Глава 5. Инженерно-геологическая характеристика грунтов

В нашем районе практики распространены: глинистые грунты (суглинки с супесями и глина), полускальные грунты (мергель), скальные грунты (доломит), алевритовые породы (алевролит), смешанные грунты (песчаник сцементированный).

Глина, суглинок, супесь (пелиты). Пелиты – связные породы – обладают свойством пластичности и содержат глинистых частиц: более 30 % -глины, 10...30 % - суглинки и З...10%-супеси. Минеральный состав: каолинит, монтмориллонит, кварц, слюды, полевые шпаты. Цвет белый, темно-серый и черный, желто-бурый, буро-красный (если присутствуют оксиды железа и марганца), голубовато-зеленый (при наличии глауконита и хлорита) и др. Структура микрокристаллическая, землистая, текстура микропористая, часто слоистая. При увлажнении набухают, делаются пластичными, при высыхании дают усадку и переходят в твердое состояние. Практически глину, суглинок и супесь различают по числу пластичности. Грунты нескальные, связные, общее название грунтов – глинистые.

Суглинок – это глинистый грунт, который содержит от 10 до 30 процентов глины. Этот грунт достаточно пластичен, при растирании его между пальцами не чувствуются отдельные песчинки. Скатанный из суглинка шар раздавливается в лепешку, по краям которой образуются трещины. Пористость суглинка колеблется от 0,5 до 1. Суглинок может содержать больше воды и больше, чем супесь, подвержен пучению. Сухой суглинок с пористостью 0,5 имеет несущую способность 3 кг/см2, при пористости 0,7 – 2,5 кг/см2.

Прочностные характеристики:

- с Сила сцепления 12 - 47 кПа

- φ Угол внутреннего трения 14 – 26 град.

- Е Модуль общей деформации 5 - 40 МПа

Высота капиллярного поднятия - до 3,0 – 4,0м. По величине коэффициента фильтрации относится к полупроницаемым породам - Кф = 0,001 – 1 м/сутки.

Супеси - светло-желтые, пылеватые, легкие, слоистые с прослоями ожелезненной разности мощностью 2—3 см. Супеси обладают пластичной или полутвердой консистенцией в зависимости от положения слоя по отношению к уровню грунтовых вод.

Физические свойства супеси следующие: число пластичности 3_7; удельный вес 2,70 г/см3, объемный вес 1,60—2,00 г/см3; естественная влажность 5—20%; пористость 29,2%; коэффициент пористости 0,415.

Глина – это грунт, в котором содержание глинистых частиц больше 30%. Глина очень пластичная, хорошо скатывается в шнур. Скатанный из глины шар сдавливается в лепешку без образования трещин по краям. Пористость глины может достигать 1,1, она сильнее всех остальных грунтов подвержена морозному пучению, потому что может содержать очень большое количество влаги. При пористости 0,5 глина имеет несущую способность 6 кг/см2, при 0,8 – 3 кг/см2.

Прочностные характеристики:

с Сила сцепления 29 - 81 кПа

φ Угол внутреннего трения 14 – 35 град.

Е Модуль общей деформации 10 – 75 МПа

Высота капиллярного поднятия -до 8,0м. По величине коэффициента фильтрации относится к непроницаемым породам - Кф < 0,001 м/сутки.

Все глинистые грунты под действием нагрузки от фундамента подвержены осадке, причем занимает она очень много времени – несколько сезонов. Осадка будет тем больше и дольше, чем больше пористость грунта. Чтобы уменьшить пористость глинистого грунта и тем самым улучшить его характеристики, грунт можно уплотнять. Естественное уплотнение глинистого грунта происходит под давлением вышележащих слоев: чем глубже находится слой, тем сильнее он уплотнен, тем меньше его пористость и тем больше его несущая способность.

Минимальная пористость глинистого грунта 0,3 будет у максимально уплотненного слоя, который залегает ниже глубины промерзания. Дело в том, что при промерзании грунта возникает пучение: частицы грунта двигаются и между ними возникают новые поры. В слое грунта, который находится ниже глубины промерзания, таких движений нет, он максимально уплотнен и его можно считать несжимаемым. Глубина промерзания грунта зависит от климатических условий, в России она колеблется от 80 до 240 см. Чем ближе к поверхности земли, тем меньше будет уплотнен глинистый грунт.

Еще одна важная характеристика глинистого грунта – это его влажность: чем больше влаги содержится в нем, тем хуже его несущая способность. Насыщенный влагой глинистый грунт становится слишком пластичным, а насыщаться влагой он может в том случае, когда близко находятся грунтовые воды. Если уровень грунтовых вод высокий и менее чем в метре от глубины заложения фундамента, то приведенные выше значения несущей способности глины, суглинка и супеси нужно делить на 1,5.

