Состав, строение, состояния и классификация грунтов

 

28

Газообразные  включения  (пары, газы) всегда в том или ином количестве  содержаться  в  грунтах  и могут находиться в следующих состояниях: свободном или растворены в воде. 
Свободный газ подразделяется на незащемленный контактирующий  с  атмосферой и  защемленный, находящийся  в  контакте  с частица  и  пленками воды.

 

1.4.3 Газообразная составляющая  грунта

 

1.4.3 Газообразная составляющая  грунта

 Содержание воды и газа в грунте зависит от объема его пор: чем больше поры заполнены водой, тем меньше в них содержится газов.

Газы в грунтах  могут быть в свободном или растворены в воде. Свободный газ подразделяется на незащемленный, сообщающийся с атмосферой , и защемленный, находящийся в контактах между частицами и пленками воды в виде мельчайших пузырьков в воде. В поровой воде всегда содержится то или иное количество растворенного газа. Повышение давления или понижение температуры приводит к увеличению количества растворенного газа.

Содержание в грунте защемленного и растворенного в воде газа существенно сказывается на свойсива грунта и протекающих в них процессов. Уменьшение давления вследствие разработки котлована или извлечения образца грунта на поверхность может приести к выделению пузырьков газа и разрушению природной текстуры грунта. Наоборот, увеличение давления при передаче нагрузки от сооружения может сопровождаться повышением содержания растворенного в воде газа. В тоже время увеличение содержания в воде пузырьков воздуха может увеличить сжимаемость воды в сотни раз и сделать ее соизмеримой со сжимаемостью скелета грунта.

 

29

         Основные виды структурных связей:

     - кристаллизационные  –  хрупкие  (жесткие),  необратимые (могут быть водостойкими и  нево-достойкими (размягчаемыми и растворимыми)

       - водно-коллоидные связи (коагуляцион-ные и  конденсационные) – вязкопластичные, мягкие, обратимые.

 

1.5 Структурные связи между частицами

 

Связи между частицами и агрегатами частиц в грунте называются структурными связями.

 

Связи между частицами и агрегатами частиц в грунте называются структурными связями.

По своей природе и прочности они очень различны. Из-за высокой прочности самих частиц именно связи между частицами определяют деформируемость  и прочность грунтов. Громадное значение имеет, то что некоторые типы связей легко разрушаются при различных взаимодействиях на грунты в ходе строительства и эксплуатации сооружений.

 Вопрос  о природе связей, способах их  сохранения и упрочнения является  важнейшим вопросом грунтоведения.

Образование структурных связей – длительный процесс, развивающийся на протяжении всей истории формирования и видоизменения горной породы.

 Скальным  грунтам присущи жесткие кристаллизационные связи, энергия которых соизмерима с внутрикристаллической энергией химической связи отдельных атамов.

Поэтому блоки слаботрещиноватых скальных пород обладают очень высокой прочностью и малой деформируемостью.

При разрушении кристаллизационные связи не восстанавливаются – блоки породы расчленяются трещинами на отдельные камни.

Снижение прочности и увеличение деформируемости скальных грунтов в условиях естественного залегания обусловлено прежде всего их трещиноватостью.

Нескальные грунты по характеру структурных связей разделяются на связные и несвязные (сыпучие).

К связным относятся глинистые грунты (суглинки, супеси, глины); к сыпучим: крупнообломочные и  песчаные грунты.

Связные грунты способны воспринимать малые растягивающие напряжения, поэтому  в них возможно существование вертикальных откосов небольшой высоты.

Сыпучие грунты растягивающих напряжений не воспринимают и создание в них вертикальных откосов без укрепления невозможно.

 

          Сопротивление взаимному перемещению частиц сыпучих грунтов обуславливается силами трения соприкасающихся поверхностей и зацеп-ления между неровностями этих поверхностей.

Эти силы тем больше, чем менее окатаны зерна в грунте. Такой  механизм  связи между  частицами сыпучих грунтов называют внутренним трением грунта.

 

        В глинистых  грунтах водно-коллоидные связи обуславливаются электромолекулярными силами  взаимодействия между пленочной водой и твердыми частицами, включая коллоидные частицы.

 

Сопротивление взаимному перемещению частиц сыпучих грунтов обуславливается силами трения соприкасающихся поверхностей и

зацепления между неровностями этих поверхностей. Эти силы тем больше, чем менее окатаны зерна в грунте.

Такой механизм связи между частицами сыпучих грунтов называют внутренним трением грунта.

При очень малом водонасыщении в пылеватых и мелких песках могут возникать слабые силы связности

между частицами из-за капиллярного давления в контактах.

Однако при увеличении водонасыщения они исчезают и практического значения не имеют.

Структурные связи в глинистых грунтах имеют значительно более сложную природу и определяются

электромолекулярными силами взаимного притяжения и отталкивания между частицами, а также частицами и ионами в поровой воде.

акие связи называются водно-коллоидными. Они и обуславливают связность глинистых грунтов.

Интенсивность этих связей зависит от расстояния между частицами, зарядов на их поверхности, состава и содержания ионов в поровой воде.

В слабо уплотненных водных осадках глинистых грунтов при большом расстоянии между частицами и при наличии свободной воды

 из-за  сил молекулярного притяжения  между твердыми частицами возникают  слабые структурные связи.

Уплотнение грунта приводит к сближению частиц и усилению этих связей.

При дальнейшем уменьшении расстояния между частицами начинают проявляться 

отталкивающие силы одновременно заряженных поверхностей частиц и

 диффузных  слоев воды: интенсивность увеличения  прочности связей уменьшается, и

 дальнейшее  сближение частиц возможно только  при затрате дополнительных усилий.

