Коефіцієнт водонасичення вимірюється в частинах одиниці й змінюється від 0 у випадку абсолютно сухого ґрунту до 1 при повному заповненні пор водою. Значення цього показника суттєво впливає на зміни властивостей піщаних ґрунтів і використовується як їх класифікаційний показник.

Ступінь щільності пісків ID визначають за формулою

де emax – коефіцієнт пористості у гранично-пухкому складанні; emin – коефіцієнт пористості у гранично-щільному складанні.

У будівельній практиці, крім розглянутих вище, використовують й інші характеристики складу та стану ґрунтів. Як правило їх використовують для більш детального опису складу твердої фази ґрунту. Ці характеристики вказують відносний вміст у ґрунті розчинної, колоїдної чи органічної частин. За прийнятою термінологією вони виражають засоленість, льодистість, здатність до набухання, вміст органічної речовини тощо. Ці характеристики будуть розглядатись у наступних розділах підручника за необхідністю.

4.3. КЛАСИФІКАЦІЯ ҐРУНТІВ

Згідно з ДСТУ Б В.2.1 -2-96 (ГОСТ 25100-95) класифікація ґрунтів включає такі таксономічні одиниці, що виділяються за групами ознак:

–клас – за загальним характером структурних зв’язків;

–група – за характером структурних зв’язків (з урахуванням їх міцності);

–підгрупа – за походженням та умовами утворення;

–тип – за речовинним складом;

–вид – за найменуванням ґрунтів (з урахуванням розмірів часток та показників властивостей);

–різновиди – за кількісними показниками речовинного складу, властивос-

тей і структури ґрунтів.

До класу природних скельних ґрунтів належать ґрунти з жорсткими структурними зв’язками (кристалізаційними та цементаційними).

До класу природних дисперсних ґрунтів віднесені ґрунти з водноколоїдними й механічними структурними зв’язками.

86

У клас природних мерзлих ґрунтів уходять ґрунти з кріогенними структурними зв’язками.

До класу техногенних (скельних, дисперсних і мерзлих) ґрунтів належать ґрунти з різними структурними зв’язками, утворені в результаті діяльності людини.

Інженерно-геологічна характеристика скельних ґрунтів. Мінеральні зерна й уламки порід, із яких складаються скельні ґрунти, з’єднані між собою структурними зв’язками. У скельних ґрунтах магматичного, метаморфічного і деяких ґрунтах осадового походження ці зв’язки – кристалізаційні. Вони зумовлені діями міжатомних сил. У більшості скельних ґрунтів осадового походження зв’язки – цементаційні. Завдяки структурним зв’язкам та високій міцності самих мінеральних частинок і уламків порід скельні ґрунти мають високу міцність, яка характеризується границею міцності на одноосьовий стиск у во-

донасиченому стані – відношенням вертикального навантаження на зразок ґрунту, при якому відбувається його зруйнування, Fmax до початкової площі поперечного перерізу зразка A0:

При тисках від будівель та споруд скельні ґрунти практично нестисливі. Пористість їх незначна. Лише інколи в скельних ґрунтах осадового походження вона сягає 26 % (див. табл. 4.2). Це значною мірою визначає міцність і дефо р- мативність цих ґрунтів, їхні можливості щодо вивітрювання і морозостійкості. Значення міцності на одноосьовий стиск, модулів пружності й пористості деяких скельних ґрунтів уміщені в таблиці 4.2.

Таблиця 4.2. Значення міцності на одноосьовий стиск, модулів пружності та пористості

деяких скельних ґрунтів

Більшість скельних ґрунтів при взаємодії з водою не погіршує своїх властивостей. Проте деякі скельні ґрунти з кристалізаційними зв’язками знижують

87

свою міцність під дією води. Ця властивість скельних ґрунтів називається розм’якшенням і характеризується коефіцієнтом розм’якливості у воді ksof, який

виражає відношення міцності ґрунту на стиск після його насичення водою Rcw до міцності ґрунту на стиск у сухому стані Rcd

Розрізняють нерозм’якливі (ksof≥0,75) та розм’якливі (ksof<0,75) різновиди скельних ґрунтів. Осадові зцементовані скельні ґрунти поділяють за ступенем розчинності у воді на:

Крім того, скельні ґрунти поділяють на різновиди за: щільністю скелета ґрунту ρd; коефіцієнтом вивітрілості kwr; водопроникністю; ступенем засоленості; структурою і текстурою; температурою (див. ДСТУ Б В.2.1-2-96).

При оцінюванні основ, складених скельними ґрунтами, необхідно мати на увазі, що властивості цих ґрунтів у зразках відрізняються від їх властивостей у масиві. Це пояснюється тим, що масиви звичайно бувають розчленовані тріщинами відокремлення, а також тектонічними тріщинами. В інженерній практиці тріщинуватість скельних порід характеризують коефіцієнтом тріщинуватої пустотності, котрий визначають як відношення об’єму тріщин до об’єму скельних блоків. Ця величина аналогічна пористості нескельних ґрунтів, але кількісно вона складає соті й навіть тисячні частки одиниці, досягаючи лише в окремих випадках значень 0,1…0,15. Інший параметр масиву скельних ґрунтів – модуль тріщинуватості. Він являє собою відношення кількості тріщин на 1 м довжини оголення скельного ґрунту. Максимальні значення цього показника наближаються до 100, а мінімальні становлять частки одиниці.

Узагалі ж скельні ґрунти є надійними основами, в тому числі і в сейсмічних районах.

