- •«Национальный исследовательский томский политехнический университет» грунтоведение
- •Предисловие
- •Введение
- •1. История развития и задачи грунтоведения
- •2. Состав грунтов
- •2.1. Минеральная компонента грунтов
- •2.1.1. Типы связей, состав и свойства минерального вещества грунтов
- •2.1.1.1. Типы связей в твердых компонентах грунтов
- •2.1.1.2. Состав и свойства первичных силикатов
- •2.1.1.2.1. Состав, строение и свойства глинистых минералов
- •2.1.1.3. Состав и свойства простых солей
- •2.1.1.4. Состав и свойства сульфидов и металлических соединений
- •2.1.2. Классификационные показатели грунтов, содержащих минеральную компоненту
- •2.1.2.1. Классификационные показатели скальных грунтов
- •2.1.2.2. Классификационные показатели техногенных грунтов
- •2.1.2.3. Классификационные показатели дисперсных грунтов
- •2.1.2.4. Классификационные показатели элювиальных грунтов
- •2.1.3. Определение минералогического состава грунтов
- •2.1.4. Определение гранулометрического состава дисперсных грунтов
- •2.2. Органическая компонента грунтов
- •2.2.1. Распространение, состав и свойства органического вещества в грунтах
- •2.2.2. Классификационные показатели грунтов содержащих органическую компоненту
- •2.2.2.1. Классификационные показатели органоминеральных грунтов и их определение
- •2.2.2.2. Классификационные показатели органических грунтов и их определение
- •2.3. Ледяная компонента грунтов
- •2.3.1. Распространение, состав и свойства льда в грунтах
- •2.3.2. Классификационные показатели грунтов содержащих ледяную компоненту
- •2.3.3. Распространение, состав и свойства газогидратов
- •2.4. Жидкая компонента грунтов
- •2.4.1. Распространение, классификация, состав и свойства жидкой компоненты грунтов
- •2.5. Газовая компонента грунтов
- •2.5.1. Распространение, состав и свойства газовой компоненты грунта
- •2.5.2. Характеристики газовой компоненты грунта
- •2.6. Биотическая компонента грунтов
- •2.6.1. Распространение, состав биоты грунтов
- •2.6.2. Биологическая активность грунта и ее показатели
- •3. Требования к описанию, отбору, хранению, транспортировке и качеству образцов грунта
- •3.1. Требования к описанию образцов грунта
- •3.2. Требования к отбору, хранению, транспортировке и качеству образцов грунта
- •4. Физические свойства грунтов
- •4.1. Влажность грунтов
- •4.2. Консистенция грунта и ее характеристики
- •4.3. Плотность грунтов
- •4.4. Пористость грунтов
- •5. Гидрофизические свойства грунтов
- •5.1. Водопроницаемость грунтов
- •5.2. Водопрочность грунтов
- •5.2.1. Размокаемость грунтов
- •5.2.2. Размягчаемость грунтов
- •5.2.3. Размываемость грунтов
- •5.3. Набухание грунтов
- •5.4. Усадочность грунтов
- •5.5. Просадочность лессовых и лессовидных грунтов
- •6. Теплофизические свойства грунтов
- •6.1. Показатели теплофизических свойств грунтов
- •6.2. Пучинистые свойства грунтов
- •7. Химические свойства грунтов
- •7.1. Растворимость грунтов, ее основные характеристики и методы их определения
- •7.2. Агрессивность грунтов по отношению к бетону и металлам
- •7.2.1. Химическая и биологическая агрессивность грунтов по отношению к бетону
- •7.2.2. Коррозия металлических элементов подземных конструкций
- •7.2.2.1. Определения коррозионной активности грунтов по химическому составу водной вытяжки
- •7.2.2.2. Определение удельного электрического сопротивления грунта и средней плотности катодного тока
- •7.2.2.3. Определение коррозии металлов блуждающим током
- •7.2.2.3. Определение признаков биохимической коррозии
- •8. Физико-механические свойства грунтов
- •8.1. Основные понятия о напряжениях и деформациях в грунтах
- •8.2. Реологические свойства грунтов