 Например, увеличение плотности грунта  под нагрузкой или его высушивание, приводящие к выжиманию или  испарению части слоев рыхлосвязанной  воды, вызовет дальнейшее повышение  прочности связей. Однако большему  сближению частиц и упрочнению  связей все сильнее препятствуют  силы электрического отталкивания.

Поэтому дальнейшее уплотнение грунта требует давлений, возрастающих до огромных значений.

 

 

31

1.6 Классификация грунтов

 

          Классификация  грунтов, предложенная в 1957 г  Е.М. Сергеевым, В.А. Приклонским, П.Н. Панюковым  и Л.Д. Белым.

          Основными  критериями при составлении общей

инженерно-геологической классификации грунтов должны являться:

• геологические признаки (возраст, генезис и др);
• химико-минералогические и петрографические приз-наки (структура, определяемая формой, размерами и количественным соотношением слагающих их частиц);
• физическое состояние; 
• атмосферная  стойкость;
• механическая прочность и деформируемость грунта.

 

1.6 Классификация  грунтов.

Для правильного использования грунтов в строительных целях очень важное значение имеет

научно обоснованное классифицирование грунтов по ряду ведущих признаков.

 Первая  классификация  по двум свойствам грунтов - сопротивление  давлению и прочности

(к сопротивлению  давления относятся твердость  и сжимаемость, а к прочности  — выветриваемость и проницаемость)

выполнена профессором М. С. Волковым  в 1840 г.

 Начиная с 1856 г. в России грунты подразделяют  на отдельные группы.

Публикуется ряд монографий, написанных строителями (П. Усов, В. Карлович, Д. Неелов, В. Курдюмов и др.).  

 В конце XIX и начале XX в. русские строители  главное внимание уделяли вопросам  сжимаемости и размываемости грунтов. В 1925 г  А. П. Павлов разработал классификацию грунтов для строительных целей на основе рассмотрения сил сцепления у различных грунтов.

 Этот принцип  нашел дальнейшее развитие в  классификации горных пород, предложенной  в 1939 г. П. Саваренским.

Широкое распространение  получила общая инженерно-геологическая классификация грунтов, предложенная в 1957 г

 Е.М. Сергеевым, В.А. Приклонским, П.Н. Панюковым и Л.Д.Белым.

Авторы исходили из принципа, что основными критериями при составлении общей

инженерно-геологической классификации грунтов должны являться: геологические признаки (возраст, генезис и др);

 химико-минералогические  и петрографические признаки; физическое  состояние;  атмосферная  стойкость; механическая прочность и деформируемость грунта.

 

 

32

       ГОСТ 25100-2011.  Грунты.  Классификация. 
 
         Классификация  грунтов включает  следующие таксонометрические единицы, выделяемые по группам признаков: 
      - класс (подкласс) - по природе структурных связей; 
      - тип (подтип) - по генезису; 
      - вид (подвид) - по вещественному, петрографическому или литологическому составу; 
       - разновидность - по количественным показателям состава, строения, состояния и свойств грунтов. 

 

СЛАЙД. ГОСТ 25100-2011.  Грунты.  Классификация.

Настоящий стандарт распространяется на все грунты и устанавливает их классификацию,

применяемую при производстве инженерных изысканий, проектировании и строительстве зданий и сооружений.

В стандарте применены  48 терминов с соответствующими определениями:

 

 

Грунты подразделяют на классы: скальные, дисперсные и мерзлые.

К классу скальных грунтов относят грунты, обладающие жесткими структурными связями (кристаллизационными и/или цементационными).

 

К классу мерзлых грунтов относят грунты, обладающие наряду со структурными связями немерзлых грунтов криогенными связями (за счет льда).

 

К классу дисперсных грунтов относят грунты, обладающие физическими, физико-химическими или механическими структурными связями.

 

Свойства скальных грунтов изучают в курсе "Механика горных пород".

 

34

                          Класс  - скальные грунты

Типы (подтипы):

• магматические (интрузивные и эффузивные);

   вид (подвид) силикатные: ультраосновные, основные, средние,

   кислые (дуниты, габбро, диориты, граниты);

- метаморфические;

   вид (подвид) силикатные, карбонатные, железистые, органо-

   минеральные (гнейсы, мраморы, железные руды, антрациты);

• осадочные;

   вид (подвид) силикатные, карбонатные, кремнистые, сульфатные,

   галоидные, органо-минеральные (песчаники, мел, диатомиты,

   гипсы, галиты, бурые  угли);

• вулканогенно-осадочные;

   вид (подвид) силикатные, хемогенно-силикатные (туфопесчаники,

   лавовые брекчии);

• элювиальные;

   вид (подвид) минеральные, скальные грунты трещинных зон

   коры выветривани)

• техногенные

   вид (подвид) все виды техногенно измененных скальных грунтов

                                   Класс  - мерзлые грунты

Подкласс:

• скальные мерзлые

  тип (подтип) природные промерзшие ( интрузивные, эффузивные, метаморфи-

  ческие, осадочные, вулканогенно-осадочные, элювиальные) вид (подвид) все

  виды скальных грунтов;

  тип (подтип) техногенные промороженные и мерзлые (природные  грунты, 

  техногенно  измененные  в условиях естественного   залегания) вид (подвид) все

   виды скальных  грунтов;

• дисперсные мерзлые;

  тип (подтип) природные промезшие (осадочные, вулканогенно-осадочные,

  элювиальные) вид (подвид) все виды дисперсных грунтов;

   тип (подтип) техногенные промороженные и мерзлые (природные  грунты, 

  техногенно  измененные  в условиях естественного  залегания, техногенно 

  перемещенные природные  мерзлые грунты,  антропогенные  промороженные и 

  мерзлые грунты)) вид (подвид) все  виды техногенно измененных природных

   дисперсных грунтов;

• ледяные