Основы грунтоведения
• Грунтоведение – это наука о грунтах. • Грунтами называются горные породы, слагающие верхние слои земной коры и используемые в инженерных целях.
• Грунты представляют собой сложные многофазные дисперсные системы, состоящие из комплекса минеральных частиц и обломков горных пород – скелета, пространство между которыми (поры ) заполнено водой, газами или парами.
Встречаются грунты в виде одно-, двух- и трехфазных систем.
• Однофазные – это сухие грунты (обычно песчаные), состоящие из твердой и газообразной фазы. • Газы в порах грунтов могут находиться в различном состоянии: свободном, адсорбированном и защемленном.
• • • Двухфазные грунты состоят из твердой части и воды, т. е. это водонасыщенные грунты. В зависимости от того, в каком состоянии вода она классифицируется следующим образом: парообразная (в виде пара); связанная; свободная; в твердом состоянии (лед); кристаллизационная; химически связанная.
• Трехфазные – это грунты, в порах которых содержится вода и воздух, причем воздух в оценке свойств грунта начинает играть заметную роль.
Минеральный (или минералогический) состав грунтов. • Твердая часть грунтов состоит из первичных и вторичных минералов (частиц). • Первичные, или породообразующие, минералы образуют скелет грунта. • Вторичные минералы, образовавшиеся в результате различных физикохимических процессов, выполняют роль цементирующего вещества.
• Химический состав может быть определен с помощью валового (общего) химического анализа, который показывает содержание в грунте различных оксидов.
• Гранулометрический (зерновой, механический) состав показывает содержание в грунте твердых частиц того или иного размера, выраженное в процентах к массе абсолютно-сухого грунта.
• Определение гранулометрического (зернового) состава по ГОСТу 12536 -79 производят путем разделения грунта на фракции. • Под фракцией понимается группа частиц определенного размера, обладающих некоторыми достаточно постоянными общими физическими свойствами.
• Вторичная или природная дисперсность характеризуется микроагрегатным составом и учитывает при анализе как первичные, так и вторичные частицы. Микроагрегатный состав используется для характеристики структурных связей в природе. • Микроагрегатный состав породы не является постоянным во времени, так как в природе непрерывно происходят образование и разрушение вторичных частиц. • Гранулометрический состав породы на данном отрезке времени является величиной постоянной и изменяется только под влиянием длительных процессов протекающих в породе.
• Текстура – это особенности строения грунта, обусловленные ориентировкой и пространственным расположением отдельных зерен, минеральных частиц, агрегатов и других структурных элементов, т. е. пространственное расположение слагающих грунт элементов (независимо от их размера).
• В настоящее время под структурой грунта понимают особенности его внутреннего строения, обусловленные размером, формой и количественным соотношением слагающих его элементов и характером их взаимосвязи друг с другом.
• • Все структурные элементы (минеральные зерна и обломки) которые являются слагающими горных пород, связаны между собой структурными связями. Связи могут быть: кристаллизационными; цементационным; водно-коллоидными; механическими.
Классификация грунтов в строительстве
Согласно ГОСТ 25100 -95 «Грунты. Классификация» , все грунты по общему характеру структурных связей делятся на четыре класса: I. Класс природных скальных грунтов (с жесткими структурными связями - кристаллизационными и цементационными) – магматические, метаморфические и прочные осадочные грунты. II. Класс природных дисперсных грунтов (с механическими и водно 0 колоидными структурными связями) – рыхлые осадочные грунты. III. Класс природных мерзлых грунтов (с криогенными структурными связями, т. е. с наличием льда и отрицательной температурой) – скальные и дисперсные грунты. IV. Класс техногенных грунтов (с различными структурными связями, возникающими в результате деятельности человека) – скальные, дисперсные и мерзлые грунты.
• • • Классы грунтов подразделяются на пять таксономических единиц : Группа – по характеру структурных связей (с учетом их прочности) Подгруппа – по происхождению и условиям образования Тип – по вещественному, т. е. химикоминеральному составу Вид – по наименованию грунтов (с учетом размеров частиц и показателей свойств) Разновидность – по количественным показателям состава, свойств и структуры грунтов.
