Файл: Грунтоведение_лекции.doc

1. Предмет и задачи грунтоведения.

Грунтоведение, являющееся одной из составных частей инженерной геологии, изучает грунты, как объект инженерной деятельности человека.

Под грунтами следует понимать почвы и горные породы, изучаемые, как основа под фундаменты или как естественные строительные материалы для различных сооружений.

Предметом изучения грунтоведения является изучение физико-механических свойств горных пород, определяющих их поведение под воздействием инженерных сооружений и природной обстановки. Этими свойствами являются, прежде всего, прочность и деформируемость грунтов, а также изменчивость этих свойств во времени, что, в свою очередь, определяется типом грунта и условиями его залегания - естественными или нарушенными. Причем, изучение свойств горных пород затруднено тем обстоятельством, что свойства пород в отдельных небольших образцах резко отличаются от свойств той же породы, залегающей в естественных условиях - массиве ненарушенного сложения.

С точки зрения грунтоведения грунт является многоуровневой многокомпонентной системой, состояние, состав и структура которой формируются в процессе литогенеза и определяют свойства системы.

Общее грунтоведение, как один из разделов грунтоведения, занимается изучением общих закономерностей генезиса, состава и физико-механических свойств горных пород и разрабатывает методы исследований их состава и свойств.

Важнейшими задачами общего грунтоведения являются следующие:

1. Определение показателей свойств и состояния пород для их классификации и типизации (выделение типов пород с одинаковыми физико-механическими свойствами).

2. Определение количественных показателей прочности и других физико-механических свойств пород для проектирования инженерных сооружений в зависимости от их состава и строения.

3. Составление прогнозов возможных изменений свойств пород под воздействием проектируемого сооружения и оценка опасности устойчивости сооружений.

2. Общие принципы классификации грунтов.

2.1 Общая классификация.

Основой изучения свойств и прогнозирования их поведения является классификация грунтов, которая необходима для решения следующих задач:

• выбора правильной методики полевых и лабораторных исследований почв и пород;

• типизации пород при инженерно-геологической съемке и составлении карт и разрезов;

• предварительного определения инженерно-геологических свойств пород на разных стадиях строительства;

• прогнозирование изменения этих свойств и процессов под влиянием взаимодействия пород с проектируемом инженерным сооружением.

Общая классификацияпредназначается всех основных горных пород и грунтов, имеющихся в природе, иосновывается на признаках, дающих им наиболее полную инженерно-геологическую характеристику. Этими признаками являются:

• геологические (возраст, генезис, условия и форма залегания);

• химико-минералогические (минералогический состав, степень и характер засоления, состав обменных катионов);

• петрографические (гранулометрический состав, структура, текстура, сцементированность);

• физическое состояние (степень влажности, выветрелости, плотности, трещиноватости);

• стойкость ( способность сопротивляться факторам выветривания и растворения);

• механическая прочность.

В 1957 г. была принята общая классификация, разработанная Сергеевым, Приклонским, Панюковым и Белым.

По этой классификации все породы объединяются в 2 класса и 5 основных групп, подразделяемых на 16 подгрупп (затем идет деление на типы, подтипы и виды).

Разделение на классыпроизведено по прочности и жесткости связей между частицами, образующими породу.

Важнейшими показателями для пород 1 класса (скальных грунтов) с жесткими кристаллизационными связями служит механическая прочность и стойкость, для пород 2 класса (нескальных грунтов) - степень сжимаемости, консистенция, фильтрационные свойства, сопротивление сдвигу.

Выделение группвнутри классов производится по генезису:

Класс с жесткими связями Класс с отсутствием жестких связей

Группы

магматические породы осадочные породы

метаморфические породы почвы

осадочные породы искусственные грунты

Подгруппы выделяются по петрографическим признакам.

2.2. Специальная классификация.

Дополнением и развитием общей классификации являются специальные классификации,по которым породы подразделяютсяпо одному признаку- минералогическому или гранулометрическому составу, пластичности, водопроницаемости и т.д.

Особенности показателей свойств грунтов.

Показатели состояния и физико-механических свойств горных пород выражаются специальными количественными показателями подразделяются на 3 группы:

• классификационные, необходимые для инженерно-геологического картирования, определяемые методом визуализации при полевых исследованиях;

• косвенные, необходимые для приближенной оценки возможного поведения сооружений, определяемые в полевых исследованиях, а также в стационарной лаборатории;

• прямые, необходимые при проектировании и окончательном расчете прогноза поведения строительного сооружения, определяемые на специальных образцах и на специальных приборах в лаборатории.

