделяют породы четырех типов: 1) высокопластичные (глины) — 17 %; 2) пластичные (суглин­ки) — 17...7 %; 3) слабопластичные (супеси) — 7 %; 4) непластич­ные (пески) —0.

Консистенция J,илипоказатель текучести, —это характери­стика состояния грунта нарушенной структуры:

J=(WL- Wp)/Jp.

Количественные характеристики гранулометрического состава.

При характеристике гранулометрического состава используют та­кие показатели, как эффективные диаметры db0иd]0,т. е. диамет­ры частиц, меньше которых в грунте содержится по массе соответ­ственно 60 или 10 % частиц. Иногда к числу эффективных диаметров относятd50, d90, d95иd$,которые вычисляют аналогично описанному способу. Эффективные диаметры применяют для оцен­кистепени неоднородностигранулометрического состава грунта

или степени сортированности

Применяют также показатели, характеризующие однородность грунта, такие, как d50 dw/dwилиd50 d95/d$.

В практике инженерно-геологических исследований применя­ют также специальные статистические коэффициенты, характери­зующие крупность частиц грунта с помощью методов математиче­ской статистики (по нормальным и логарифмически нормальным распределениям частиц по крупности).

Приведенные характеристики применяют обычно для песча­ных, гравийно-галечных и пылеватых грунтов.

Некоторые свойства глинистых грунтов и их характеристики. Возвращаясь к оценке свойств глинистых грунтов, рассмотрим следующие важные их характеристики.

Набуханиемназывают способность глинистых пород при на­сыщении водой увеличивать свой объем. Возрастание объема "по­роды сопровождается развитием в ней давления набухания. На­бухание зависит от содержания в породе глинистых и пылеватых частиц и их минералогического состава, а также от химического состава взаимодействующей с породой воды. Бентонитовая глина может, например, увеличить свой объем более чем на 80 %, као- линитовая — на 25 %.

Коэффициент набухания(к,%) определяют по данным лабора­торных исследований по приросту объема породы в процессе на­сыщения ее водой:

где V—объем набухшей породы, см3;V,— объем воздушно-сухой породы, см3.

Способность пород к набуханию характеризуется:

  • степенью деформации набухания R„, %,определяемой по из­менению объема или высоты образца;

  • давлением набухания Р„,МПа, которое развивается при не­возможности объемных деформаций в процессе набухания породы;

  • влажностью набухания W„,соответствующей такому состоя­нию породы, при котором прекращается процесс поглощения жидкости (воды) породой.

Явление набухания учитывают при строительных работах. На­бухание пород (главным образом дисперсных) наблюдается в кот­лованах, траншеях и других выемках, а также при строительстве плотин, дамб, транспортных насыпей и водохранилищ, когда из­меняются гидрогеологические условия сооружений и увеличива­ется влажность пород, особенно глинистых, за счет вновь посту­пающей воды.

Усадкой породыназывают уменьшение объема породы под влиянием высыхания, зависящее от ее естественной влажности: чем больше влажность, тем больше усадка. В наибольшей степе­ни набуханию и усадке подвержены глинистые породы.

Размоканиемназывают способность глинистых пород в сопри­косновении со стоячей водой терять связность и разрушать­ся — превращаться в рыхлую массу с частичной или полной поте­рей несущей способности. Размокание породы имеет большое значение для характеристики ее строительных качеств. Скорость размокания породы определяет степень ее устойчивости под водой.

При оценке размокаемости принимают во внимание вид по­роды после распада (пылевидный, пластичный, комковатый) и отмечают размер распавшихся частиц. Глинистые породы размо­кают в несколько раз медленнее, чем песчаные. Наличие в поро­де гумуса и карбонатов замедляет размокание.

Большая часть пород с кристаллизационной структурой являет­ся практически неразмокаемой. Большинство же дисперсных по­род с другими видами связи относятся к категории размокаемых.

Для характеристики размокания пород обычно используют два показателя:

  • время размокания, в течение которого образец породы (глав­ным образом, глинистой), помещенный в воду, теряет связность и распадается на структурные элементы разного размера;

  • характер размокания, отражающий качественную картину распада образца породы.

Размокание породы имеет существенное значение при подго­товке проекта производства работ и организации возведения соо- 176 ружения с учетом климатических особенностей района строите­льства и сезона работ.

Плотные суглинки и четвертичные, а особенно древние, гли­ны, не размокающие в стоячей воде, разрушаются при длитель­ном воздействии текучей воды, т. е. размываются.

Размываемостьпород со слабыми структурными связями обу­словливается сопротивлением их размоканию.

