Общая характеристика грунтов

Общие физические и химические свойства грунтов позволили разделить их на две разновидности: скальные и нескальные.

Скальный грунт обладает большой прочностью (отличное сопротивление различным механическим воздействиям обуславливает характеристика прочности скальных грунтов, достигающей 120 МПа), и залегает в виде монолита или трещиноватого массива. Высокая прочность, которой отличается любой скальный грунт, позволяет вести его добычу лишь рыхлением (при помощи взрывов или механических воздействий). Эта операция приводит к тому, что грунт увеличивается в объеме – на итоговое состояние влияют коэффициенты

первоначального разрыхления (Кр) и остаточного разрыхления (Кр.о).

Кр высчитывается как отношение общего объема разрыхленного грунта к первоначальному объему, а Кр.о определяет, насколько увеличился скальный грунт в объеме после уплотнения.

К нескальным грунтам относят, главным образом, крупнообломочные (основными составляющими которых являются валуны, галька и гравий), а также песчаные и глинистые, в составе которых преобладают супеси, суглинки и глина. Обычно разработке подвергаются именно эти грунты.

Прежде, чем купить грунт в Екатеринбурге, необходимо изучить его температурные характеристики: например, грунт, содержащий лед, называют мерзлым. Различают также многолетнемерзлые (в которых лед образовался 3 и более года назад) грунты. На сложность разработки также влияет вид мерзлого грунта: различают твердомерзлые грунты (они обладают большой прочностью и разрабатываются способом механического разрушения), пластинчатомерзлые (их оттаивают, так как подобные грунты не выдерживают нагрузку) и пластичномерзлые (самые непрочные, разрабатываемые методом защиты от замерзания).

В зависимости от плотности грунта выбирается способ его разработки и транспортировки. Например, песчаные и глинистые грунты, которые разрабатывают с использованием скреперов, грейдеров и бульдозеров, этот показатель равен 1,5-2 т/м2, а скальный грунт с плотностью от 2,5 т\м2 разрабатывается, как правило, экскаваторами. Цена на грунт в Екатеринбурге целиком зависит от используемого метода его добычи и сложности работ.

Для определения напряжений и деформаций грунта путем расчета вместо самого грунта рассматривается его расчетная механическая модель, которая должна отражать основные механические свойства грунта, но свободна от второстепенных деталей, не играющих существенной роли для поставленной цели. Разнообразие грунтов и их свойств, связанное с условиями их формирования и существования, породили несколько расчетных моделей - модель сплошной среды (упругой или неупругой), модель зернистой среды, модель местнодеформируемой поверхности (модель Фусса - Винклера) и различные комбинированные модели. При расчете оснований и подземных сооружений в большинстве случаев используется модель Фусса - Винклера или модель упругого однородного изотропного полупространства, приводящие в большинстве случаев к наиболее сильно отличающимся друг от друга результатам. В первом случае в качестве расчетной характеристики грунта используется коэффициент упругого отпора K (коэффициент постели), во втором случае - модуль деформации Eo и коэффициент Пуассона μo. Расчетную величину коэффициента упругого отпора K скального грунта в первом приближении можно принимать в зависимости от величины коэффициента крепости f по формуле: где α - коэффициент, учитывающий степень трещиноватости скального грунта, принимаемый равным 0,8, 1 и 1,2 для грунтов соответственно значительной, средней и малой трещиноватости. Ориентировочные значения K и Eo для различных грунтов приведены в табл. 1.

Для насыпных грунтов расчетные значения модулей деформации и коэффициента постели должны быть снижены в 2-3 раза и более. Для грунтов, лежащих на значительных глубинах и испытывающих большие давления от веса вышележащей толщи, значения Eo и μo могут быть более высокими, чем приведенные в табл. 2

5. Гранулометрический состав грунтов? Основные фракции частиц?

Гранулометрический состав (зерновой состав) - содержание в грунте зерен различной крупности, выраженное в процентах от массы

Гранулометрический состав определяется рассеиванием на ситах, набор которых регламентируется стандартом.

Гранулометрический состав очень мелких частиц определяется методом отмучивания.

В результате рассева строится график (кривая гранулометрического состава), который показывает зерновой состав и однородность.

Неоднородность оценивается показателем неоднородности. С_н=d₆₀/d₁₀

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

При С_н ≤ 3 – грунт однородный.

В почвах и породах могут находиться частицы диаметром как менее 0,001 мм, так и более нескольких сантиметров. Для подробного анализа весь возможный диапазон размеров делят на участки, называемые фракциями. Единой классификации частиц не существует.