- •8.3. Деформационные свойства грунтов и определение их показателей
- •8.3.1. Деформационные свойства грунтов
- •8.3.2. Определение характеристик деформируемости при компрессионных испытаниях дисперсных грунтов
- •8.3.2.1. Определение показателей деформации просадочных грунтов
- •8.3.2.2. Определение характеристик деформации набухающих грунтов
- •8.3.2.3. Определение характеристик деформации засоленных грунтов
- •8.3.2.4. Определение характеристик деформации мерзлых грунтов
- •8.3.3. Определение характеристик консолидации грунтов
- •8.4. Прочностные свойства грунтов и определение их показателей
- •8.4.1. Сопротивление грунтов сдвигу
- •8.4.1.1. Определение показателей прочности на сдвиг дисперсных грунтов
- •8.4.1.2. Определение показателей прочности на сдвиг мерзлых грунтов
- •8.4.1.3. Определения показателей прочности скального грунта при срезе со сжатием
- •8.4.2. Определение угла естественного откоса грунтов
- •8.4.3. Сопротивление грунтов одноосному растяжению
- •Временное сопротивление разрыву скальных грунтов [50]
- •8.4.4. Сопротивление грунтов изгибу
- •8.5. Определение показателей прочности и деформируемости грунтов методом одноосного сжатия
- •8.5.1. Определение показателей прочности и деформируемости связных и полускальных грунтов
- •8.5.2. Определение показателей прочности и деформируемости скальных грунтов
- •8.5.3. Определение показателей прочности и деформируемости мерзлых грунтов
- •8.6. Определение показателей прочности и деформируемости грунтов методом трехосного сжатия
- •8.6.1. Определение показателей прочности и деформируемости дисперсных грунтов
- •8.6.2. Определение показателей прочности и деформируемости скальных грунтов
- •8.7. Определение показателей твердости, крепости, выветрелости и истираемости грунтов
- •8.8. Особенности определения параметров физико-механических свойств переуплотненных грунтов
- •8.9. Динамические свойства грунтов
- •8.9.1. Определение показателей динамических свойств грунтов
- •8.9.2. Разжижение грунтов
- •9. Классификации грунтов
- •9.1. Виды классификаций грунтов в инженерной геологии
- •9.2. Общая классификация грунтов
- •Список литературы
- •8.5. Определение показателей прочности и деформируемости грунтов методом одноосного сжатия 393
2.1.2.3. Классификационные показатели дисперсных грунтов
Класс природных дисперсных грунтов представляют грунты с водноколлоидными и механическими структурными связями, которые подразделяются на несвязные (пески и крупнообломочные грунты) и связные (глинистые грунты). Эти связи обусловливают невысокую прочность по сравнению со скальными грунтами и очень сильную зависимость от степени водонасыщения.
Группа несвязных грунтов объединяет осадочные и вулканогенно-осадочные крупнообломочные и песчаные грунты. Они характеризуются двумя особенностями:
1) состоят в основном из обломков горных пород и первичных минералов и их агрегатов, малоизмененных в процессе выветривания,
2) связи между обломками и отдельными зернами минералов в сухом состоянии или очень слабые, или практически отсутствуют, вследствие чего определенные их разности могут рассматриваться как рыхлые, сыпучие, несвязные грунты.
Для всех видов характерна высокая пористость при преобладании крупных пор, что обусловливает их высокую проницаемость. Несвязные грунты обладают значительным внутренним трением, они слабо сжимаются под статическими нагрузками, и сильно уплотняются под динамическими. Несвязные грунты достаточно хорошо выдерживают нагрузку сооружений, и в сухом, и во влажном состоянии. При сильной степени засоленности несвязные грунты обладают специфическими свойствами (см. п. 7.1 и п. 8.3.2.3.).
