Скачать презентацию 1 Грунтоведение Грунтоведение наука изучающая любые Скачать презентацию 1 Грунтоведение Грунтоведение наука изучающая любые

Грунтоведение.pptx

  • Количество слайдов: 52

1. Грунтоведение 1. Грунтоведение

Грунтоведение – наука, изучающая любые горные породы, почвы и техногенные образования как многокомпонентные, динамичные Грунтоведение – наука, изучающая любые горные породы, почвы и техногенные образования как многокомпонентные, динамичные образования в связи с инженерной деятельностью человека

Грунт – любая горная порода, которую изучают с инженерно-геологической точки зрения в условиях ее Грунт – любая горная порода, которую изучают с инженерно-геологической точки зрения в условиях ее естественного залегания с учетом природной обстановки. Предмет грунтоведения – инженерно-геологическое изучение и оценка горных пород Теоретическая задача грунтоведения: • изучение природы и процессов формирования прочности и других инженерно-геологических свойств горных пород в ходе литогенеза. Практические задачи: • выделение на изучаемом участке типов и видов пород с одинаковыми или близкими инженерно-геологическими свойствами; • установление распространения выделенных типов и видов пород в пределах участка; • получение количественной характеристики прочности и других инженерно-геологических свойств пород и их изменчивости применительно к требованиям проектируемого сооружения; • предсказание возможного изменения свойств пород под воздействием проектируемого сооружения; • совместная с инженером-строителем оценка опасности этого изменения для проектируемого сооружения; • рекомендации путей улучшения свойств пород для обеспечения наиболее рационального производства работ по возведению сооружения, его устойчивости и долговечности.

Инженерно-геологические явления видов строительства, возникающие при инженерной деятельности человека Инженерно-геологические явления видов строительства, возникающие при инженерной деятельности человека

Горные породы как многокомпонентные системы • Твердая компонента – минеральная и органическая часть горных Горные породы как многокомпонентные системы • Твердая компонента – минеральная и органическая часть горных пород • Жидкая компонента – содержащиеся в пустотах пород природные воды • Газообразная компонента – газы в пустотах пород • Живая компонента - микроорганизмы

Влияние минерального состава на свойства грунтов Наибольшее значение имеют: • минералы класса первичных силикатов; Влияние минерального состава на свойства грунтов Наибольшее значение имеют: • минералы класса первичных силикатов; • простые соли; • глинистые минералы. + органическое вещество

Классификация гранулометрических элементов Классификация гранулометрических элементов

Структурные элементы, слагающие грунты, при неплотном залегании друг к другу образуют промежутки различной величины Структурные элементы, слагающие грунты, при неплотном залегании друг к другу образуют промежутки различной величины – поры. Общая пористость пород – суммарный объем всех пор в единице объема породы. 1 – твердые частицы; 2 – пустоты (поры); 3 – вода; V – объем грунта; Vs – суммарный объем твердых частиц; Vn – суммарный объем пустот; Vw – объем воды; Va – объем воздуха; m – масса грунта; ms – масса твердых частиц; mw – масса воды

Плотность твердых частиц грунта ρs – масса единицы объема твердых частиц, уложенных абсолютно плотно, Плотность твердых частиц грунта ρs – масса единицы объема твердых частиц, уложенных абсолютно плотно, без промежутков и пустот между ними. ρ s=ms / Vs (г/см 3, т/м 3, реже кг/м 3) Плотность грунта ρ – масса единицы объема грунта. ρ=m/V=(ms+mw)/(Vs+Vn) Влажность грунтов W – относительное количество воды, содержащейся в пустотах грунта. W = mw / ms = (m-ms)/ms W = [(m-ms)/ms]*100

 •

Типы пор дисперсных грунтов Типы пор дисперсных грунтов

Вода в грунтах: I. Вода в форме пара II. Связанная вода: • Слабосвязанная вода Вода в грунтах: I. Вода в форме пара II. Связанная вода: • Слабосвязанная вода • Прочносвязанная (гигроскопическая) вода III. Свободная вода • • Гравитационная вода Капиллярная вода IV. Вода в твердом состоянии V. Кристаллизационная и химически связанная вода

