Тема 1 Физические свойства грунтов

Согласно стандарту ГОСТ 25100-95, применяемому при инженерно-геологических изысканиях, проектировании и строительстве, грунтовые образования по совокупности признаков разделяют на следующие классы: природные скальные, природные дисперсные, природные мерзлые, техногенные.

Каждый класс в целях облегчения решения инженерных задач разделяется на группы, виды и разновидности. Наиболее распространенными в основаниях фундаментов являются природные дисперсные грунты, состоящие из отдельных слабо связанных между собой минеральных или органо-минеральных зерен (частиц). Они подразделяются на связные и несвязные (сыпучие) грунты, которые изучаются при выполнении самостоятельной работы.

Связные грунты относятся к глинистым грунтам, которые подразделяют по числу пластичности I_p и показателю текучести I_L в соответствии с таблицами 1.4 и 1.5. Для их нахождения экспериментально определяют природную влажность w, влажности на границе между твердым и пластичным состояниями _р и на границе между пластичным и текучим состояниями _L. Методика проведения опытов, с которой следует ознакомиться, изложена в приложении 1. Число таких опытов для каждого выделяемого однородного слоя (ИГЭ) должно быть не менее 6. Данные опытов подвергаются статистической обработке по методике ГОСТ 20522-96 (приложение 2). Именно так найдены значения характеристик, указанные в табл. 1.2.

Таблица 1.4

_{Разновидности глинистых грунтов по числу пластичности Ip}

Разновидности глинистых грунтов	Число пластичности Ip
Супесь	От 1 до 7 включи.
Суглинок	Св. 7 до 17 включ.
Глина	Свыше 17

Примечание. Значения числа пластичности I_p вычисляются по формуле, приведенной в табл. 1.3.

Таблица 1.5

_{Разновидности глинистых грунтов по показателю текучести IL}

Разновидности глинистых грунтов	Показатель текучести
Супесь: твердая пластичная текучая	Менее 0 От 0 до 1 включи. Св. 1
Суглинки и глины: твердые полутвердые тугопластичные мягкопластичные текучепластичные текучие	Менее 0 От 0 до 0,25 включ. От 0,25 до 0,5 включ. От 0,5 до 0,75 включи. От 0,75 до 1 включи. Свыше 1

Примечание. Значения показателя текучести вычисляют по формуле, приведенной в табл. 1.3.

Несвязные или сыпучие грунты подразделяют по гранулометрическому составу (табл. 1.6), плотности сложения (табл. 1.7), водонасыщению (табл. 1.8).

Гранулометрический состав устанавливается по результатам просеивания пробы грунта через набор сит с разными размерами отверстий. Процентные содержания зерен различных размеров указаны в табл. 1.6.

Таблица 1.6

Разновидности грунтов по гранулометрическому составу

Разновидность грунтов	Размер зерен, частиц d, мм	Содержание зерен, частиц, в  по массе
Крупнообломочные: валунный (при неокатанных частицах – глыбовый) галечниковый (при неокатанных частицах - щебенистый) гравийный (при неокатанных частицах – дресвяный)	св. 200 св. 10 св. 2	св. 50 св. 50 св. 50
Пески: гравелистый крупный средней крупности мелкий пылеватый	св. 2 св. 0,5 св. 0,25 св. 0,1 св. 0,1	св. 25 св. 50 св. 50 75 и свыше менее 75

Примечание. Содержание частиц различной крупности определяется ситовым методом.

Плотность сложения песчаных грунтов оценивается по коэффициенту пористости е, равному отношению объёма пор к объёму твердых частиц. Формула для его вычисления коэффициента пористости приведена в табл. 1.3.

Таблица 1.7

Разделение песков по плотности

Разновидности песков	Коэффициент пористости е
	Пески гравелистые, крупные и средней крупности	Пески мелкие	Пески пылеватые
Плотный	Менее 0,55	Менее 0,6	Менее 0,6
Средней плотности	От 0,55 до 0,7 включ.	От 0,6 до 0,75 включ.	От 0,6 до 0,8 включ.
Рыхлый	Св. 0,7	Св. 0,75	Св. 0,8

Примечание. Формула для подсчета коэффициента пористости приведена в табл. 1.3

Водонасыщение песков оценивается по показателю водонасыщения S_r, равному отношению объёма содержащейся в порах грунта воды к объёму пор.