• Скальные грунты – магматические, метаморфические и осадочные грунты. Классифицируются по прочности, по коэффициенту размягчаемости и по степени выветрелости. Залегают в виде сплошного массива или трещиноватого слоя. Они несжимаемы, водоустойчивы, практически водонепроницаемы. Скальные грунты подразделяют по степени выветрелости на: • монолитные – практически нетронутые выветриванием, слабовыветрелые (трещиноватые), залегающие в виде несмещенных глыб; • выветрелые – сильно раздробленные, состоящие из мелких кусков.
• Полускальные грунты – трещиноватые, сильно выветрелые магматические породы и некоторые осадочные породы. По прочности достаточно устойчивы. Полускальные грунты при обычных величинах давлений, передаваемых на них, обладают некоторой способностью пластически консолидироваться. Грунт под фундаментами зданий и сооружений в ряде случаев способен уплотняться. • Важной характеристикой полускальных грунтов является их не устойчивость к воде (размягчение и растворение). • Для многих полускальных грунтов важной особенностью является трещиноватость. Прочность отдельных образцов полускальных грунтов может дать ошибочное представление о прочности всего массива. • Процесс выветривания приводит к механическому распаду полускальных грунтов и к химическому разложению их минералов, что приводит к снижению прочности грунтов.
• Дисперсные грунты состоят из отдельных обломков (частиц) различной крупности, слабо связанных друг с другом. Их образование связано с выветриванием скальных грунтов и последующим переотложением продуктов выветривания водными, ветровыми и другими способами. • Для дисперсных грунтов характерны нежесткие механические и водно-коллоидные структурные связи. К грунтам этого типа относят рыхлые осадочные обломочные породы, которые подразделяются на связные и несвязные. • Дисперсные грунты, особенно связные, отличаются значительно меньшей прочностью и большей деформируемостью. Для них характерна резкая изменчивость физического состояния и свойств, многообразие текстурно-структурных особенностей, высокая пористость, слабые структурные связи и весьма различная водопроницаемость от высокой для несвязных грунтов (песков и галечников) до очень низкой (связные грунты).
Дисперсные грунты делятся на: • Крупнообломочные – несцементированные породы из обломков кристаллических или сцементированных осадочных пород (щебень, гравий, галечник и др. ), содержащие более 50% (по весу) обломков размером свыше 2 мм. Прочность крупнообломочных грунтов связана с их плотностью. Укладка обломков может быть рыхлая и плотная. Под нагрузками крупнообломочные грунты практически не уплотняются и относятся к надежным основаниям для сооружений. Обладают большой водопроницаемость. В водонасыщенном состоянии слабо сопротивляются воздействию сейсмических явлений.
• Песчаные – сыпучие в сухом состоянии грунты, не обладающие свойствами пластичности и содержащее менее 50% по весу частиц крупнее 2 мм. В состав этого класса входят различные по крупности пески, лишенные структурных связей, находящиеся в сыпучем или текучем состоянии. При увлажнении пески приобретают небольшую связность. Пески обладают водопроницаемостью от средней до высокой. Рыхлые пески легко переводятся в твердые вибрационными усилиями, а под давлением уплотняются незначительно. Интенсивность уплотнения песков почти не зависит от влажности. Пески являются устойчивыми и надежными основаниями для различных зданий и сооружений.
• Глинистые – связные в сухом состоянии грунты (супеси, суглинки, глины). Структуры глинистых грунтов сложные и разнообразные. Каждая глинистая порода не представляет собой сплошную, монолитную массу. Минеральные частицы (скелет породы) занимают лишь часть объема породы. Другую ее часть составляют поры, заполненные воздухом, либо воздухом с водой или только водой. В большинстве случаев глинистые грунты представляют собой сочетание трех фаз – твердой (минеральной), жидкой и газообразной. Количественное сочетание этих фаз непостоянно и существенно сказывается на свойствах глинистых пород. Особенностью таких грунтов является большая сжимаемость под давлением, изменение свойств во времени.