Водопроницаемость – способность пропускать через себя воду Фильтрация – способность воды передвигаться в грунтах Водопроницаемость – способность пропускать через себя воду Фильтрация – способность воды передвигаться в грунтах под действием напора Фильтрация в полностью водонасыщенных грунтах при ламинарном режиме движения подчиняется закону Дарси: Количество воды Q, просачивающейся через породу в единицу времени, пропорционально величине падения напора при фильтрации ΔН площади поперечного сечения породы F и обратно пропорционально пути фильтрации L, измеряемой по направлению движения воды. Q = k(ΔН/L)F K – коэффициент фильтрации – является мерой водопроницаемости грунта и равен скорости фильтрации воды при гидравлическом градиенте, равном единице.

Коэффициент фильтрации различных грунтов и характеристика их водопроницаемости Коэффициент фильтрации различных грунтов и характеристика их водопроницаемости

Газы в грунтах Адсорбированный газ – газ, удерживаемый на поверхности сухих твердых частиц силами Газы в грунтах Адсорбированный газ – газ, удерживаемый на поверхности сухих твердых частиц силами электростатического притяжения. Количество зависит от: • Минерального состава грунтов; • Их дисперсности; • Содержания органических веществ. Наибольшее количество адсорбированных газов содержится в абсолютно сухих грунтах!!! Защемленный газ в результате выделения из раствора, вытеснения адсорбированного газа пленками воды в сообщающихся порах различного диаметра Свободный газ сообщается с атмосферой и практически представляет собой воздух

Схема защемления газа в грунтах 1 – защемленный газ 2 – твердые частицы 3 Схема защемления газа в грунтах 1 – защемленный газ 2 – твердые частицы 3 – водная пленка 4 – капилляры в виде сообщающихся пор

Органическое вещество В грунтах представляет собой остатки растительного и животного происхождения, которые со временем Органическое вещество В грунтах представляет собой остатки растительного и животного происхождения, которые со временем претерпевают различные стадии разложения, физикохимического преобразования и минерализации • Рассеянное органическое вещество • Локально распространенное органическое вещество • Регионально распространенное органическое вещество

Гуминовые вещества: • • Гуминовые кислоты (ГК) Фульвокислоты (ФК) Гиматомелановые кислоты (ГМК) Гуминовые угли Гуминовые вещества: • • Гуминовые кислоты (ГК) Фульвокислоты (ФК) Гиматомелановые кислоты (ГМК) Гуминовые угли (ГУ)

Структура и текстура грунта, структурные связи первичные Возникают в момент образования грунтов (остывание магмы, Структура и текстура грунта, структурные связи первичные Возникают в момент образования грунтов (остывание магмы, перекристаллизация при метаморфических процессах, осадконакопление) вторичные Возникают в последующем под влиянием выветривания, растворения, уплотнения Структурные связи

Виды структурных связей в грунтах: • • Химические Молекулярные (силы Ван-дер-Ваальса) Капиллярные силы Электростатические Виды структурных связей в грунтах: • • Химические Молекулярные (силы Ван-дер-Ваальса) Капиллярные силы Электростатические Магнитные Силы расклинивания Кристаллизационные

Классификация грунтов ГОСТ 25100 -2011 • Класс – по общему характеру структурных связей • Классификация грунтов ГОСТ 25100 -2011 • Класс – по общему характеру структурных связей • Группа – по характеру структурных связей • Подгруппа – по происхождению и условиям образования • Тип – по вещественному составу • Вид – по наименованию грунтов • Разновидности – по количественным показателям вещественного состава, свойств и структуры грунтов

