2.3.2. Классификационные показатели грунтов содержащих ледяную компоненту

Мерзлые грунты отличаются содержанием в своем составе льда в форме видимых включений или льда-цемента, формирующих криогенные структурные связи при отрицательной или нулевой температуре. В общей классификации [34] лед и содержащие лед грунты объединяются в класс мерзлых грунтов, в группы выделяются скальные промерзшие, дисперсные промерзшие и ледяные грунты (табл. 9.1).

Основными классификационными параметрами, по которым подразделяются мерзлые грунты [34], являются (табл. 2.23):

• льдистость за счет видимых ледяных включений i_i,

• степень засоленности D_sal,

• температурнопрочностные свойства,

• криогенная текстура.

Льдистость грунта за счет видимых ледяных включений i_i, д. ед., – это отношение объема содержащегося в нем видимых ледяных включений к объему мерзлого грунта. Экспериментально льдистость определяется на основе совмещенного метода Г.П. Мазурова непосредственным измере­нием суммарной толщины включений льда, приходящихся на единицу площади разреза. Для этого к мерзлому монолиту прикладывают масштабную линейку и непрерывно по всей высоте монолита грунта измеряют суммарную толщину прослоек льда, секущих поперечную линию. Средний показатель льдистости грунта за счет льда включений вычисляется на основе измерения суммарного содержания льда прослоек по трем линиям [86].

Суммарная льдистость мерзлого грунта i_tot, д. ед., это отношение объема содержащегося в нем льда к объему мерзлого грунта, она определяется по формуле:

где i_ic – льдистость грунта за счет порового льда-цемента, д. ед., i_i – льдистость грунта за счет ледяных включений, д. ед., определяется по формуле:

где w_tot – суммарная влажность мерзлого грунта, д. ед.; _i – плотность льда, равная 0,9 г/см³; _s – плотность частиц грунта, г/см³;  – плотность мерзлого грунта, г/см³; w_m – влажность мерзлого грунта, расположенного между ледяными включениями, д. ед. принимается: w_m w_p, где w_p – влажность на границе раскатывания, д. ед.; w_w – влажность мерзлого грунта за счет не замерзшей воды, д. ед.; определяется опытным путем, для мерзлых незасоленных грунтов допускается определять по формуле: w_w = k_ww_p, где k_w – коэффициент, принимаемый в зависимости от температуры грунта Т и числа пластичности I_p [34]. При: i_tot= 0 – талый грунт; 0 ≤ i_tot ≤ 1 пределы изменения льдистости; i_tot= 1 – вся вода замерзшая (песок).

Таблица 2.23

Классификация мерзлых грунтов [34]

Классификация грунтов по льдистости за счет видимых ледяных включений
Разновидность грунтов			Льдистость за счет видимых ледяных включений ii, д. ед.
			Скальные и полускальные грунты				Дисперсные грунты
Слабольдистый			< 0,01				< 0,20
Льдистый			0,01 – 0,05				0,20 – 0,40
Сильнольдистый			> 0,05				0,40 – 0,60
Очень сильнольдистый			–				0,60 – 0,90
2. Классификация грунтов по температурно-прочностным свойствам
Вид грунтов			Разновидность грунтов
			Твердомерзлый (m≤ 0, кПа–1) при t < Th, С		Пластичномерзлый (m>0,1 кПа–1) при t, оС			Сыпучемерзлый при t < 0 оС
Скальные и полускальные грунты			Th = 0		–			–
Крупнообломочный грунт			Th = 0		Th < t < Tbf при Sr < 0,8			при Sr≤0,15
Песок гравелистый, крупный и средней крупности			Th = –0,01
Песок мелкий и пылеватый			Th = –0,3		Th < t < Tbf при Sr < 0,8			при Sr≤0,15
Глинистый грунт	Супесь		Th = –0,6		Th < t < Tbf
	Суглинок		Th = –1,0
	Глина		Th = –1,5
Заторфованный грунт			Th ' = –0,7 (Ir+|T h |)		Th ' < t < Tbf			–
Торф			–		t < 0			–
3. Классификация грунтов по степени засоленности Dsal (для морского типа засоления – NaCl, Na2SO4 более 90 %)
Разновидность грунтов		Суммарное содержание легкорастворимых солей, % массы сухого грунта
		песок				глинистый грунт
Слабозасоленный		0,05–0,10				0,20–0,50
Среднезасоленный		0,10–0,20				0,50–1,00
Сильнозасоленный		>0,20				>1,00
4. Классификация грунтов по криогенной текстуре
Вид грунтов				Криогенная текстура
Скальные грунты				Трещинная, пластовая, полостная
Полускальные грунты				Массивная
Глинистые грунты				Массивная, слоистая, сетчатая, атакситовая
Органоминеральные грунтов
Органические грунты				Порфировидная, слоистая, сетчатая, атакситовая
Крупнообломочные грунты				Массивная, корковая, базальная
Пески				Массивная, слоистая, сетчатая, базальная