Деформационные и прочностные свойства грунтов и их характе­ристики. Расчет оснований сооружений, проектирование фунда­ментов, качественных насыпей, создание проектов производства работ, оценка и прогноз эксплуатации оснований и фундаментов, а в конечном итоге и сооружений; выяснение причин развития и активизации природных геологических и инженерно-геологиче­ских процессов и явлений невозможны без определения физи­ко-механических свойств фунтов, наиболее важными из которых являются деформационные и прочностные.

Сжимаемость грунтов характеризует их способность деформи­роваться под влиянием внешней нафузки, например давления от возведенных сооружений, не подвергаясь разрушению. Деформа­ционные свойства фунтов характеризуются модулем общей де­формации, коэффициентом Пуассона, коэффициентами сжимае­мости и консолидации, модулями сдвига и объемного сжатия.

Деформационные свойства дисперсных фунтов определяются их сжимаемостью под нафузкой, обусловленной смещением ми­неральных частиц относительно друг друга и соответственно уме­ньшением объема пор вследствие деформации частиц породы, воды и газа.

При определении сжимаемости фунтов различают показатели, характеризующие зависимость конечной деформации от нафузки и изменение деформации фунта во времени при постоянной на- фузке. К первой фуппе характеристик относятся: коэффициент уплотнения а,коэффициент компрессииак,модуль осадкиер,ко второй — коэффициент консолидации и др.

Общая характеристика сжимаемости фунтов как деформаци­онного показателя определяется модулем общей деформации Е.

При нафузке на фунт возникают деформации, протекающие во времени. Даже для неполностью водонасыщенных глинистых фунтов сжатие под нафузкой происходит не мгновенно, но в ряде случаев осуществляется сразу со скоростью приложения на­фузки.

Деформация сжатия перечисленных фунтов обусловлена при обычных в строительстве нафузках упругим сжатием частиц и газа. Для водонасыщенных глин, особенно с нарушенными структурными связями, сжатие осуществляется при оттоке воды из пор грунта, скорость которого зависит от водопроницаемости грунта. Для правильного суждения о скорости осадки сооруже­ний используют данные о консолидации грунтов. Консолидация дисперсных грунтов — это их уплотнение во времени под посто­янной нагрузкой.

К числу факторов, определяющих сжимаемость грунтов, отно­сят их гранулометрический, минералогический составы и харак­теристики структуры и текстуры.

Дисперсность и степень неоднородности грунтов определяют отчасти их пористость, а тем самым обусловливают возможность их деформирования. Определенное значение здесь имеет и филь­трационная способность различных по крупности грунтов.

Немаловажное значение имеет и минералогический состав грунтов. Наличие в песках частиц слюды значительно увеличива­ет сжимаемость таких песков и величину обратимой деформации. Состав минералов в глинистых грунтах определяет размер, форму и гидрофильность частиц грунта. Пористость глинистых грунтов возрастает, как и возможность уплотняться при действии внеш­ней нагрузки, с увеличением дисперсности и гидрофильное™ глин. Это подтверждается фактом наибольшей деформируемости монтмориллонитовых глин по сравнению с другими минералоги­ческими разностями глин, что определяется свойствами монтмо­риллонита, его внутренним строением.

К числу факторов, определяющих способность грунтов дефор­мироваться, относится и морфология их частиц, формирующая в некоторой степени размер и форму порового пространства, их фильтрационную способность. Угловатые частицы с шероховатой поверхностью по сравнению с окатанными полированными обла­дают не только повышенной способностью адсорбировать на се­бе водные пленки и пленки вторичных образований различного химического состава, тем самым способствуя развитию структур­ных связей различного характера, но и затрудняют перемещение частиц друг относительно друга за счет естественного в таком случае повышенного трения частиц при перемещении. Наиболее характерно это для песчаных, мелкообломочных и отчасти пыле­ватых грунтов. Наличие в грунтах гумуса и других гидрофильных компонентов определяет степень развития структурных связей, сорбционную способность грунтовых частиц. Указанный факт, толщина пленок воды, упругие и пластические свойства гумуса и других органических соединений существенно сказываются на способности грунтов деформироваться под нагрузкой, кроме все­го прочего, за счет изменений в возможности фильтрационного отжатая воды из порового пространства. Наиболее ярко это про­является в глинистых, пылеватых и отчасти супесчаных грунтах

Установлено также, что на формирование и размер водных пленок и развитие структурных связей влияет и состав обменных катионов в поровом растворе грунтов. Естественно, это в опреде­ленной степени сказывается и на деформационных свойствах грунтов.