I Природные скальные грунты (жесткие структурные связи - кристаллизационные) • магматические: Группа скальных грунтов I Природные скальные грунты (жесткие структурные связи - кристаллизационные) • магматические: Группа скальных грунтов o интрузивные (перидотиты, дуниты, пироксениты, габбро, нориты, диабазы, диориты, граниты, гранодиориты и т. д. ) Эффузивные (базальты, долериты, вулканогенно-обломочные грунты, обсидианы и т. д. ) o o o Силикатные (гнейсы, сланцы, кварциты) Карбонатные (мраморы, роговики, скарны) Железистые (железные руды) o o Силикатные (песчанники, конгломераты, брекчии, туффиты) Карбонатные (известняки и доломиты) o • метаморфические: • осадочные: • эффузивные: Полускальные грунты o o Силикатные Вулканогенно-обломочные o o o Силикатные (аргиллиты, алевролиты, песчаники) Кремнистые (опоки, трепелы, диатомиты) Карбонатные (мел, известняк, мергель) Сульфатные (гипсы и ангидриты) Галоидные (галит и карналлит) • осадочные:

II Природные дисперсные грунты (механические и водно-коллоидные структурные связи) Группа связных грунтов • осадочные: II Природные дисперсные грунты (механические и водно-коллоидные структурные связи) Группа связных грунтов • осадочные: o Минеральные глинистые грунты силикатного, железистого и полиминеральнго составов o Органоминеральные (илы, сапропели, заторфованные грунты) o Органические (торф) Группа несвязных грунты • осадочные: o Минеральные пески и крупнообломочные грунты силикатного, карбонатного, железистого и полиминерального типов

III Природные мерзлые грунты (криогенные структурные связи) • Скальные и полускальные грунты, находящиеся в III Природные мерзлые грунты (криогенные структурные связи) • Скальные и полускальные грунты, находящиеся в промерзшем состоянии, а также льды III Техногенные грунты • Грунты первых трех классов природных образований, измененные в условиях естественного залегания физическим или физикохимическим воздействием, а также природные перемешанные и антропогенные образования (насыпные и намывные грунты)

Свойства грунтов. Физические свойства грунтов: • Теплофизические свойства (тепловой режим толщи грунтов) • Электрические Свойства грунтов. Физические свойства грунтов: • Теплофизические свойства (тепловой режим толщи грунтов) • Электрические свойства (способность грунтов проводить и поглощать электрический ток) • Магнитные свойства

Физико-химические свойства: • Коррозионные (процесс разрушения материалов вследствие их химического или электрохимического взаимодействия) • Физико-химические свойства: • Коррозионные (процесс разрушения материалов вследствие их химического или электрохимического взаимодействия) • Электрокинетические (электроосмос, электрофорез) • Диффузные и осмотические • Адсорбционные (поглотительная способность почв)

Водные свойства: Водоустойчивость – способность грунтов сохранять свою структуру и прочность при многократном изменении Водные свойства: Водоустойчивость – способность грунтов сохранять свою структуру и прочность при многократном изменении режима водонасыщения. Размягчаемость – способность грунтов снижать свою прочность после насыщения водой.

Влагоемкость грунтов – способность поглощать и удерживать определенное количество воды. Различают: • Влагоемкие породы Влагоемкость грунтов – способность поглощать и удерживать определенное количество воды. Различают: • Влагоемкие породы (глины, суглинки) • Средневлагоемкие (супеси, пески мелко- и тонкозернистые) • Невлагоемкие (пески средне-, крупно- и грубозернистые, гравелистые, щебенистые грунты, скальные грунты)

Влагоемкость скальных грунтов (Wп / Wн) Водопоглощение (Wп) – способность грунта впитывать воду в Влагоемкость скальных грунтов (Wп / Wн) Водопоглощение (Wп) – способность грунта впитывать воду в обычных условиях (атмосферное давление, комнатная температура). Водонасыщение (Wн) – способность породы впитывать максимальное количество воды (способность поглощать воду при особых условиях – при повышенном давлении или кипячении). W = (mв – mо) / mо mв – mо – масса поглощенной воды mо – масса абсолютно сухой породы

Влагоемкость глинистых грунтов Полная влагоемкость – полное насыщение грунта водой (заполнение всех пор). Молекулярная Влагоемкость глинистых грунтов Полная влагоемкость – полное насыщение грунта водой (заполнение всех пор). Молекулярная влагоемкость (Wмг) – способность грунта удерживать определенное количество физически связанной воды. Капиллярная влагоемкость – заполнение капиллярных пор водой.

 • Липкость изучают для определения условия работы ковшей, дорожных машин, при производстве вскрышных • Липкость изучают для определения условия работы ковшей, дорожных машин, при производстве вскрышных работ • Пластичность грунта – способность под воздействием внешних условий изменять форму без разрыва сплошности и сохранять эту форму после того, как действие внешней силы устранено. Число пластичности – диапазон влажности, в котором грунт обладает пластичными свойствами. Чем больше число пластичности, тем более пластичен грунт. I p = WL – Wp Wp - влажность на границе раскатывания – нижний предел пластичности WL – влажность на границе текучести – верхний предел пластичности

Просадочность грунтов – способность резко уменьшаться в объеме при увлажнении под нагрузкой. Просадочность одновременно Просадочность грунтов – способность резко уменьшаться в объеме при увлажнении под нагрузкой. Просадочность одновременно является и физико-механическим свойством! εSL = (h’ – h’’) / h 0 εSL - относительная просадка (см/см, %); h 0 - высота образца грунта природной влажности; h’ – высота образца, уплотненного давлением Р, равным природному давлению или весу сооружения; h’’ – высота образца, уплотненного давлением Р после его полного водонасыщения. К просадочным грунтам относят грунты, которые при увлажнении под нагрузкой имеют просадочность εSL >= 0, 01.

Схема просадки грунтов в результате увлажнения Схема просадки грунтов в результате увлажнения

Набухаемость – способность грунтов увеличиваться в объеме при увлажнении. Является и физико-механическим свойством! εSW Набухаемость – способность грунтов увеличиваться в объеме при увлажнении. Является и физико-механическим свойством! εSW = 100 (hsat – h 0) / h 0 εSW – относительное набухание (мм/мм, %); hsat – высота образца после его полного набухания в результате увлажнения (как правило, до полного водонасыщения в условиях невозможности бокового расширения); h 0 - высота образца природной влажности. К набухающим относят грунты, которые при увлажнении имеют εSW > 4%.

Схема набухания грунтов 1 – твердые частицы; 2 – прочносвязанная вода; 3 – рыхлосвязанная Схема набухания грунтов 1 – твердые частицы; 2 – прочносвязанная вода; 3 – рыхлосвязанная вода

При уменьшении влажности набухающих грунтов происходит обратное явление – уменьшение объема грунта – усадка. При уменьшении влажности набухающих грунтов происходит обратное явление – уменьшение объема грунта – усадка. Усадка не зеркальное отображение процесса набухания, сопровождается перераспределением структурных связей и образованием трещин. εsh = 100 (h 0 – hd) / h 0 εsh - относительная усадка (мм/мм, %); h 0 – высота образца до уменьшения влажности; hd – высота образца после уменьшения влажности.

Плывуны – грунты, способные приобретать свойства вязкой жидкости (течь и терять устойчивое состояние при Плывуны – грунты, способные приобретать свойства вязкой жидкости (течь и терять устойчивое состояние при устройстве в них выемок, под фундаментами сооружений. Тиксотропность грунтов – их способность под влиянием встряхивания, вибрации, ультразвука или другого какого-либо воздействия разжижаться, переходить в плывунное состояние и полностью терять свою прочность, но после прекращения воздействия возвращаться в свое первоначальное состояние.

Размокаемость грунтов – их способность терять структурную связность и прочность, распадаться на отдельные структурные Размокаемость грунтов – их способность терять структурную связность и прочность, распадаться на отдельные структурные элементы, т. е. рассыпаться или расплываться в воде. Растворимость грунтов – их способность растворяться в природной воде.

Пучинистость грунтов – их способность увеличиваться в объеме при промерзании. 1 – фундамент сооружения; Пучинистость грунтов – их способность увеличиваться в объеме при промерзании. 1 – фундамент сооружения; 2 – подошва промерзающего слоя; 3 – направление миграции влаги; 4 – зоны кристаллизации льда

Физико-механические свойства грунтов Деформационные свойства грунта характеризуют поведение грунта под нагрузками, не превышающими критические, Физико-механические свойства грунтов Деформационные свойства грунта характеризуют поведение грунта под нагрузками, не превышающими критические, т. е. не приводящими к его разрушению. Показатели: • модуль деформации; • коэффициент Пуассона; • коэффициент сжимаемости и консолидации; • модуль сдвига и объемного сжатия.

