- •Министерство образования и науки российской федерации
- •«Тюменский государственный нефтегазовый университет»
- •Методы исследования мерзлых грунтов
- •1.2. Физические свойства
- •1.3. Химические характеристики
- •1.4. Инженерно-геокриологические исследования для строительной оценки напластований мерзлых грунтов
- •1.5. Инженерно-геологическое опробование
- •1.6. Отбор, транспортировка, хранение и последовательность лабораторного изучения мерзлых пород
- •1.6.1. Отбор образцов
- •1.6.2. Транспортировка образцов
- •1.6.3. Хранение образцов
- •1.7. Необходимые требования при исследовании мерзлых грунтов
- •1.8. Инженерно-геологические особенности и характеристики физических свойств мерзлых грунтов
- •1.8.1. Суммарная влажность
- •1.8.2. Влажность мерзлого грунта за счет незамерзшей воды
- •Значения коэффициента
- •1.8.3. Влажность мерзлого грунта за счет порового льда-цемента Wic
- •1.8.4. Влажность мерзлого грунта за счет ледяных включений Wi
- •1.8.5. Льдистость
- •1.8.6. Степень заполнения объема пор мерзлого грунта льдом и не замерзшей водой
- •1.8.7. Коэффициент пористости
- •1.8.8. Плотность
- •1.8.9. Криогенная текстура мерзлых пород
- •1.8.10. Методы исследования грунтов методы определения влажности мерзлых грунтов
- •Методы определения плотности мерзлых грунтов
- •Методы определения физических свойств мерзлых грунтов
- •2.1. Лабораторная работа № 1. Определение криогенной текстуры мерзлого грунта
- •Бланк по фотофиксации образцов мерзлых грунтов.
- •Журнал фотофиксации
- •2.2. Лабораторная работа № 2. Определение плотности мерзлых грунтов
- •2.2.1. Определение плотности методом режущего кольца
- •Журнал определения плотности грунта методом режущего кольца
- •2.2.2. Определение плотности методом обмера образцов правильной геометрической формы
- •Журнал определения плотности грунта методом обмера образцов правильной геометрической формы
- •2.2.3. Определение плотности методом вытеснения в нейтральной жидкости
- •Журнал определения плотности грунта методом взвешивания в нейтральной жидкости
- •2.3. Лабораторная работа № 3 определение суммарной влажности мерзлых грунтов
- •2.4. Лабораторная работа № 4 определение основных характеристик физических свойств мерзлых грунтов
- •Лабораторная работа № 5. Определение степени засоленности мерзлых грунтов
- •Содержание
- •2. Практическая часть. Методы определения физических свойств мерзлых грунтов
1.2. Физические свойства
Физические свойства мерзлых грунтов характеризуют их физическое состояние в условиях природного (ненарушенного) залегания:
Плотность, (г/см3)
Плотность частиц грунтав, (г/см3)
Плотность скелета грунта, (г/см3)
Пористость грунта ,характеризуемая коэффициентом пористости, (г/см3)
Суммарная относительная влажность, (в долях единицы);
Влажность на пределе раскатыванияи на пределе текучести соответсвенно,(в долях единицы);
Число пластичности, (в долях единицы);
Степень водонасыщения
К дополнительным характеристикам мерзлых грунтов относятся:
1. Криогенная текстура
2. Влажность за счёт незамёрзшей воды,Wн (в долях единицы);
3. Суммарная льдистостьмёрзлого грунта i tot, (в долях единицы);
4. Льдистость за счет ледяных включений ii, (в долях единицы);
5. Температура начала замерзания грунтовой влаги Тbf, (0С)
6. Заторфованность, (в долях единицы);
1.3. Химические характеристики
1.Засоленность (степень засоленности, в долях единицы);) - содержание легко- и среднерастворимых солей в процентах от массы абсолютно сухого грунта. К легкорастворимым солям относятся: хлориды NaCl, СaCl2, KCl, МgCl2; бикарбонаты NaHCO3, Na2CO3, Са(НСО3)2, Mg(НСО3)2; карбонат натрия Na2CO3, сульфаты магния и натрия MgSO4, Na2SO4. К среднерастворимым солям относятся гипс CaSO4·2H2O и ангидрит CaSO4.