По температурнопрочностным свойствам грунты подразделяют согласно табл. 2.23, где m – коэффициент сжимаемости оттаивающего грунта; T_h – температурная граница твердомерзлого состояния грунтов, T_bf – температура начала замерзания грунта, S_r – степень заполнения объема пор мерзлого грунта льдом и водой (степень влажности). Мерзлые грунты по состоянию подразделяют на:

• твердомерзлые – прочно сцементированные льдом, характеризуемые относительно хрупким разрушением и практической несжимаемостью под нагрузками от сооружений; к твердомерзлым относятся песчаные и глинистые грунты, если их температура ниже: для пылеватых песков – 0,3° С; для супесей – 0,6° С; для суглинков – 1°С; для глин – 1,5° С;

• пластичномерзлые – сцементированные льдом, но обладающие вязкими свойствами (вследствие содержания в них значительного количества незамерзшей воды), способные сжиматься под нагрузками от сооружений;

• сыпучемерзлые – несцементированные льдом вследствие малой влажности песчаные и крупнообломочные грунты.

Критерии засоленности для различных номенклатурных видов грунта установлены на основании данных о влиянии засоленности на прочностные свойства образцов мерзлых грунтов. Под засоленностью грунта понимают весовое содержание в нем водорастворимых солей. Засоленность D_sal выражают в % к весу скелета грунта, включая вес водорастворимых солей. Крупнообломочные грунты называются засоленными, если содержание водорастворимых солей в их заполнителе превышает указанные значения засоленности.

Определение засоленности грунта. Для определения засоленности мерзлых грунтов используют монолиты или образцы нарушенного сложения и природной влажности. Для нахождения засоленности используют: широкогорлые колбы емкостью 1000 мл; чашки выпаривательные, фарфоровые; воронки диаметром 15 см; песчаные бани и часовые стекла диаметром 18–20 см. В стеклянную широкогорлую колбу емкостью 1000 мл помещают навеску. грунта природной влажности, значение которой определено заранее. Навеску отбирают так, чтобы в ней содержалось 100 г частиц скелета грунта. Вес влажной навески определяют по формуле:

g = g₁(1+w),

где g – вес влажной навески в г; g₁ – вес сухой навески в г; w – влажность грунта в долях единицы.

В колбу доливают 500 мл дистиллированной воды, плотно закрывают ее пробкой, энергично встряхивают в течение 5 мин и переносят суспензию на воронку с двойным фильтром, установленную над колбой, емкостью 500–700 мл. Во время фильтрования воронку необходимо прикрыть часовым стеклом. Если первые порции фильтрата будут мутными, их повторно фильтруют через тот же фильтр до тех пор, пока фильтрат не станет совершенно прозрачным. Фильтрат разливают на пять порций в заранее взвешенные чашки емкостью 150–200 мл и выпаривают на песчаной бане до получения сухого остатка. При выпаривании не допускается кипения и выбрызгивания фильтрата из чашки. Чашки с сухим остатком помещают в сушильный шкаф и сушат до постоянного веса при температуре 105° С; определяют с точностью до 0,01 г вес сухого остатка в каждой чашке, суммированием находят общий вес сухого остатка водной вытяжки. Засоленность грунта вычисляют по формуле:

D_sal = g_z(1+w)100/ g_1,

где g_z – масса сухого остатка водной вытяжки в г; g₁ – вес сухой навески в г; w – влажность грунта в долях единицы.