II. Основы грунтоведения

2.1. Классификация грунтов Гост 25100–95

Грунт – горные породы, почвы, техногенные образования, являющиеся объектом инженерно-хозяйственной деятельности человека.

Различают грунты: скальные – монолиты или трещиноватые массивы, рыхлые (нескальные) – крупнообломочные, песчаные и глинистые породы.

Грунты могут служить:

– материалом оснований сооружений,

– материалом самого сооружения (дорог, насыпей, плотин),

– средой для размещения в них сооружений (тоннелей, трубопроводов, хранилищ) и др.

Классы грунтов

Природные скальные грунты с жесткими структурными связями (кристаллизационными и цементационными).

Природные дисперсные – грунты с механическими и водноколлоидными структурными связями.

Природные мерзлые – грунты с криогенными структурными связями.

Техногенные (скальные, дисперсные и мерзлые) – грунты с различными структурными связями, образованными в результате деятельности человека.

Термины и определения

Грунт скальный, состоящий из кристаллов одного или нескольких минералов, имеющих жесткие структурные связи кристаллизационного типа (прочность на одноосное сжатие R_с>5 Мпа).

Грунт полускальный – грунт, состоящий из кристаллов одного или нескольких минералов, имеющих жесткие структурные связи цементационного типа (прочность на одноосное сжатие R_с≤5 Мпа).

Грунт дисперсный – грунт, состоящий из отдельных зерен разного размера, слабосвязанных друг с другом – результат выветривания скальных грунтов, транспортировки продуктов выветривания водным или эоловым путем и их отложения.

2.2. Физические свойства грунтов

Плотность (объемный вес) – один из наиболее важных показателей: масса единицы объема грунта с естественной влажностью и ненарушенным сложением, зависит от минералогии. У дисперсных грунтов ρ₀=1,3–2,0 г /см³, ρ₀=2,5–3,3 г /см³ у скальных.

ρ₀=m/V, (2)

где, m – масса с естественной влажностью, V – объем грунта ненарушенного сложения.

Плотность частиц грунта (удельный вес) – отношение массы сухого грунта, исключая массу воды в порах, к объему твердой части, ρ_s=2,2–3,2 г /см³.

ρ_s=(m–m_в)/V–V_пор, (3)

где, m_в – масса воды, V_пор – объем пор.

Естественная влажность (W) – все количество воды, содержащееся в порах грунта в естественном залегании. Определяют высушиванием грунта при tº=105º–107º в течение 8 часов, определяется как отношение массы воды к массе сухой породы.

Удельный вес (γ) – отношение веса грунта и воды, содержащейся в порах, к объему грунта.

Пористость (n) – отношение объема пор к объему грунта, измеряется в %, обычно 30–60 %, но чаще в расчетах используется величина приведенной пористости – коэффициент пористости (е) – отношение объема пор к объему твердых минеральных частиц.

Физические значения плотности применяются:

1. для характеристики физических свойств породы как основания или строительного материала.

2. для расчетов при динамических нагрузках.

2.3. Водно-физические свойства грунтов

Водно-физические свойства грунтов являются важнейшими характеристиками физического состояния определяющие прочность и деформируемость.

Природная влажность – отношение массы воды, содержащейся в в порах породы, к массе сухой породы, W, д.е.

W=(m–m₁)/m₁, (4)

где m – масса грунта вместе с содержащейся в ней водой, m₁ – масса высушенного грунта, г.

Полная влагоемкость – максимальное содержание воды, содержащееся в породе, W_п, д.е.

W_п,=n/ρ_d, (5)

где, n – пористость грунта, ρ_d – плотность сухого грунта.

Коэффициент водонасыщения грунта (степень влажности) – степень заполнения объема пор водой, S_r, д.е.

S_r=W·ρ_s/eρ_w, (6)

где, W – природная влажность грунта, д.е.; е – коэффициент пористости; ρ_s – плотность частиц грунта, г/см³; ρ_w – плотность воды, 1 г/см³.

Критерий физического состояния глинистых грунтов (J_p; J_L)

Пластическими свойствами обладают дисперсные связные грунты – глины, суглинки и супеси.

Пластичность – способность пород изменять под действием внешних сил (давление) свою форму без разрыва сплошности и сохранять полученную форму, после того как действие внешней силы прекратилось – характеристика определяемая деформируемость.

Чтобы выразить пределы влажности, при которых грунты обладают пластичностью, вводят понятие верхнего и нижнего предела пластичности.

W_L – граница текучести соответствует такой влажности, при незначительном увеличении которой, грунт переходит в текучее состояние (определяется опытным путём).

W_p – граница раскатывания соответствует такой влажности, при незначительном уменьшении которой, грунт переходит в твёрдое состояние (определяется опытным путём). Определение характерных влажностей W_L и W_p для глинистых грунтов является кропотливым лабораторным процессом и требует определенных навыков и даже профессиональной подготовки.

Число пластичности J_p=W_L–W_p.

Показатель текучести J_L=(W–W_p)/(W_L–W_p).

Таблица 6

Зависимость расчетного сопротивления R глинистых

(связных) грунтов нагрузкам от величины J_L, (табл. СНиП 2.02.01–83).

Твердое состояние	Пластичное состояние	Текучее состояние
JL < 0	0 < JL < 1	JL ≥ 1
R ≈ 4 кг/см2 = 0,4 МПа	R ≈ 0,2 МПа	R ≈ 0 (строить практически невозможно)