Прочность грунтов. К числу наиболее важных физико-механи­ческих свойств грунтов относят их прочность. Прочностные ха­рактеристики грунтов являются определяющими при решении инженерно-геологических задач, возникающих при оценке осно­ваний, проектировании, строительстве и эксплуатации фундамен­тов сооружений. Сопротивление грунтов сдвигу является их важ­нейшим прочностным свойством. Под действием некоторой внешней нагрузки в определенных зонах грунта связи между час­тицами разрушаются и происходит смещение (сдвиг) одних час­тиц относительно других — грунт приобретает способность нео­граниченно деформироваться под данной нагрузкой. Разрушение грунта происходит в виде перемещений одной части грунтового массива или слоистой толщи относительно другой (к числу при­меров, часто возникающих в строительной практике, можно от­нести оползание откосов строительных котлованов и других вые­мок, «выпор» грунта из-под сооружений).

Сопротивление грунтов сдвигу в определенном диапазоне дав­лений (от десятых долей до целых единиц МПа) может быть описано линейной зависимостью Кулона

где т — предельное сдвигающее напряжение, МПа; р— нормаль­ное давление, МПа; — коэффициент внутреннего трения;— угол внутреннего трения, град;С— сцепление, МПа.

Величины иСявляются параметрами зависимости сопро­тивления грунтов сдвигу, которые необходимы для инженерных расчетов прочности и устойчивости массивов грунтов.

Подробное рассмотрение процессов формирования прочности различных грунтов на основе обобщения результатов многочис­ленных экспериментальных исследований привело специалистов к выводу о том, что параметры прочности (иQне являются однозначными факторами в формировании сопротивления сдвигу для глинистых и песчаных грунтов. Так, для песков основную роль играет внутреннее трение, выражаемое коэффициентом внутрен­него трения , сцепление же носит подчиненный характер, главным образом, это сцепление-зацепление между отдельными частицами, вторичные цементационные связи между пленками на поверхности песчаных частиц. Сцепление в песках обусловле­но, таким образом, морфоскопическими особенностями их зерен. В глинистых грунтах главная роль принадлежит сцеплению С, в силу развитых внутренних связей различного характера и приро­ды в этих грунтах. Несколько упрощая вопросы формирования прочности в грунтах различного состава и строения, можно условно записать, что в зависимости Кулона в глинах коэффици­ент внутреннего тренияtgcpстремится к нулю, а в песках, в свою очередь, сцепление С стремится к нулю.

Минеральный состав песков и глин определяет характер со­противления их сдвигу; для глинистых грунтов характерно сопро­тивление их одноосному сжатию и разрыву. Содержание в песках слюд, хлорита, талька и других минералов, характеризующихся низкими показателями трения, снижает сопротивление таких песков сдвигу. Наименьшее сопротивление сдвигу и сжимаемость характерны для монтмориллонитовых глин.

Исключение составляют глины в воздушно-сухом состоянии, по изложенным выше причинам. Наибольшее сопротивление на одноосное сжатие и разрыв будет присуще тем же глинам, благо­даря дегидратации, обусловливающей образование в фунте мак­симума контактов, проявляющихся в степени развития ион­но-электростатических связей.

К числу факторов, влияющих на развитие структурных свя­зей, относятся степень дисперсности и однородности фунтов, их морфологические характеристики, степень развития вторичных пленок на зернах песков, количество связанной воды, состав об­менных катионов, значение коэффициента трения частиц друг о друга. Указанные факторы обусловливают прочность фунтов по изложенным причинам при рассмотрении их сжимаемости.

К настоящему времени накоплен значительный объем резуль­татов исследований, проливающий свет на процессы формирова­ния прочности фунтов и объясняющий природу трения и сцеп­ления, которые развиваются в фунтах и являются основными расчетными показателями прочности, используемыми в инженер­ных расчетах.

Физико-механические свойства дисперсных фунтов зависят, таким образом, от соотношения твердой и жидкой минеральных компонент фунта. В последнее время получены данные о влия­нии на физико-механические свойства органики (гумуса) элемен­тов биоты и газовой компоненты и о чрезвычайно важной роли в этом структурно-текстурных особенностей дисперсных фунтов. К примеру, как это уже отмечалось, глинистые фунты обладают сопротивлением сжатию и на разрыв, в песчаных фунтах послед­нее свойство практически не проявляется.

Формирование физико-механических свойстви скальных фун­тов имеет свои специфические особенности, весьма важные и необходимые для познания их природы и прогноза проявления. При изучении скальных горных пород важно установить содер­жание в них породообразующих минералов. Наибольшее значе­ние имеют минералы класса первичных силикатов — полевые шпаты, пироксены, амфиболы, оливин и др. С определенной условностью к ним относят кварц, у которого, как известно, пре­обладают внутрикристаллические связи. Ифают роль и простые соли: карбонаты, сульфаты, галоиды имеют ионный тип связей, которые существуют внутри самих минералов (атомов, ионов, ра­дикалов). Свойства же минералов передаются свойствам фунтов.