1.4. Инженерно-геокриологические исследования для строительной оценки напластований мерзлых грунтов
Основными нормативами, в которых регламентируются изыскательские работы в криолитозоне, являются СНИП 11.02–96 «Инженерные изыскания для строительства»; СНИП 2.02.04–88 «Строительные нормы и правила. Основания и фундаменты на многолетнемерзлых грунтах», СП–11–105–97. Часть IV. К нормативным документам по строительству относятся территориальные строительные нормы (ТСН), которые учитывают специфические условия конкретной территории, области, округа (Читинской, Тюменской области, Ямало-Ненецкого национального округа и др.).
Для строительной оценки напластований мерзлых грунтов необходимо всегда определять следующие свойства (таблица 4).
Таблица 1
Характеристики мерзлых грунтов и льдов, изучаемые при инженерно-геокриологических исследованиях.
Характеристики грунтов и льдов |
Описание методик и правил определения |
Для вычисления характеристик |
I. Исходные физические характеристики мерзлых грунтов |
||
|
|
|
Суммарная влажность грунта wtot, wtot= wi + wm = wi + (wiс + ww) |
ГОСТ 5180-84 «Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик» и «Руководство по определению физических, теплофизических и механических характеристик мерзлых грунтов», М.,ПНИИИС,1973 г.
|
Показатель текучести, Суммарная льдистость, Льдистость за счет ледяных включений Объемный вес скелета мерзлого грунта, Нормативная глубина сезонного промерзания и оттаивания грунтов, Теплофизические характеристики, Склонность к солифлюкции |
ВлажностьWm минеральных прослоев мерзлого грунта, расположенных между ледяными включениями |
ГОСТ 5180-84 «Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик» и «Руководство по проектированию оснований и фундаментов на вечномерзлых грунтах» М.,ПНИИИС,1973 г.
|
Вычисление влажности мерзлого грунта за счет порового льда, суммарной влажности, количества незамерзшей воды и льдистости грунта за счет ледяных включений |
Влажность wi мерзлого грунта за счет линз и прослоек льда |
СНИП 2.02.04-88 «Строительные нормы и правила. Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах» и «Руководство по определению физических, теплофизических и механических характеристик мерзлых грунтов» М.,ПНИИИС,1973 г.
|
Вычисление суммарной влажности мерзлого грунта и льдистости за счет ледяных включений, приближенная оценка величины тепловой осадки грунтов |
Влажность Ww мерзлого грунта за счет незамерзшей воды в нем |
СНиП 2.02.04-88 и «Руководство по определению физических, теплофизических и механических характеристик мерзлых грунтов» М.,ПНИИИС,1973 г. |
Вычисление суммарной влажности и суммарной льдистости; вычисление нормативных глубин сезонного промерзания и оттаивания грунтов, льдистости за счет ледяных включений и степени заполнения пор мерзлого грунта льдом, незамерзшей водой, объемного веса мерзлого грунта и объемного веса скелета мерзлого грунта |
Влажность Wic мерзлого грунта за счет порового льда (льда-цемента) |
То же |
Вычисление суммарной влажности и влажности минеральных прослоев мерзлого грунта, степени заполнения пор мерзлого грунта льдом и незамерзшей водой |
Плотность скелета сухого грунта |
ГОСТ 5180-84 «Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик» «Руководство по определению физических, теплофизических и механических характеристик мерзлых грунтов» М.,ПНИИИС,1973 г |
Вычисление коэффициента пористости грунта, льдистости грунта за счет ледяных включений относительной осадки оттаивающих грунтов и теплопроводности, объемной теплоемкости мерзлых грунтов, нормативных глубин сезонного промерзания и оттаивания грунтов относительной осадки оттаивания грунтов,
|
Плотность мерзлого грунта ненарушенного сложения и природной влажности и льда |
ГОСТ 5180-84 «Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик» и «Руководство по определению физических, теплофизических и механических характеристик мерзлых грунтов» М.,ПНИИИС,1973 г. и «Справочник по строительству на вечномерзлых грунтах» |
Вычисление плотности скелета сухого грунта, объемной теплоемкости, бытового давления |
|
|
|
Коэффициент пористости мерзлого грунта |
«Руководство по проектированию оснований зданий и сооружений» |
Определение степени заполнения объема пор мерзлого грунта льдом и незамерзшей водой |
II. Классификационные показатели мерзлых грунтов |
||
Гранулометрический состав |
ГОСТ 12536-79 «Грунты. Методы лабораторного определения гранулометрического (зернового) и микроагрегатного состава» |
Классификация грунтов. Приближенное определение температуры начала замерзания грунта. Характеристика водопроницаемости |
Степень заторфованности |
СНиП 2.02.01-83 и ГОСТ 23740-79 «Грунты. Методы лабораторного определения содержания органического вещества» |
Классификация грунтов, определение температуры начала замерзания грунтов, расчетных давлений и сопротивления сдвигу в заторфованных мерзлых грунтах |
Пластичность |
ГОСТ 5180-84 «Грунты. Методы лабораторного определения физхических характеристик» |
Классификация грунтов и определение их консистенции. Приближенное определение влажности минеральных отдельностей глинистых грунтов. Расчет удельных сил пучения грунта, относительной осадки оттаивающих грунтов |
Тип криогенной текстуры грунтов |
СНИП 2.02.04-88 «Строительные нормы и правила. Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах», «Руководство по определению физических, теплофизических и механических характеристик мерзлых грунтов» М.,ПНИИИС,1973 г. и «Руководство по проектированию оснований и фундаментов на вечномерзлых грунтах» |
Приближенное определение льдистости мерзлых грунтов, относительной осадки при их оттаивании, условий промерзания грунта |
Состояние мерзлых грунтов |
СНИП 2.02.04-88 «Строительные нормы и правила. Основания и фун-даменты на вечномерзлых грунтах» |
Оценка сжимаемости, хрупкости и вязкости мерзлых грунтов |
Температура начала замерзания грунтов в зависимости от концентрации порового раствора |
То же |
Вычисление расчетных значений температур вечномерзлых грунтов при расчете оснований, используемых по принципу I, нормативных глубин сезонного промерзания и оттаивания грунтов |
Суммарная льдистость мерзлого грунта ЛС |
СНИП 2.02.04-88 «Строительные нормы и правила. Основания и фун-даменты на вечномерзлых грунтах» и «Руководство по определению физических, теплофизических и механических характеристик мерзлых грунтов» М.,ПНИИИС, 1973 г. |
Вычисление льдистости за счет ледяных включений, приближенное определение консистенции и относительной осадки оттаивающих грунтов |
Льдистость грунта за счет ледяных включений Лв |
То же |
Определение расчетных давлений на мерзлые грунты под фундаментами, приближенное определение относительной осадки оттаивающих грунтов и электрических характеристик грунтов |
Льдистость грунта за счет порового льда |
СНИП 2.02.04-88 «Строительные нормы и правила. Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах» и «Руководство по определению физических, теплофизических и механических характеристик мерзлых грунтов» М.,ПНИИИС,1973 г. |
Вычисление суммарной льдистости мерзлого грунта |
Степень заполнения льдом и незамерзшей водой пор грунта |
СНИП 2.02.04-88 «Строительные нормы и правила. Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах», «Справочник по строительству на вечномерзлых грунтах» и «Руководство по проектированию оснований и фундаментов на вечномерзлых грунтах» |
Определение пластичномерзлого состояния грунта и оценка прочности сцепления частиц грунта льдом |
Макрольдистость грунта за счет повторно-жильных и пластовых льдов |
Рекомендации по методике изучения подземных льдов и криогенного строения многолетнемерзлых грунтов |
Определение специфических особенностей проектирования фундаментов на подземных льдах в соответствии с требованиями СНиП II-18-76 |
IV. Химические характеристики мерзлых грунтов и льдов |
||
Засоленность мерзлого грунта и льда |
СНИП 2.02.04-88 «Строительные нормы и правила. Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах», «Справочник по строительству на вечномерзлых грунтах» и «Руководство по проектированию оснований и фундаментов на вечномерзлых грунтах» |
Вычисление концентрации порового раствора в грунте; определение температуры начала замерзания грунта, расчетных давлений на мерзлые засоленные грунты под нижним концом сваи и расчетных сопротивлений засоленных мерзлых грунтов сдвигу по поверхности смерзания |
Концентрация порового раствора |
То же |
Вычисление количества незамерзшей воды в засоленных мерзлых грунтах и льдах |
Химический состав воднорастворимых солей мерзлого грунта и льда |
«Руководство по химическому анализу почв» |
Определение типа и степени засоленности мерзлых грунтов и льдов. Приближенное определение коррозионной активности грунтов |