5.Инженерно-геологические исследования грунтов

5.1 Исследование гранулометрического состава и фильтрационных свойств песчаных грунтов Скважность и гранулометрический состав

Как рыхлые, так и твердые горные породы в природном массиве имеют различного рода пустоши и трещины, которые обуславливают изменчивость механических свойств, водо- и газопроводимость пород. Иначе говоря, горные породы обладают скважностью.

Скважность имеет большое значение при решении ряда практических задач, так как от нее зависят водопроницаемость, водоотдача, влагоемкость, прочность, сжимаемость, упругие свойства.

Скважность твердых пород в массиве изучается специальными методами подземной гидравлики и геофизики.

Для рыхлых раздельнозернистых и связных пород, частицы которых связаны слабыми водно-коллоидными связями, скважность, а следовательно и водно-физические свойства зависят от их гранулометрического состава.

Любую рыхлосвязную или раздельнозернистую породу можно разделить на фракции. Фракцией называется совокупность частиц породы одного размера или группы размеров (например, от 0,5 до 0,25 мм). Содержание той или иной фракции выражает в процентах по массе. Исследование распределения всех частиц пород по размерам называют гранулометрическим анализом.

Классификация пород по грансоставу

В зависимости от преобладающего размера обломков выделяют фракции: крупнообломачные (более 2 мм), песчаные (от 2 до 0,05 мм), пылевые (от 0,05 до 0,005 мм и менее).

В отличии от песчаных частиц, имеющих обычно окатанную форму, частицы глинистых фракций имеют форму иголок, тонких чешуек листиков, заполняющих пространство между частицами крупных размеров.

При содержании 3% глинистых фракций порода приобретает связность.

Породы, содержащие более 30% глинистых частиц, называют глинистыми.

Породы, содержащие менее 3% глинистых частиц, называются крупнообломачными, песчаными, пылевыми (алевритами), в зависимости от размера и процентного содержания соответствующих фракций. Для уточнения наименования крупнообломачных и песчаных пород, содержащих менее 3% глинистых частиц, принята следующая классификационная схема:

1. Щебнистый, галечниковый грунт- более 50% частиц крупнее 10 мм

2. Гравийный, древесный грунт- более 50% крупнее 2 мм

3. Крупный песок- более 50% частиц крупнее 0,5 мм

4. Среднезернистый песок- более 50% частиц крупнее 0,1 мм

5. Мелкий песок- более 75% частиц крупнее 0,1 мм

6. Пылеватый песок- не менее 50% частиц крупнее 0,1 мм

7. Алеврит- менее 50% частиц крупнее 0,1 мм

Гранулометрический анализ

Для установления грансостава нескольких пород применяется несколько методов. Крупнообломочные и песчаные породы легко разделяются на фракции рассеиванием на ситах с отверстиями различных диаметров. Для глинистых пород ситовый метод не применим, поэтому здесь используют методы, основанные на том, что скорость осаждения взвешенных в воде частиц зависит от их размеров.

Глинистую породу предварительно взбалтывают в воде и через определенные промежутки времени берут пипеткой пробу, из которой затем выпаривается и определяется масса (пипеточный метод). Для пород, содержащих глинистые и песчанные фракции, применяют комбинированный анализ с предварительным отмачиванием: на песчаных частицах имеется некоторое количество налипших на них глинистых частиц. Глинистые частицы смываются, а промытые песчаные высушиваются и фракционируют на ситах.

Результаты изучение гранулометрического состава грунтов используются при решении следующих практических методов:

1. Определение водопроницаемости пород по эмпирическим формулам.

2. Обоснование выбора типа и конструкции фильтров водозаборных скважин.

3. Прогнозирование процессов суффозии на бортах котлованов и выемок.

4. Прогнозирование водоотдачи и проявление плывунных свойств.

5. Определение пригодности песчаных пород в качестве инертного заполнителя в бетонных и строительных растворов.