Наибольшее значение для скальных пород имеет их трещино­ватость. К скальным породам с кристаллическими и структурны­ми связями относятся, главным образом, магматические и мета­морфические. При пористости 1—5 % эти породы могут характеризоваться трещинной системой объемом в 10—20%. Очевидно, что водопроницаемость трещиноватых фунтов, физи­ко-механические свойства определяются не столько их пористо­стью, сколько трещиноватостью.

В настоящее время выделяют различные генетические типы трещин:

  • первичной отдельности, или литогенетические, обычно тон­кие, чистые от заполнителя, закономерно ориентированные;

  • выветривания, иногда значительные по размерам, затухаю­щие с глубиной, с различным по составу заполнителем;

  • тектонического происхождения, различного, иногда весьма значительного размера, незатухающие с глубиной, с различным за­полнителем или без него.

Иногда выделяют также специфические трещины исключите­льно сейсмогенного происхождения. Для характеристики трещи­новатости разработаны специальные приемы, описывающие их ориентированность, размеры и другие параметры.

Трещины подразделяют на тонкие (менее 1 мм), мелкие (1—5 мм), средние (5—20 мм), крупные (20—100 мм) и очень крупные (более 100мм).

Высокая прочность магматических и метаморфических пород, как уже отмечалось, объясняется наличием структурных кристал­лизационных связей химической природы. Под воздействием факторов выветривания магматические и метаморфические гор­ные породы разрушаются; если физическое выветривание преоб­ладает над химическим и разрушение сводится в основном к дроблению фунтов, то при участии процессов денудации из вы­ходящих на поверхность фунтов образуются крупнообломочные и песчаные породы со слабыми молекулярными, капиллярными и электростатическими структурными связями. В случае, когда химическое выветривание преобладает над физическим, из на­званных горных пород формируются чаще всего глинистые и, может быть, лессовые, но скорее всего пылеватые породы с чрез­вычайно разнообразными свойствами.

Примечательно, что скальные фунты, представленные карбо­натными, сульфатными и галоидными породами, сцементирован­ными, крупнообломочными и мелкообломочными породами, пес­чаниками, характеризуются в свойствах степенью литификации, качеством и количеством цемента для последних.

При характеристике деформационных свойств скальных фун­тов принимают во внимание модуль деформации Е,модуль упру­гостиЕуи модуль общей деформацииЕ0.Модуль упругости ра­вен отношению напряжения т при одноосном сжатии к относительной обратимой деформации:

Модуль общей деформации равен отношению напряжений при одноосном сжатии к общей относительной деформации:

Для упругодеформируемого материала модуль упругости и мо­дуль общей деформации устанавливаются для определенной ве­личины и продолжительности действия давления.

Модуль упругости и модуль общей деформации зависят от ха­рактера фунта и его структуры: для скальных пород Еу/Е0~ 2. По­казателем деформационных характеристик скальных фунтов слу­жит также коэффициент Пуассона ц, определяющий, в какой мере происходит изменение объема фунта в процессе деформации.

Коэффициент Пуассона представляет собой собственно харак­теристику упругой деформации, зависящую в основном от свойств породообразующих минералов. Эта характеристика поро­дообразующих минералов изменяется в широком диапазоне от 0,08 до 0,34, что определяется особенностями кристаллической решетки и направлением реализации напряжений относительно кристаллофафических осей. Коэффициент Пуассона зависит от минералогического состава фунта, пористости и трещиноватости.

Кроме отмеченного влияния на свойства скальных фунтов трещиноватости, очень велико воздействие на них степени вы­ветрелости скальных грунтов. Например, степени размягчаемости в воде скальных грунтов — отношения временных сопротивлений к одноосному сжатию в водонасыщенном Rc;И в воздушно-сухомRsсостояниях:

Следует отметить, что временное сопротивление фунта, осо­бенно скального, одноосному сжатию, или предел прочности на сжатие , является чрезвычайно важной классификационной ха­рактеристикой, согласно которой проводится отнесение фунта к скальному (> 5 МПа) или нескальному (< 5 МПа). Естественно, эта характеристика описывает фунт в образце в измененных (при отсутствии естественного напряженного состояния) условиях.