Испытание образца на сжатие Испытание образца на сжатие

Установка компрессионного сжатия (одометр) Установка компрессионного сжатия (одометр)

Угол наклона прямой характеризует сжимаемость грунта, а tg α принимают за коэффициент сжимаемости m Угол наклона прямой характеризует сжимаемость грунта, а tg α принимают за коэффициент сжимаемости m 0: tg α = m 0 = (e 1 – e 2) / (p 2 – p 1) e 1 и e 2 - коэффициенты пористости, соответствующие давлениям p 1 и p 2 р1 – природное давление в середине слоя грунта р2 - полное давление на той же глубине (природное + дополнительное) Коэффициент относительной сжимаемости: mν = m 0 / (1 + eн) ен - коэффициент пористости грунта, соответствующих нормальному давлению (ен = е 0 )

Модуль деформации Е – коэффициент пропорциональности между напряжениями и общими деформациями грунтов: Е = Модуль деформации Е – коэффициент пропорциональности между напряжениями и общими деформациями грунтов: Е = β (1 + ен) / m 0 = β / mν β = 1 – 2ν 2 / (1 - ν 2) (безразмерный коэффициент) ν – коэффициент Пуассона, характеризует способность породы к изменению объема в процессе деформации под действием напряжений

Испытания грунтов штампом Испытания грунтов штампом

Схема испытания грунта статической нагрузкой Схема испытания грунта статической нагрузкой

E = ω (1 – n 2)dΔp / Δs d – диаметр штампа; Δp E = ω (1 – n 2)dΔp / Δs d – диаметр штампа; Δp – приращение давления на штамп; Δs – приращение осадки; ω – безразмерный коэффициент, зависящий от жесткости и формы подошвы штампа mν = Δs/hэ Δp Δs – приращение конечной осадки, соответствующее принятому интервалу давления; hэ – мощность слоя;

Числовые значения коэффициента сжимаемости позволяют судить о сжимаемости грунтов: • m 0 > n*1 Числовые значения коэффициента сжимаемости позволяют судить о сжимаемости грунтов: • m 0 > n*1 МПа-1 - грунт сильносжимаемый • m 0 > n*0, 1 МПа-1 - грунт среднесжимаемый • m 0 > n*0, 01 МПа-1 - грунт малосжимаемый

Реологические свойства Если время действия силы на грунт превышает время релаксации, то в грунте Реологические свойства Если время действия силы на грунт превышает время релаксации, то в грунте возникают необратимые деформации ползучести и течения. Время релаксации – промежуток времени, в течение которого напряжение , после прекращения действия силы, уменьшается на определенную величину. Т. е. характер сопротивления грунта внешним силам зависит от скорости приложения этих сил. При быстром возрастании нагрузки сопротивление грунта будет наибольшим – в нем будут преобладать упругие деформации, при медленном возрастании внешних сил сопротивление грунта будет меньшим – он будет проявлять свойства ползучести и текучести.

Прочностные свойства характеризуют поведение грунта под нагрузками, равными или превышающими критическими. Образцы подвергаются сжатию Прочностные свойства характеризуют поведение грунта под нагрузками, равными или превышающими критическими. Образцы подвергаются сжатию до разрушения. Для определения прочности часто пользуются испытанием на одноосное сжатие (раздавливание в условиях свободного бокового расширения). σсж = Рразд / F Рразд – усилие раздавливания при определенной высоте образца Н, кг; F – площадь поперечного сечения образца.

Сопротивление грунта сдвигу Сопротивление грунта сдвигу

τ = σtgφ + c σ – действующее нормальное давление; φ – угол внутреннего τ = σtgφ + c σ – действующее нормальное давление; φ – угол внутреннего трения; с – удельная сила сцепления в глинистых грунтах или параметр линейности в крупнообломочных и песчаных грунтах.