Все глинистые грунты будут служить хорошим основанием для фундамента дома, если грунтовые воды залегают на значительной глубине, а сам грунт будет однороден по составу.

Мергель относится к осадочным породам смешанного происхождения, к глинисто-карбонатной группе пород. Бурно вскипает с CHl, на месте капли оставляет пятно грязи. Цвет разнообразный и зависит от цвета глинистой примеси. Порода плотная, нередко слоистая. Состоит из смеси кальцита с глиной (глины 30-50 %). Структура зернистая, текстура массивная.

Это известково-глинистая порода, у которой глинистые частицы сцементированы карбонатным материалом. Распределение глинистого и карбонатного вещества в мергеле чаще всего равномерное. Обычно под мергелем понимают такую породу, у которой содержание CaCO₃ колеблется в пределах 25-30 %. При большом содержании CaCO₃ порода получает название мергелистый известняк, а при меньшем – глинистый мергель. Эти типы пород связывают мергель, с одной стороны, с известняком, с другой – с глинами. Мергель способен набухать благодаря содержащемуся в нем глинистому веществу, при этом все мелкие трещины, по которым возможна циркуляция воды, закрываются и тем самым прекращается фильтрация воды сквозь мергелистые толщи. Набухание мергеля главным образом зависит от соотношения в породе карбонатной и глинистой составляющих.

Физико-механические свойства мергелей в связи с содержанием карбонатов и степени их дисперсности определяются в весьма широком диапазоне измерения. На природных скосах и откосах искусственных выемок мергели быстро выветриваются, разрушаются, формируя весьма подвижные плитчатые осыпи. Мергель, в связи с уникальностью состава (карбонаты + глина), практически без дополнительного обогащения, дает возможность использовать его в качестве природного сырья для производства цемента.

Алевролиты представителями сцементированных пород глинистого и пылеватого состава. Алевролиты образуются при окаменении песчано-пылеватых и глинистых пород вследствие их уплотнения, повышения температуры, кристаллизации коллоидов. Алевролиты встречаются как в платформенных, так и в складчатых областях. Во втором случае они часто несут следы метаморфизма.

Алевролиты редко образуют однородные тела значительных размеров. Чаще они залегают прослоями в толще песчаных или песчано-карбонатных пород. В зависимости от гранулометрического состава они могут быть песчаными, пылеватыми или глинистыми. Это обстоятельство должно учитываться при изучении их физико-механических свойств. Следует, однако, иметь в виду, что гораздо большее влияние на прочностные показатели алевролитов оказывает состав и тип цемента.

В зависимости от цемента алевролиты образуют обширный ряд последовательных переходов от слабопрочных разностей, близких по своим свойствам к плотным глинам, до окварцованных пород, прочность которых превышает 1000 кГ/см3.

В большинстве случаев алевролиты в инженерно-геологической практике оцениваются как породы, обладающие худшими показателями, чем песчаники. Объясняется это четко выраженной слоистостью тонкозернистых пород и благодаря этому высокой анизотропностью их свойств. По базальным поверхностям алевролиты легко выветриваются, часто образуют подвижные осыпи на склонах. Вместе с тем массивные алевролиты могут приближаться по прочности к крепким песчаникам, а в некоторых случаях превосходить их.

Большое различие в показателях свойств зависит от состава пород, их структуры и текстуры, характера цементационных связей. Породы неморозостойки, не выдерживают механического размягчения и резких температурных напряжений.

Физико-механические свойства алевролитов резко снижаются с увеличением степени выветрелости этих пород. Можно при этом предположить, что слабые алевролиты благодаря их высокой пористости и значительной влагоемкости должны легко разрушаться.

Доломит состоит из минерала доломит (75 % и более). Строение плотное, структура скрытокристаллическая. Цвет белый, желтоватый, серый, зеленоватый, красноватый. С 10 %-ной соляной кислотой реагирует только в порошке или при нагревании. Скальный грунт.

Песчаник слабосцементированный — обломочная осадочная горная порода, представляющая собой однородный или слоистый агрегат обломочных зёрен размером от 0,1 мм до 2 мм (песчинок) связанных каким-либо минеральным веществом (цементом).

Плотность песчаника 2250—2670 кг/м³; пористость 0,69—0,70 %; водопоглощение 0,63—6,0 %. Наиболее высокие физико-механические свойства имеет песчаник с кремнистым и карбонатным цементирующим веществом, худшие — с глинистым. Огнеупорность песчаника также различна, наивысшая (до 1700 °C) характерна для чистых кварцевых песчаников с кремнистым цементом.

Прочность песчаника зависит от вида цемента и степени сцементации, т.к. у нас песчаник слабосцементированный , значит прочность его не велика, поэтому для основания зданий и сооружений не рекомендуется использовать.