КЛАССИФИКАЦИЯ ГРУНТОВ

Одной из важных задач любой науки на определенном этапе ее развития является построение классификации. Большинством ученых доказано, что построение становится возможным только тогда, когда в какой-то области знания уже накоплен достаточ­ный фактический материал, позволяющий выявить общие зако­номерности развития объекта исследований данной науки. В ча­стности, построение классификации фунтов стало возможным только тогда, когда в определенной мере оформились представле­ния о зависимости инженерно-геологических свойств горных по­род от особенностей их состава и строения на основе значитель­ного объема фактического материала. Первые классификации фунтов появились во второй половине XIX в.

Классификации фунтов могут быть общими, частичными, ре­гиональными и отраслевыми.

Задача общих классификаций — по возможности охватить все наиболее распространенные типы горных пород и охарактеризо­вать их как фунты. Такие классификации должны основываться исключительно на генетическом подходе, при котором оказывается возможным связать инженерно-геологические свойства горных по­род с их генетическими особенностями и проследить изменение этих свойств от одной фуппы фунтов к другой. Эти классифика­ции служат базой для разработки всех других видов классификаций.

Частные классификации подразделяют и детально расчленяют фунты на отдельные фуппы по одному или нескольким призна­кам. К таким классификациям относятся классификации осадоч­ных, обломочных, песчано-глинистых фунтов по гранулометрическому составу, глинистых пород — по числу пластичности, лессовых пород — по степени просадочности и т. п. Эти классификации могут быть развитием или составной частью общих классификаций.

Региональные классификации рассматривают грунты приме­нительно к определенной территории. В их основе лежит возра­стное и генетическое подразделение пород, встречающихся на данной территории. Разделение групп грунтов проводят, базиру­ясь на формационно-фациальном учении о горных породах.

Отраслевые классификации грунтов составляются примените­льно к запросам определенного вида строительства. Естественно, такие классификации базируются на положениях более высокого общего ранга их применения для решения вопросов при инженер­но-геологической оценке территорий и площадки строительства.

Классификация грунтов отражает их свойства. В настоящее время грунты, согласно ГОСТ 25100—95, разделяют на следующие классы — природные: скальные, дисперсные, мерзлые и техноген­ные образования. Каждый класс имеет свои подразделения. Так, грунты скальных, дисперсных и мерзлых классов делятся на груп­пы, подгруппы, типы, виды и разновидности, а техногенные фунты вначале разделяются на два подкласса, а далее также на группы, подгруппы, типы, виды и разновидности. Классификация фунтов, согласно ГОСТ 25100—95, в сокращенном виде показана в табл. 15.

Скальные грунты.Их структуры с жесткими кристаллически­ми связями, например фанит, известняк. Класс включает две труппы фунтов:1) скальные, куда входят три подфуппы пород: магматические, метаморфические, осадочные сцементированные и хемогенные;2) полускальные в виде двух подфупп — магмати­ческие излившиеся и осадочные породы типа мергеля и гипса. Деление фунтов этого класса на типы основано на особенностях минерального состава: например, силикатного типа — гнейсы, фаниты; карбонатного типа — мрамор, хемогенные известняки. Дальнейшее разделение фунтов на разновидности проводится по свойствам: по прочности — фанит — очень прочный, вулканиче­ский туф — менее прочный; по растворимости в воде — квар­цит — очень водостойкий, известняк — неводостойкий.

Дисперсные грунты.В этот класс входят только осадочные горные породы. Класс разделяется на две фуппы — связных и несвязных фунтов. Для этих фунтов характерны механические и водно-коллоидные структурные связи. Связные фунты делятся на три типа—минеральные (глинистые образования), органоми­неральные (илы, сапропели и др.) и органические (торфы). Не­связные фунты представлены песками и крупнообломочными породами (фавий, щебень и др.). В основу разновидностей фун­тов

Мерзлые грунты.Все грунты имеют криогенные структурные связи, т. е. цементом фунтов является лед. В состав класса вхо­дят практически все скальные, полускальные и связные фунты, находящиеся в условиях отрицательных температур. К этим трем фуппам добавляется фуппа ледяных фунтов в виде надземных и подземных льдов. Разновидности мерзлых фунтов основываются по льдистым (криогенным) структурам, засоленности, темпера­турно-прочностным свойствам и др.

Техногенные грунты.Эти фунты представляют собой, с одной стороны, природные породы — скальные, дисперсные, мерзлые, которые в каких-либо целях были подвергнуты физическому или физико-химическому воздействию, а с другой стороны, искусст­венные минеральные и органоминеральные образования, сфор­мировавшиеся в процессе бытовой и производственной деятель­ности человека. Последние нередко называют антропогенным образованием.

About Author


alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *