Файл: Образовательная автономная некоммерческая организация высшего образования Московский открытый институт.pdf

184
Свойства грунтов.
Для оценки поведения грунтов при взаимодействии с сооружениями и решения вопросов устойчивости последних требуются количественные характеристики свойств грунтов, или так называемые показатели свойств грунтов. Они определяются разнообразными методами, которые делятся на полевые и лабораторные.
Плотность и объемная масса. Плотностью (γ) называется отношение массы абсолютного сухого грунта (g с
) к объему скелета грунта
(V
c
) или к общему объему его твердой части (или к весу воды в объеме твердых частиц). Плотность определяется минеральным составом грунта, и величина его находится пикнометрическим способом.
Объемной массой грунта называют отношение массы грунта (g e
) к его объему (V). Объемная масса зависит от минерального состава, пористости и влажности грунта. Обычно определяется объемная масса грунта (Δ) при естественной влажности {W
e
) и объемная масса сухого грунта (δ):
Объемная масса грунта колеблется в широких пределах – от 1,3 до
2,2 г/см
3
. Но есть грунты, имеющие объемную массу меньше единицы
(торф). Объемная масса сухого грунта (δ) и плотность грунта используются также для вычисления общей пористости (п) и коэффициента пористости (е) грунта:
Консистенция, пластичность. Породы с содержанием глинистых частиц в зависимости от влажности имеют разное состояние или консистенцию. Консистенция определяется содержанием воды в грунте.
При увлажнении до некоторого предела грунт сохраняет свойства твердого тела. При определенной для данного грунта влажности (W
p
) он переходит из твердого состояния в пластичное, а затем, при дальнейшем увлажнении, грунт из пластичного состояния переходит в текучее. Эти

185 три состояния грунта – твердое, пластичное и текучее – являются основными, а влажности, при которых наступает переход из одного состояния в другое, называют характерными влажностями, или пределами. Влажность, при которой грунт переходит из твердого состояния в пластичное (или наоборот), называется нижним пределом пластичности (W
p
), а влажность грунта при переходе из пластичного состояния в текучее (или наоборот) – верхним пределом пластичности, или нижней границей текучести (W
f
). Под пластичностью понимается свойство грунтов деформироваться (изменять свою форму) без разрыва сплошности под действием внешнего давления и сохранять полученную форму после его прекращения. Диапазон влажности пластичного состояния грунта определяется разностью между верхним и нижним пределами пластичности. Эта величина называется числом пластичности
М
р
= (W
f
– W
p
), %
По числу пластичности определяется тип грунта (табл. 7).
Таблица 7.
Классификация грунтов по числу пластичности
Класс
Характеристика грунтов по пластичности
Число пластичности, %
Грунты
I
Высокопластичные
> 17
Глины
II
Пластичные
17 – 7
Суглинки
III
Слабопластичные
1 – 7
Супеси
IV
Непластичные
0 – 1
Пески
Набухание и усадка. Набуханием называется свойство грунта увеличиваться в объеме при увлажнении. Набухание проявляется в мягких связных грунтах и объясняется образованием вокруг глинистых и коллоидных частиц связанной воды. Относительная величина набухания равна
,
где
h
н
– высота образца после свободного набухания в условиях невозможности бокового расширения и полного насыщения;
h – начальная высота образца при естественной влажности.
При δ
н
> 0,12 – грунт сильнонабухающий, при 0,12 < δ
и
> 0,08 – грунт средненабухающий, при 0,08 < δ
и
> 0,04 – грунт слабонабухающий.
Величина набухания определяется в приборе ПНЗ-2.

186
Усадкой называется процесс уменьшения объема грунта при высыхании. Это процесс, обратный набуханию, наблюдается в набухающих грунтах (глинах). В процессе усадки образуются трещины, а иногда происходит разрушение грунта по трещинам на отдельные плитки, чешуйки и даже превращение в пыль.
Липкость. Липкость, или способность грунтов при определенном содержании воды прилипать к различным предметам, имеет большое практическое значение. Она появляется в пластичных грунтах при несколько большей влажности, чем нижний предел пластичности.
Количественно липкость оценивается величиной усилия (в кг/см
2
), которое надо приложить, чтобы оторвать предмет от грунта.
Определяется липкость в приборе Охотина. Показатель липкости используется при оценке грунтов при разработке мягких связных грунтов землеройными и дорожными машинами.
Водопрочность. Водопрочностью называется способность грунтов сохранять механическую прочность и устойчивость при взаимодействии с водой. Она характеризуется размокаемостью и размываемостью. Под размокаемостью грунтов понимается процесс взаимодействия грунта с водой при погружении его в воду. При этом одни грунты разрушаются
(разваливаются) полностью, другие – частично, а третьи сохраняют свою структуру и текстуру. Размокаемость грунтов зависит от их состава, характера структурных связей и влажности, при которой производится погружение грунта в воду. Количественной оценки размокаемости пока не существует. Обычно размокаемость оценивают по времени размокания образца, характеру его распада и влажности размокшего образца грунта
(в специальных лабораторных приборах).
Размываемость характеризует способность грунтов отдавать частицы или агрегаты частиц движущейся по грунту воде. Определяется размываемость в гидравлических лотках.
Растворимость и размягчаемость. Отдельные классы грунтов по минеральному составу (карбонаты, сульфаты, галоиды) при движении по ним подземных вод могут растворяться. Растворимость зависит от состава и состояния грунтов, от состава и состояния воды и скорости ее движения.
Размягчаемостью называется свойство грунтов снижать свою прочность при увлажнении без видимых признаков разрушения.
Численно характеризуется коэффициентом размягчаемости
,
где
P
1
– временное сопротивление грунта сжатию до насыщения водой, кгс/см
2
;

187
Р
2
– временное сопротивление грунта сжатию после насыщения водой, кгс/см
2
. К размягчаемым относятся грунты с К
к менее 0,75.
Стойкость. Под стойкостью понимается степень устойчивости грунта против разрушающего влияния процессов выветривания и особенно воды. Под действием процессов выветривания и растворяющего действия воды в грунтах появляются трещины, пустоты, изменяется минеральный состав, в результате чего прочность их снижается, ухудшаются инженерно-геологические свойства. При этом изменяется физическое состояние грунтов и нарушаются существовавшие структурные связи в грунтах. Количественной оценкой стойкости грунтов против выветривания может служить (по П. Н. Панюкову) коэффициент выветриваемости
,
где
σ
1
и σ
2
– временные сопротивления сжатию в невыветрелом
(начальном) состоянии и после годичного цикла воздействия агентов выветривания.
Механические свойства. Эти свойства проявляются при действии на грунт внешней нагрузки, в частности давления от сооружения. При этом могут происходить процессы упругого деформирования, пластического деформирования и разрушения грунта. Эти процессы идут последовательно при увеличении нагрузки от первого ко второму и затем к третьему у грунтов с водно-коллоидными связями и от первого – непосредственно к третьему у грунтов с химическими связями или у рыхлых обломочных грунтов без связей.
Физико-механические свойства грунтов подразделяются на деформационные, прочностные и реологические. Деформационные свойства – это свойство грунта или поведение при действующих на него нагрузках меньше критической, т. е. без разрушения грунта. Прочностные свойства характеризуют поведение грунта при нагрузках, равных или превышающих критическую, т. е. при нагрузках, при которых происходит разрушение грунта. При разрушении грунта имеет место либо разрыв
(при растяжении), либо раздавливание (при сжатии), либо скалывание или срез (при сдвиге). Скалывание происходит при сдвиге грунтов с жесткими связями, срез – при сдвиге грунтов с водно-коллоидными связями. В грунтах с водно-коллоидными связями пластические деформации протекают очень медленно, отчего происходят длительные осадки, наклон сооружений, перемещение подпорных сооружений, оползни и др. Свойства грунтов, характеризующие поведение их во

188 времени, называются реологическими. К реологическим свойствам относится ползучесть (рост деформации при постоянном напряжении) и релаксация напряжений (падение напряжения при неизменной деформации).
Механические свойства грунтов характеризуют сопротивление грунтов сжатию, сдвигу и разрыву.
Вопрос 2. Основные виды грунтов.
Грунт скальный –грунт, состоящий из кристаллитов одного или нескольких минералов, имеющих жесткие структурные связи кристаллизационного типа.
Грунт полускальный – грунт, состоящий из одного или нескольких минералов, имеющих жесткие структурные связи цементационного типа.
Условная граница между скальными и полускальными грунтами принимается по прочности на одноосное сжатие (
МПа – скальные грунты,
МПа – полускальные грунты).
Грунт дисперсный – грунт, состоящий из отдельных минеральных частиц (зерен) разного размера, слабосвязанных друг с другом; образуется в результате выветривания скальных грунтов с последующей транспортировкой продуктов выветривания водным или эоловым путем и их отложения.
Грунт глинистый – связный минеральный грунт, обладающий числом пластичности
Песок – несвязный минеральный грунт, в котором масса частиц размером меньше 2 мм составляет более 50 %
Грунт крупнообломочный – несвязный минеральный грунт, в котором масса частиц размером крупнее 2 мм составляет более 50 %.
Грунт просадочный – грунт, который под действием внешней нагрузки и собственного веса или только от собственного веса при замачивании водой или другой жидкостью претерпевает вертикальную деформацию (просадку) и имеет относительную деформацию просадки
Грунт пучинистый – дисперсный грунт, который при переходе из талого в мерзлое состояние увеличивается в объеме вследствие образования кристаллов льда и имеет относительную деформацию морозного пучения
Грунт мерзлый – грунт, имеющий отрицательную или нулевую температуру, содержащий в своем составе видимые ледяные включения и (или) лед-цемент и характеризующийся криогенными структурными связями.
Грунт многолетнемерзлый (синоним – грунт вечномерзлый) – грунт, находящийся в мерзлом состоянии постоянно в течение трех и более лет.

189
Грунт сезонномерзлый – грунт, находящийся в мерзлом состоянии периодически в течение холодного сезона.
Грунт морозный скальный грунт, имеющий отрицательную температуру и не содержащий в своем составе лед и незамерзшую воду.
Техногенные грунты – естественные грунты, измененные и перемещенные в результате производственной и хозяйственной деятельности человека, и антропогенные образования.
Антропогенные образования – твердые отходы производственной и хозяйственной деятельности человека, в результате которой произошло коренное изменение состава, структуры и текстуры природного минерального или органического сырья.
Природные перемещенные образования – природные грунты, перемещенные с мест их естественного залегания, подвергнутые частично производственной переработке в процессе их перемещения.
Грунты, измененные физическим воздействием – природные грунты, в которых техногенное воздействие (уплотнение, замораживание, тепловое воздействие и т. д.) изменяет строение и фазовый состав.
Грунты, измененные химико-физическим воздействием – природные грунты, в которых техногенное воздействие изменяет их вещественный состав, структуру и текстуру.
Насыпные грунты – техногенные грунты, перемещение и укладка которых осуществляются с использованием транспортных средств, взрыва.
Намывные грунты – техногенные грунты, перемещение и укладка которых осуществляется с помощью средств гидромеханизации.
Бытовые отходы – твердые отходы, образованные в результате бытовой деятельности человека.
Промышленные отходы – твердые отходы производства, полученные в результате химических и термических преобразований материалов природного происхождения.
Шлаки – продукты химических и термических преобразований горных пород, образующиеся при сжигании.
Шламы – высокодисперсные материалы, образующиеся в горнообогатительном, химическом и некоторых других видах производства.
Золы – продукт сжигания твердого топлива.
Золошлаки
– продукты комплексного термического преобразования горных пород и сжигания твердого топлива.
Вопрос 3. Классификация грунтов.
Класс природных скальных грунтов – грунты с жесткими структурными связями (кристаллизационными и цементационными) подразделяют на группы, подгруппы, типы, виды и разновидности согласно таблице 8.

190
Таблица 8.
Класс природных скальных грунтов
Группа
Подгруппа
Вид
Скальные
Магматические
Граниты
Базальты
Метаморфические
Гнейсы, сланцы
Скарны
Осадочные
Песчаники
Известняки, доломиты
Полускальные
Полускальные
Алевролиты, песчаники
Опоки, трепела, диатомиты
Мела, мергели, известняки
По пределу прочности на одноосное сжатие R
c в водонасыщенном состоянии грунты подразделяют согласно таблице 9.
Таблица 9.
Разновидность грунтов по пределу прочности на одноосное сжатие R
c
Разновидность грунтов
Предел прочности на одноосное сжатие, R
c
, МПа
Очень прочный
> 120
Прочный
120 – 50
Средней прочности
50 – 15
Малопрочный
15 – 5
Пониженной прочности
5 – 3
Низкой прочности
3 – 1
Очень низкой прочности
< 1
Класс природных дисперсных грунтов – грунты с водно- коллоидными и механическими структурными связями подразделяют на группы, подгруппы, типы, виды и разновидности согласно таблице 10.
Таблица 10.
Класс природных дисперсных грунтов
Группа
Подгруппа
Тип
Вид
Связные
Осадочные
Минеральные
Глинистые грунты
Органоминеральные
Илы, заторфованные грунты
Органические
Торфы и др.
Несвязные
Минеральные
Пески, крупнообломочные грунты

191
По гранулометрическому составу крупнообломочные грунты и пески подразделяют согласно таблице 11.
Таблица 11.
Разновидности грунтов по гранулометрическому составу
Разновидность грунтов
Размер зерен, частиц d, мм
Содержание зерен, частиц, % по массе
Крупнообломочные:
– валунный (при преобладании неокатанных частиц – 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 общей массы воздушно-сухого грунта в наименовании крупнообломочного грунта добавляется наименование вида заполнителя и указывается характеристика его состояния. Вид заполнителя устанавливается после удаления из крупнообломочного грунта частиц крупнее 2 мм.
Класс природных мерзлых грунтов – грунты с криогенными структурными связями подразделяют на типы: ледяные минеральные, ледяные органно-минеральные, ледяные органические.
Класс техногенных (скальных, дисперсных и мерзлых) грунтов – грунты с различными структурными связями, образованными в результате деятельности человека, подразделяют на подгруппы: измененные физическим воздействием, измененные физико-химическим воздействием, насыпные, намывные.

192
3>3>