Таблица 1.8

Разновидности грунтов по водонасыщению

Разновидность грунтов	Коэффициент водонасыщения, Sr
Малой степени водонасыщения Средней степени водонасыщения Насыщенные водой	От 0 до 0,5 включ. Св. 0,5 до 0,8 включ. Свыше 0,8

Примечание. Коэффициент водонасыщения вычисляется по формуле, приведенной в табл. 1.3.

При сезонном промерзании в пределах некоторой глубины грунты находятся в мерзлом состоянии в течение холодного периода. Содержащаяся в них капиллярная и частично связная вода замерзают. Вследствие этого к фронту промерзания из влажных нижних слоев возникает движение этих видов воды, называемое миграцией. В результате объёмного расширения (примерно на 9%) замерзающей воды, как первоначально находившейся в порах, так и мигрирующей в зону промерзания, происходит увеличение объёма грунта, называемое морозным пучением. Его характеристикой является относительная деформация пучения S_fh, определяемая из выражения

S_fh = (h_{o, f} – h_o)/ h_o,

где h_{o, f} – высота мерзлого образца или слоя грунта;

h_o – высота образца или слоя талого грунта.

Возможность морозного пучения грунтов при сезонном промерзании устанавливается по данным, указанным в табл. 1.9.

Таблица 1.9

Разновидности грунтов по морозному пучению

Разновидность грунтов	Относительная деформация пучения fh, д.е.	Характеристика грунтов
Практически непучинистые	0,01 и менее	Глинистые при IL  0 Крупнообломочные с заполнителем до 10 %. Пески гравелистые, крупные и средней крупности. Пески мелкие и пылеватые при Sr  0,6.
Слабопучинистый	Св. 0,01 до 0,035 вкл.	Глинистые при 0  IL  0,25. Пески пылеватые и мелкие при 0 S r 0,8. Крупнообломочные с заполнителем (глинистым, песком мелким и пылеватым), от 10 до 30 % по массе.
Среднепучинистый	Св. 0,035 до 0,07 вкл.	Глинистые при 0,25  IL  0,5. Пески пылеватые и мелкие при 0,8  S r 0,95 Крупнообломочные с заполнителем более 30 % по массе.
Сильнопучинистый	Св. 0,07	Глинистые при IL > 0,5. Пески пылеватые и мелкие при S r> 0,95

Задача 1.1. Оценить физическое состояние указанных в задании слоев.

Пример 1.2.

ИГЭ 10. Грунт глинистый. Число пластичностиI_р=_L-_р=39-20=19. Показатель текучести I_L=(-_р)/₍ _L-_р)=(34-20)/(39-20)=0,74 Согласно классификации (табл. 1.5, 1.6 и 1.9) грунт глина мягкопластичная, сильнопучинистая при сезоном промерзании.

Пример 1.2

ИГЭ 44. Песок мелкий.

Коэффициент пористости

е = (_s(1+)/) - 1=26,5(1+0,13)/18 - 1=0,66

Степень влажности

S_r=_s/е_=0,1326,5/(0,6610)=0,52

Согласно классификации (табл. 1.7, 1.8 и 1.9) песок мелкий, средней плотности, средней степени водонасыщения, практически непучинистый.

Вопросы для самопроверки.

1. На какие классы разделяются грунты?

2. На какие группы разделяются природные дисперсные грунты?

3. Как определяются влажности глинистого грунта на границе раскатывания и границе текучести?

4. По каким показателям разделяют связные грунты на разновидности?

5. По каким показателям разделяют сыпучие грунты на разновидности?

6. Как происходит пучение грунтов при сезонном промерзании?

7. По каким показателям прогнозируют возникновение и степень морозного пучения сыпучих и связных грунтов?