Крупнообломочные грунты состоят в основном из окатанных, или угловатых обломков горных пород размером более 2 мм (более 50 % грунта), имеющих в основном полиминеральный состав. По крупности обломков они подразделяются на валунные и каменистые (глыбовые), галечниковые и щебенистые, гравийные и дресвяные (хрящеватые).
Крупнообломочные грунты подразделяются на разновидности (табл. 2.3):
по гранулометрическому составу;
по плотности скелета грунта d (применяется ко всем грунтам);
по коэффициенту выветрелости Кwr;
по коэффициенту истираемости Кfr;
по коэффициенту водонасыщения Sr;
по плотности скелета грунта d (табл. 2.2);
по температуре (применяется ко всем грунтам) [34].
Песчаные грунты характеризуются преобладанием мономинеральных частиц размером 0,05–0,2 мм, количество глинистых частиц в них не превышает 3 %. В сухом состоянии они представляют собой сыпучие тела, во влажном состоянии они приобретают небольшую связность. Некоторые из них при насышении водой обладают плывунными свойствами. Минералогический состав следует определять, как правило, методами дифракционной рентгеноскопии согласно установленным методикам.
Пески подразделяются на разновидности (табл. 2.3):
по гранулометрическому составу;
по степени неоднородности гранулометрического состава Сu;
по плотности скелета грунта d (применяется ко всем грунтам);
по относительному содержанию органического вещества Ir;
по степени засоленности Dsal;
по коэффициенту пористости е,
по плотности скелета грунта d (табл. 2.2);
по степени плотности ID;
по коэффициенту водонасыщения Sr;
по температуре (применяется ко всем грунтам) [34].
Группа связных грунтов включает глинистые грунты, к которым относятся тонкодисперсные образования, содержащие не менее 3 % глинистых частиц и проявляющие набухаемость и пластичность при увлажнении.
Глинистые грунты классифицируют (табл. 2.3):
по числу пластичности Ip;
по гранулометрическому составу;
по показателю текучести Il;
по относительному содержанию органического вещества Ir;
по относительной деформации набухания без нагрузки sw;
по относительной деформации просадочности sl;
по плотности скелета грунта d (табл. 2.2);
по степени засоленности Dsal;
по относительной деформации пучения f;
по температуре [34].
Таблица 2.3
Классификация природных дисперсных грунтов [34]
|
|||||
Разновидность грунтов |
Размер частиц d, мм |
Содержание частиц, % по массе |
|||
Крупно- обломочные грунты |
валунный (при неокатанных гранях – глыбовый) |
> 200 |
> 50 |
||
галечниковый (при неокатанных гранях – щебенистый) |
> 10 |
> 50 |
|||
гравийный (при неокатанных гранях – дресвяный) |
> 2 |
> 50 |
|||
Пески |
гравелистый |
> 2 |
> 25 |
||
крупный |
> 0,50 |
> 50 |
|||
средней крупности |
> 0,25 |
> 50 |
|||
мелкий |
> 0,10 |
≥ 75 |
|||
пылеватый |
> 0,10 |
< 75 |
|||
Примечание: при наличии в крупнообломочных грунтах песчаного заполнителя более 40 % или глинистого заполнителя более 30 % от обшей массы воздушно-сухого грунта в наименовании крупнообломочного грунта добавляется наименование вида заполнителя и его состояние. Вид заполнителя устанавливается после удаления частиц крупнее 2 мм. По степени неоднородности гранулометрического состава Сu, крупнообломочные грунты и пески подразделяют на: однородные грунты при Сu ≤3, неоднородные грунты при Сu > 3. |