У класі природних дисперсних ґрунтів виділяють дві групи: зв’язні (до неї відносять глинисті ґрунту та ґрунти органічного походження (мули, сапропелі, заторфовані, торфи тощо)) і незв’язні (піски й великоуламкові ґрунти).

Інженерно-геологічна характеристика великоуламкових ґрунтів і пі-

сків. Структура цих ґрунтів визначається формою, розмірами й відсотковим співвідношенням уламкових, піщаних, пилуватих та глинистих компонентів. Для великоуламкових ґрунтів характерна грубоуламкова (псефітова) структура,

адля піщаних – піщана (псамітова). Структурні зв’язки між мінеральними зернами й уламками порід у цих ґрунтах відсутні.

Незв’язні ґрунти в цілому підрозділяють на різновиди за: гранулометрич-

ним складом; коефіцієнтом водонасичення; ступенем засоленості Dsal; відносною деформацією здимання εfh; температурою. Великоуламкові ґрунти поділяють на різновиди за: коефіцієнтом вивітрілості kwr; коефіцієнтом стираності kfr;

апіски – за ступенем неоднорідності гранулометричного складу Cu; коефіцієнтом пористості; ступенем щільності; відносним умістом органічних речовин Ir.

88

Різновиди великоуламкових ґрунтів і пісків за гранулометричним складом можна визначити з таблиці 4.3.

Таблиця 4.3. Різновиди великоуламкових ґрунтів і пісків за гранулометричним складом

За коефіцієнтом водонасичення Sr незв’язні ґрунти поділяють на різнови-

ди:

Малого ступеня водонасичення Середнього ступеня водонасичення Насичені водою

За коефіцієнтом пористості e піски розподіляють згідно з таблицею 4.4.

Таблиця 4.4. Різновиди пісків за коефіцієнтом пористості

Великоуламкові ґрунти та піски в загальному випадку досить міцні, щоб сприймати значні тиски від будівель і споруд без втрати стійкості (міцності). Деформації ж стиснення в них залежать у першу чергу від ступеня дисперсності та вмісту глинистих часток. Чим вони вищі, тим більша й стисливість. Деякі великоуламкові ґрунти практично нестисливі. Осідання споруд на таких основах звичайно проходить швидко й стабілізується із завершенням будівництва.

До вказаного слід додати також, що зі збільшенням щільності цих ґрунтів міцність їх підвищується, а стисливість знижується. При замоканні характеристики їх змінюються незначно, за винятком пилуватих пісків, які при цьому час-

89

то набувають пливунних властивостей. Орієнтовно нормативні значення механічних характеристик незв’язних ґрунтів наведені в таблиці 4.5.

Таблиця 4.5. Механічні характеристики великоуламкових ґрунтів і пісків

Інженерно-геологічна характеристика глинистих ґрунтів. Між їх мі-

неральними частками діють тиксотропно-коагуляційні та кристалізаційноконденсаційні (цементаційні) структурні зв’язки (природу цих зв’язків див. у п. 4.1). Міцність цих зв’язків залежить від ступеня дисперсності ґрунтів, їх мінерального складу, щільності, вологості, складу цементуючої речовини й інших чинників. Міцність структурних зв’язків характеризується зчепленням.

До складу глинистих ґрунтів у різних співвідношеннях уходять глинисті, пилуваті та піщані частки. Встановлено, що властивості цих ґрунтів у багатьох випадках визначаються мінеральним складом саме глинистої фракції. Важливе значення мають такі глинисті мінерали, як каолініт, іліт і монтморилоніт. Мінеральні зерна цих мінералів дуже дрібні (їх розмір менший за 0,002 мм, що відповідає тонкій дисперсії) й мають лускоподібну або пластинчасту форму. Все це зумовлює їх велику поверхневу енергію та фізико-хімічну активність при взаємодії з водою. Нагадаємо, що значна частина води у глинистих ґрунтах перебуває у зв’язному стані.

Глинисті ґрунти розподіляють на різновиди за: числом пластичності; показником текучості; відносною деформацією набухання без навантаження; відносною деформацією просідання; відносним вмістом органічних речовин; ступенем засоленості; відносною деформацією здимання; температурою.

90

Таблиця 4.6. Різновиди глинистих ґрунтів за числом пластичності та гранулометричним

складом

М. Ф. Вікулова виділяє такі основні типи структур у глинистих ґрунтах: глиниста (пелітова); пилувато-глиниста (алевропелітова); піщано-глиниста (псамопелітова) й ін. Структура ґрунту і характер структурних зв’язків впливають на міцність і стисливість. Опір глинистих ґрунтів зрушенню має дві складові: опір тертю, прямо пропорційний стискуючий напрузі, і зчеплення, яке не залежить від цієї напруги. Із збільшенням вологості опір цих ґрунтів зрушенню (а отже, й міцність, і стійкість) суттєво знижується. Це веде до втрати загальної стійкості схилів, випирання ґрунту з-під підошви фундаментів тощо.

Стисливість глинистих ґрунтів теж коливається в широких межах. До того ж цей процес значно триваліший, ніж у піщаних і великоуламкових ґрунтах. Тому осідання споруд на таких основах звичайно не стабілізуються у будівельний період, а продовжуються й у період експлуатації, іноді навіть десятки років. До цього також слід додати, що на будівельні властивості глинистих ґрунтів дуже суттєво впливає показник їх текучості (або, кажуть, консистенція ґрунту) – при різних значеннях IL вони мають і різні характеристики міцності та деформативності. Орієнтовно нормативні значення механічних характеристик глинистих ґрунтів наведені в таблиці 4.7.

Таблиця 4.7. Механічні характеристики глинистих ґрунтів

91