7.1 Грунты как горные породы

Грунты – это горные породы, находящиеся в сфере действия инженерных сооружений. Грунтоведение изучает, в основном, нескальные грунты, такие как рыхлые и глинистые породы. Массивные (скальные) грунты достаточно прочные со строительной точки зрения. Рыхлые и глинистые грунты характеризуются отсутствием жестких связей между частицами и обладают непостоянными физико-механическими свойствами. Основой рыхлых грунтов являются твердые минеральные частицы, создающие каркас грунтов. Поры грунтов занимают газы и вода. Твердые частицы бывают органические и минеральные. Минеральные частицы состоят из первичных, которые перешли в состав грунта из материнской породы, и вторичных, образовавшихся уже после образования грунта. Первичные представляют собой обломки кварца, чешуйки слюды, вторичные – это глинистые минералы. Грунты, содержащие органические вещества называются торфом и гумусом.

Торф – полуразложившаяся масса растительных остатков.

Гумус – органо-минералогическое соединение, связанное с жизнедеятельностью микроорганизмов. Грунт характеризуется гранулометрическим составом. Это разделение частиц по крупности зерен. Крупность зерен определяет путем просеивания через сито определенного размера.

7.2 Свойства грунтов

Грунты характеризуются следующими свойствами: удельным весом, пористостью. В грунте значительное место занимают поры, пустоты, трещины. Это связанно с условиями происхождения грунтов.

1. Пористость – это суммарный объем всех пор в единице объема грунта. Определяется по формуле:

где n – пористость породы; Vn – объем пустот породы, см3; V – объем занимаемый породой, см3.

Величина пористости зависит от грунта – чем мельче частицы, тем меньше пористость.

2. Объемное соотношение пустот и твердых частиц в грунте выражается коэффициентом пористости

e = Vn / Vч

где Vч – объем твердых частиц.

3. Удельный вес скелета грунта γ – это масса грунтовых частиц в единице объема грунта в ненарушенном состоянии, без воды в порах. Определяется по формуле:

γ_ck = ( m / V ) * g

где g – ускорение свободного падения.

5. Удельный вес скелета грунта γ_ud – отношение веса частиц высушенных при температуре 100…105°С до постоянного веса. Удельный вес зависит от минерального состава.

γ_ud = (γ_ck / ( 1 + ( w / 100 )) * g

где w – влажность грунта.

В зависимости от γ_ud и γ_ck, можно определить пористость грунта:

n = ( (γ_ud – γ_ck ) / γ_ud ) * 100%

7.3 Классификация грунтов по их строительным свойствам

В зависимости от состава и строительных свойств грунты подразделяются на основные классы.

1) Скальные – магматические (гранит, диорит), метаморфические (гнейс, кварцит) и осадочные породы (известняк, песчаник).

2) Полускальные – трещиноватые, сильно выветренные скальные породы, а так же осадочные породы (гипс, мел).

3) Крупнообломочные – несцементированные породы из обломков кристаллических или сцементированных осадочных пород (щебень, гравий), содержащих более 50% (по весу) обломков размеров свыше 2 мм .

4) Песчаные – сыпучие в сухом состоянии грунты. не обладают свойствами пластичности и cодержащие менее 50% по весу частиц крупнее 2 мм .

5) Глинистые - связанные в сухом состоянии грунты, для которых число пластичности больше единицы (супеси, суглинки, глины).

6) Почвы – это особый вид горных пород, отличительной чертой которых является плодородие. Мощность почвенного покрова достигает десятки сантиметров, для черноземов 1…2 м.

7) Искусственные грунты – это грунты созданные в результате строительной и производственной деятельности человека, а так же грунты, свойства которых целенаправленно улучшены человеком. Они разделяются на насыпные и улучшенные.

8) Насыпные – представляют собой искусственные образования созданные в строительных целях, являются следствием деятельности человека. Строительные насыпи создаются с заранее заданными свойствами.

Лекция 8. Характеристики классов грунтов

8.1 Скальные и полускальные грунты, их характеристика

Скальные грунты залегают в виде сплошного массива или трещиноватого слоя. Они несжимаемы, водоустойчивы, водонепроницаемы. Вода фильтруется только по трещинам. Скальные грунты подразделяются по степени выветренности:

- монолитные (не тронутые выветриванием)

Рис. 29. монолитные

- слабо выветренные (трещиноватые, залегают в виде не смещающихся глыб);

Рис. 30.

- выветренные (сильно раздробленные, состоящие их мелких кусков);

Рис. 31.

Два основных вида разрушений — физическое(А и С) и химическое(В) Обычно они сочетаются. Животные (черви)и корни растений разрушают породу у поверхности, превращая ее в почву (А). При химическом выветривании (В) растворимые породы — к примеру, известняк (1) — разъедаются грунтовыми водами (3), которые представляют собой очень мягкий раствор углекислоты. Кислотный дождь, вызванный серными загрязнениями (2), также разьедает породу. Глубоко под землей вода может вымыть водотоки и пещеры. Как жара, так и мороз могут вызвать физическое выветривание (С). Когда температура падает ниже точки замерзания, попеременное замерзание и таяние может расщепить да же самые твердые скальные породы, например, гранит (4). Вода проникает в расщелины и скапливается там в течение дня, а ночью замерзает и расширяется (5). Расширение раскапывает скалу вдоль трещин естественного происхождения(6) В пустынях порода расширяется и сжимается из-за резкого не репада температур; в результате каменные пласты растрескиваются.

Рис. 32. Виды разрушений горных пород

Скальные грунты характеризуются пределом прочности при одноосном сжатии.

R=kR_н

где R_н – прочность на одноосном сжатие грунта в водонасыщенном состоянии; k – коэффициент однородности грунта, принимается 0,17.

К скальным грунтам относят горные породы, которые имеют предел прочности на одноосное сжатие более 50 кг/см² в водонасыщенном состоянии. Наиболее прочными являются магматические породы. Высокие прочностные характеристики определяются кристаллическими связями или цементацией рыхлых образований.

Полускальные грунты – к ним относят сильно трещиноватые и выветренные скальные породы, вулканический туф, осадочные (R до 50 кг/см²). При этом необходимо учитывать коэффициент уплотнения грунта, модуль деформации, сопротивление сдвигу. Полускальный грунт обладает пластичностью и под фундаментом слабее уплотняется, устойчив к воде, но осадочного происхождения грунты размягчаются, могут вызывать набухание. После размягчения несущая способность уменьшается. Характеризуется коэффициентом размягчения, при n>0,9 грунты считаются не размягчающимися , при n=0,9…0,75 средней степени размягчения, при n< 0,75 сильно размягчающиеся. Для многих полускальных грунтов особенностью является трещиноватость.