|||||
2. Классификация глинистых грунтов по числу пластичности |
|||||
Разновидность глинистых грунтов |
Чисто пластичности Ip |
||||
Супесь |
1–7 |
||||
Суглинок |
7–17 |
||||
Глина |
>17 |
||||
3. Классификация глинистых грунтов по наличию включений |
|||||
Разновидность глинистых грунтов |
Содержание частиц > 2 мм, % по массе |
||||
Супесь, суглинок, глина с галькой (щебнем) |
15 – 25 |
||||
Супесь, суглинок, глина, галечниковые (щебенистые) или гравелистые (дресвяные) |
25 – 50 |
||||
Продолжение табл. 2.3
4. Классификация глинистых грунтов по грансоставу и числу пластичности |
|||||||||
Разновидность глинистых грунтов |
Число пластичности Ip |
Содержание песчаных частиц (2–0,5 мм), % по массе |
|||||||
Супесь: |
песчанистая |
1 – 7 |
≥50 |
||||||
пылеватая |
1 – 7 |
<50 |
|||||||
Суглинок: |
легкий песчанистый |
7 – 12 |
≥40 |
||||||
легкий пылеватый |
7 – 12 |
< 40 |
|||||||
тяжелый песчанистый |
12 – 17 |
≥40 |
|||||||
тяжелый пылеватый |
12 – 17 |
<40 |
|||||||
Глин: |
легкая песчанистая |
17 – 27 |
≥40 |
||||||
легкая пылеватая |
17 – 27 |
<40 |
|||||||
тяжелая |
> 27 |
не регламентируется |
|||||||
5. Классификация глинистых грунтов по показателю текучести |
|||||||||
Разновидность глинистых грунтов |
Показатель текучести IL |
||||||||
Супесь: |
твердая |
< 0 |
|||||||
пластичная |
0 – 1 |
||||||||
текучая |
> 1 |
||||||||
Суглинки и глины: |
твердые |
< 0 |
|||||||
полутвердые |
0 – 0,25 |
||||||||
тугопластичные |
0,25 – 0,50 |
||||||||
мягкопластичные |
0,50 – 0,75 |
||||||||
текучепластичные |
0,75 – 1,00 |
||||||||
текучие |
> 1,00 |
||||||||
6. Классификация глинистых грунтов по относительной деформации набухания без нагрузки |
|||||||||
Разновидность глинистых грунтов |
Относительная деформация набухания εsw, д. ед. |
||||||||
Ненабухающий |
< 0,04 |
||||||||
Слабонабухающий |
0,04 – 0,08 |
||||||||
Средненабухающий |
0,08 – 0,012 |
||||||||
Сильнонабухающий |
> 0,012 |
||||||||
7. Классификация глинистых грунтов по относительной деформации просадочности |
|||||||||
Разновидность глинистых грунтов |
Относительная деформация просадочности εsl, д. ед. |
||||||||
Непросадочный |
< 0,01 |
||||||||
Просадочный |
≥0,01 |
||||||||
8. Классификация крупнообломочных грунтов и песков по коэффициенту водонасыщения |
|||||||||
Разновидность грунтов |
Коэффициент водонасыщения Sr , д. ед. |
||||||||
Малой степени водонасыщения |
0–0,50 |
||||||||
Средней степени водонасыщения |
0,50–0,80 |
||||||||
Насыщенные водой |
0,80–1,00 |
||||||||
9. Классификация песков по коэффициенту пористости |
|||||||||
Разновидность песков |
Коэффициент пористости е, д. ед. |
||||||||
Пески гравелистые, крупные и средней крупности |
Пески мелкие |
Пески пылеватые |
|||||||
Плотный |
< 0,55 |
< 0,60 |
< 0,60 |
||||||
Средней плотности |
0,55 – 0,70 |
0,60 – 0,75 |
0,60 – 0,80 |
||||||
Рыхлый |
> 0,70 |
> 0,75 |
> 0,80 |
||||||
10. Классификация песков по степени плотности |
|||||||||
Разновидность песков |
Степень плотности ID, д. ед. |
||||||||
Слабоуппотненный |
0 – 0,33 |
||||||||
Среднеуплотненный |
0,33 – 0,66 |
||||||||
Сильноуплотненный |
0,66 – 1,00 |
||||||||
11. Классификация крупнообломочных грунтов по коэффициенту выветрелости |
|||||||||
Разновидность крупнообломочных грунтов |
Коэффициент выветрелости Кwr, д. ед. |
||||||||
Невыветрелый |
0–0,50 |
||||||||
Слабовыветрелый |
0,50–0,75 |
||||||||
Сильновыветрелый |
0,75–1,00 |
||||||||
Окончание табл. 2.3
12. Классификация крупнообломочных грунтов по коэффициенту истираемости |
||||||||||
Разновидность крупнообломочных грунтов |
Коэффициент истираемости Кfr, д. ед. |
|||||||||
Очень прочный |
< 0,10 |
|||||||||
Прочный |
0,10 – 0,20 |
|||||||||
Средней прочности |
0,20 – 0,30 |
|||||||||
Малопрочный |
0,30 – 0,40 |
|||||||||
Пониженной прочности |
> 0,40 |
|||||||||
13. Классификация грунтов по относительной деформации пучения |
||||||||||
Разновидность грунтов |
Относительная деформация пучения εf, д. ед.. |
Характеристика грунтов |
||||||||
Практически непучинистый |
< 0,01 |
Глинистые при IL ≤ 0; Пески гравелистые, крупные и средней крупности; мелкие и пылеватые при Sr ≤ 0,6; мелкие и пылеватые, содержащие менее 15 % по массе частиц < 0,05 мм (независимо от Sr). Крупнообломочные грунты с заполнителем (глинистым, песком пылеватым и мелким) до 10 %. |
||||||||
Слабо–пучинистый |
0,01 – 0,035 |
Глинистые при 0 < IL ≤ 0,25; Пески пылеватые и мелкие при 0,6 < Sr≤ 0,8; Крупнообломочные с заполнителем от 10 до 30 % по массе. |
||||||||
Средне-пучинистый |
0,035 – 0,07 |
Глинистые при 0,25 < IL≤ 0,50 Пески пылеватые и мелкие при 0,80 < Su ≤ 0,95 Крупнообломочные с заполнителем более 30 % по массе. |
||||||||
Сильно- и чрезмерно пучинистый |
> 0,07 |
Глинистые при IL > 0,50. Пески пылеватые и мелкие при Sr > 0,95. |
||||||||
14. Классификация грунтов по температуре |
||||||||||
Разновидность грунтов |
Температура грунта t, °С |
|||||||||
Немерзлый (талый) |
≥0 |
|||||||||
Охлажденный |
< 0 |
|||||||||
15. Классификация дисперсных грунтов по степени засоленности |
||||||||||
Разновидность грунтов |
Степень засоленности, грунтов, Dsal, % |
|||||||||
Суглинок |
Супесь |
Песок |
Крупнообломочный грунт, содержание заполнителя |
|||||||
песчаного 40 % и более |
в виде суглинка 30 % и более |
в виде супеси 30 % и более |
||||||||
Незасоленный |
< 10 |
< 5 |
< 3 |
< 3 |
< 10 |
< 5 |
||||
Слабозасоленный |
10–15 |
5–8 |
3–7 |
– |
– |
– |
||||
Среднезасоленный |
15–20 |
8–12 |
7–10 |
– |
– |
– |
||||
Сильнозасоленный |
20–25 |
12–15 |
10–15 |
– |
– |
– |
||||
Избыточнозасоленный |
> 25 |
> 15 |
> 15 |
– |
– |
– |
||||
Группа объединяет также органоминеральный и органический типы грунтов обладающих яркими специфическими свойствами и заслуживающих отдельного описания, классификация которых приведены в п.п. 2.2.2.1 и 2.2.2.2. Среди глинистых грунтов также выделяются специфические грунты, которым свойственны просадочные свойства (см. п. 5.5 и п. 8.3.2.1), способность к набуханию и усадке (см. п. 5.3, п. 5.4 и п. 8.3.2.2), пучинистые свойства (п. 6.2) и засоленные грунты для которых характерна химическая суффозия (см. п. 7.1 и п. 8.3.2.3.).