Методы определения показателей зависят от следующих обстоятельств:

• характера сооружений, определяющего состав необходимых для исследований свойств;

• стадии проектирования, определяющего характер и степень детальности изучения показателей и точность их определения;

• типа пород.

Показатели свойств и состояния могут быть частными, нормативными и расчетными.

• Частные показатели - это отдельно взятые значения какого-либо показателя, определенные на ряде образцов.

• Нормативные показатели получают путем усреднения частных показателей методами математической статистики, При этом усредняются показатели, определенные на образцах одного типа пород, возраста и генезиса.

• Расчетные показатели получают путем умножения нормативных показателей на коэффициент запаса, величина которого зависит от характера сооружения, его класса, типа породы и др. факторов.

Показатели свойств и состояния грунтов определяют на образцах с ненарушенной структурой, в состоянии естественной влажности. Отбору образцов для определения показателей должно предшествовать подробное геологическое изучение пород в поле в естественных условиях. Только на основе комплексного изучения можно правильно типизировать породы, выбрать правильную систему отбора образцов и методику лабораторных исследований.

3. Общие сведения о грунтах.

Основной особенностью грунтов является их раздробленность, т.е. грунт состоит из отдельных частиц различной крупности либо не связанных между собой, либо связанных, но с прочностью связей много меньшей прочности самих частиц грунта. Между частицами имеются поры, которые могут быть заполнены полностью или частично газом или жидкостью. Таким образом, грунт представляет собой трехкомпонентную (трехфазную систему), состоящую из твердых частиц, жидкости и газа. Грунты с отрицательной температурой, в состав компонентов которой входит замерзшая вода (лед), можно рассматривать, как 4-х компонентную систему. Все эти компоненты находятся в сложном взаимодействии, как в естественном, так и в напряженном состоянии грунта.

Природные грунты - это, в основном продукты физического и химического выветривания скальных пород литосферы, поэтому твердые частицы представлены отдельными минералами скальных пород. В песчаных и более крупнозернистых грунтах встречаются, в основном, породообразующие минералы (кварц, полевой шпат, слюда). Глинистые грунты в результате существенного химического выветривания состоят из вторичных минералов - монтмориллонита, каолинита, гидрослюды. Крупнообломочные, песчаные и глинистые грунты образуют группу “рыхлых” горных пород, к которым и применяется общепринятое определение - “грунты“. Песчаные и глинистые грунты, состоящие из мелких частиц, представляют собой дисперсные системы - от латинского слова -”дисперус” - измельченный.

3.1. Качественная оценка свойств грунтов.

Большое значение при инженерно-геологических изысканиях, особенно на первых стадиях, имеет правильная визуальная классификация, первичное изучение качественных свойств грунтов, выделение из них наиболее важных, оценка комплекса свойств для дальнейшего более глубокого лабораторного изучения. В полевых условиях на естественных обнажениях или в горных выработках инженер-геолог анализирует свойства грунтов и их изменения. Визуально исследуются керн и образцы с нарушенной или ненарушенной структурой, поднятые на поверхность из скважин, при этом составляется инженерно-геологическое описание свойств грунтов. При описании основное внимание уделяется тем особенностям, которые определяют прочность пород, влияют на нее или обуславливают возможные изменения прочности при строительстве или эксплуатации сооружений. Поэтому при описании минерального состава главное внимание должно быть уделено основным породообразующим, водостойким и слабым минералам, при описании степени выветрелости грунтов - изменению их прочности.

Инженерно-геологическое описание по стандартному полному перечню свойств, общая последовательность этого описания такова;

1. название (глина, песок, известняк):

2. минеральный состав;

3. цвет (сочетание цветов); в сухом и влажном состоянии

4. гранулометрический состав или блочность (содержание зерен или блоков определенных размеров);

5. форма зерен;

6. цементация (состав, тип связей, структура);

7. нестойкие составляющие (растворимые, органические и т.д.), тип, распределение в пространстве;

8. пористость (размер пор, их распределение);

9. трещиноватость (размер, направление трещин, наличие заполнителя, его инженерно-геологическое описание);

10. включения (форма, размер и характер распределения);

11. сложение (размеры и форма отдельности);

12. текстурные особенности (слоистость, ритмичность, массивность),

13. выветрелость (новообразования, изменения цвета, цементации, прочности);

14. влажность;

15. консистенция;

16. размокание;

17. прочность;

18. характер изменения грунта в пределах описываемого обнажения.

Показатели, которые для грунта данного вида не могут быть охарактеризованы, или их характеристика лишена смысла, пропускаются. Например, минеральный состав для глинистых грунтов в полевых условиях, как правило, не определяется; для скальных - лишено смысла определение консистенции. При описании грунтов следует пользоваться лупой, скальпелем, реактивами, предметными стеклами.