Исторически первая классификация фракций предложена А. Аттербергом в 1912 и была основана на изучении физических свойств монофракциальных смесей. Их анализ показал резкие качественные различия, в частности, в липкости при достижении размеров 0,002, 0,02 и 0,2 мм.

Шкала Аттерберга легла в основу более новых зарубежных классификаций. В СССР и России была принята несколько иная классификация Н. А. Качинского.

Шкала Качинского
Граничные значения, мм	Название фракции
до 0,000001	Истинные растворы
0,000001—0,0001	Коллоиды
0,0001—0,0005	Тонкий ил
0,0005—0,001	Грубый ил
0,001—0,005	Мелкая пыль
0,005—0,01	Средняя пыль
0,01—0,05	Крупная пыль
0,05—0,25	Тонкий песок
0,25—0,5	Средний песок
0,5—1	Крупный песок
1—3	Гравий
больше 3	Каменистая часть почвы

Вместе с этими в классификации Качинского выделяются фракции физического песка и физической глины, соответственно, крупнее и мельче 0,01 мм.

6. Структурные связи между частицами грунта?

Связи между частицами и агрегатами частиц в грунте называются структурным и связями.

По своей природе и по прочности они различны. Из-за высокой прочности самих частиц именно связи между частицами определяют деформируемость и прочность грунтов. Громадное значение имеет то. что некоторые типы связей легко разрушаются при различных воздействиях на грунты в ходе строительства и эксплуатации сооружений. Вопрос о природе связей. Способах их сохранения и упрочнения является важнейшим вопросом грунтоведения.

Образование структурных связей - длительный процесс, развивающийся на протяжении всей истории формирования и видоизменения горной породы. Скальным грунтам присущи жесткие кристаллизационные связи, энергия которых соизмерима с внутрикристаллической энергией химической связи отдельных атомов. Поэтому блоки слаботрещиноватых скальных пород обладают очень высокой прочностью и малой деформируемостью. При разрушении кристаллизационные связи не восстанавливаются - блоки породы расчленяются трещинами на отдельные куски. Снижение прочности и увеличении деформируемости скальных грунтов в условиях естественного залегания обусловлено, прежде всего, их трещиноватостью.

Нескальные грунты по характеру структурных связей разделяются на связные и несвязные (сыпучие). К связным относятся пылевато-глинистые грунты (супеси, суглинки, глины); к сыпучим - крупнообломочные и песчаные грунты.

Связные грунты способны воспринимать малые растягивающие напряжения, поэтому в ним возможно существование вертикальных откосов небольшой высоты. Сыпучие грунты растягивающих напряжений не воспринимают, и создание в них вертикальных откосов без укрепления невозможно.

Структурные связи в глинистых грунтах имеют значительно более сложную природу и определяются электромолекулярными силами взаимного притяжения и отталкивания между частицами, а также частицами и ионами в поровой воде. Такие связи называются водно-коллоидным и. Они обуславливают связность глинистых грунтов. Интенсивность этих связей зависит от расстояния между частицами, зарядов на их поверхности, состава и содержания ионов в поровой воде.

В слабо уплотнённых водных осадках глинистых грунтов при большом расстоянии между частицами и при наличии свободной воды из-за сил молекулярного притяжения между твердыми телами-частицами возникают слабые структурные связи. Уплотнение грунта приводит к сближению частиц и усилению этих связей. При дальнейшем уменьшении расстояния между частицами начинают проявляться отталкивающие силы воды: интенсивность увеличения прочности связей уменьшается, и дальнейшее сближение частиц возможно только при затрате дополнительных усилий.

В осадочных нескальных грунтах с течением времени под влиянием уплотнения от массы перекрывающей их толщи могут произойти процессы удаления избыточной воды, кристаллизации коллоидных и химических осажденных веществ, сопровождающиеся резким усилением цементационных связей и литификаций (окаменением) грунтов. При этом они переходят в осадочные скальные грунты: крупнообломочные - в конгломераты, брекчии; песчаные - в песчинки; пылевато-глинистые - в алевролиты и аргиллиты.

7. Основные физические характеристики грунтов?

Значение характеристик. Оценка каждой конкретной разновидности грунта как физического тела производится с помощью ряда физических характеристик. Разнообразие состава, строения и состояния грунтов делает неизбежным введение значительного числа таких характеристик. Некоторые из них непосредственно применяются в расчетах оснований и грунтовых сооружений, совокупность ряда характеристик используется для классификации грунтов. Количественные показатели одних характеристик всегда определяются опытами, чаще всего с образцами грунта, других - расчетом по значениям определенных опытом показателей.

Соответствие полученных таким образом характеристик состоянию грунта, залегающего в основании или составляющего тело сооружения, является одним из важнейших условий точности инженерных прогнозов. Поэтому отбор образцов для определения характеристик исследуемого грунта, упаковка и транспортировка образцов производится так, чтобы полностью сохранить состояние грунта в естественных условиях залегания или в теле грунтового сооружения.

Характеристики плотности, влажности и пористости грунта.

Плотность грунта - отношение массы грунта к его объему:

с= M/V

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

w = m2/m1 = (M - m1)/m1

Плотность частиц грунта определяется как отношение массы твердых частиц грунта к их объему:

с? = m1/V1

8. Принцип построения классификации грунтов по ГОСТ 25100-2011? Основные классы грунтов? Классификация грунта по происхождению? Классификация крупнообломочных, песчаных и глинистых грунтов?

Грунты делятся на: 1) скальные; 2) дисперсные; 3) техногенные; 4) мерзлые. Дисперсные подразделяются на: 1) минеральные; 2) органоминеральные (илы, сапропели); 3) органические (торфы). Минеральные делятся на: 1) крупнообломочные; 2) песчаные; 3) глинистые. Грунты глинистые и с органическими компонентами относят к группе связных грунтов. Крупнообломочные и песчаные – несвязных (сыпучих).

Грунт скальный — грунт, состоящий из кристаллитов одного или нескольких минералов, имеющих жесткие структурные связи кристаллизационного типа.

Грунт дисперсный — грунт, состоящий из отдельных минеральных частиц (зерен) разного размера, слабосвязанных друг с другом; образуется в результате выветривания скальных грунтов с последующей транспортировкой продуктов выветривания водным или эоловым путем и их отложения.

Грунт глинистый — связный минеральный грунт, обладающий числом пластичности Ip >= 1.

Классификация крупнообломочных грунтов (> 2 мм составляют более 50% по массе): при наличии в заполнителе крупнообломочного грунта (частицы размером менее 2мм) песчаных частиц более 40%, пылеватых или глинистых частиц более 30% - добавляется наименование заполнителя (гравийный грунт с песчаным заполнителем).

По степени влажности: грунты называются маловлажными при Sr<0,5, влажными при 0,5<Sr<0,8 и насыщенными водой при Sr.>0,8.

Песчаные грунты: наименование устанавливается по размеру частиц, плотности сложения, степени влажности, однородности. Может отражаться минеральный состав и другие особенности.

Песчаные по размеру частиц: гравелистые >2 > 25

крупные > 0,5 > 50

средней крупности > 0,25 > 50

мелкие >0,1 ≥75

пылеватые >0,1 <75

Глинистые грунты подразделяются по числу пластичности на: супеси (1≤ Ip≤ 7), суглинки (7< Ip ≤17) и глины (Ip > 17).

Если в массе глинистого грунта содержится 15-25% крупнообломочных, то к наименованию грунта добавляется название этих частиц (суглинок с щебнем), если от 25-50% то суглинок щебенистый.

По консистенции, характеризуемой показателем текучести IL глинистые грунты подразделяют на следующие разновидности:

Супеси:

твердые......... IL <0

пластичные........ 0 ≤IL ≤l

текучие.......... IL > 1

Суглинки и глины:

твердые.......... IL <0

полутвердые........ 0 ≤IL ≤0,25

тугопластичные....... 0,25 < IL ≤0,50

мягкопластичные....... 0,50< IL ≤0,75

текучепластичные...... 0,75 < IL ≤ 1,00

текучие.......... IL > 1,00

Скальные делят по петрографическому составу слагающих их пород, по структурно-текстурным особенностям породы. Основная характеристика – предел прочности на одноосное сжатие образца в водонасыщенном состоянии:

Очень прочные Rc> 120

Прочные 120≥ Rc > 50

Средней прочности 50≥ Rc> 15

Малопрочные 15≥ Rc >5

Пониженной прочности 5> Rc ≥3

Низкой прочности....... 3> Rc ≥1

Весьма низкой прочности Rc <1

Коэффициент трещинной пустотности (объем трещин к объему скальных блоков)

Модуль трещиноватости (число трещин на 1 м)

КЛАССЫ:

подразделяемые на группы, подгруппы, типы, виды и разновидности.

Класс природных скальных грунтов — грунты с жесткими структурными связями (кристаллизационными и цементационными)

Класс природных дисперсных грунтов — грунты с водноколлоидными и механическими структурными связями.

Класс природных мерзлых грунтов[2] — грунты с криогенными структурными связями.

Класс техногенных (скальных, дисперсных и мерзлых) грунтов — грунты с различными структурными связями, образованными в результате деятельности человека.