Грунты как трехфазные полидисперсные системы. Классификация грунтов по ГОСТ 25100-95

Грунт - горные породы, почвы, техногенные образования, представляющие собой многокомпонентную и многообразную геологическую систему и являющиеся объектом инженерно-хозяйственной деятельности человека.

Грунты могут служить:

1) материалом основании зданий и сооружений;

2) средой для размещения в них сооружений;

3) материалом самого сооружения.

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 структурный связи цементационного типа.

Условная граница между скальными и полускальными грунтами принимается по прочности на одноосное сжатие (R_c ³ 5 МПа - скальные грунты, R_c < 5 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.

Структура грунта - пространственная организация компонентов грунта, характеризующаяся совокупностью морфологических (размер, форма частиц, их количественное соотношение), геометрических (пространственная композиция структурных элементов) и энергетических признаков (тип структурных связей и общая энергия структуры) и определяющаяся составом, количественным соотношением и взаимодействием компонентов грунта.

Гранулометрический состав грунтов. Понятие о фракциях. Способы определения гранулометрического состава грунтов

Гранулометрическим (зерновым) составом называется весовое со­держание частиц различной крупности, выраженное в процентах по отношению к массе сухой пробы, взятой для анализа.Выделяют шесть основных фракций (табл. 1).

Фракции (частицы)	Размер частиц, мм
Валунные (глыбовые) Галечниковые (щебенистые) Гравийные (дресвяные) Песчаные Пылеватые Глинистые	Более 200 10 – 200 2 – 10 От 2 до 0,05 0,05 до 0,005 Менее 0,005

Определение гранулометрического состава заключается в разделении грунта на отдельные гранулометрические элементы. Методы определения гранулометрического состава грунтов можно разделить на прямые и косвенные. К прямым относятся методы, основанные на непосредственном (микрометрическом) измерении частиц в поле зрения оптических и электронных микроскопов или с помощью других электронных и электронно-механических устройств. В практике прямые (микрометрические) методы не получили широкого распространения.

К косвенным относятся методы, которые базируются на использовании различных зависимостей между размерами частиц, скоростью осаждения их в жидкой и воздушной средах и свойствами суспензии. Это группа методов, основанных на использовании физических свойств суспензии (ареометрический, оптический и др.) или моделирующих природную седиментацию (пипеточный, отмучивания и др.).

Ареометрический метод основан на последовательном определении плотности суспензии грунта через определенные промежутки времени с помощью ареометра. По результатам определений рассчитывают диаметр и количество определяемых частиц по формуле или с помощью номограммы. Ситовой метод – один из основных в практике исследований грунтов для строительства. Метод используется для оп­ределения гранулометрического состава крупнообломочных и песчаных грунтов, а также крупнозернистой части пылевато-глинистых грунтов.

23.Показатели плостичности и текучести грунтов. Способы определения характерных влажностей грунтов

В зависимости от степени увлажнения глинистые (связные) грунты могут находиться в твердом, пластичном или текучем состоянии. Переход грунта из одного состояния в другое с изменением влажности обычно происходит скачкообразно и характеризует изменение степени устойчивости грунта под нагрузкой. Поэтому влажность, соответствующая резким переходам грунта и: одного состояния в другое, называется характерной влажностью которая является одной из наиболее важных характеристик грунта Наибольшее значение будет иметь влажность, соответствующая переходу грунта из твердого состояния в пластичное и из пластичного в текучее.

Пластичностью грунта называется его способность деформироваться по действием внешнего давления без разрыва сплошности массы и сохранять приданную форму после прекращения деформирующего усилия. Глинистые грунты обладают пластичностью только в пределах определенной влажности; при меньшей влажности они становятся полутвердыми или твердыми, при большей — из пластичного состояния переходят в текучее.

Для установления способности грунта принимать пластичное состояние определяют влажность, характеризующую границы пластичного состояния грунта текучести и раскатывания.

Граница текучести W_L характеризует влажность, при которой грунт из пластичного состояния переходит в полужидкое — текучее. При этой влажности связь между частицами нарушается благодаря наличию свободной воды, вследствие чего частицы грунта легко смещаются и разъединяются. В результате этого сцепление между частицами становится незначительным и грунт теряет свою устойчивость.

Граница раскатывания W_P соответствует влажности, при которой грунт находится на границе перехода из твердого состояния в пластичное. При дальнейшем увеличении влажности (W > W_P) грунт становится пластичным и начинает терять свою устойчивость под нагрузкой. Границу текучести и границу раскатывания называют также верхним и нижним пределами пластичности.

Определив влажность на границе текучести и границе раскатывания, вычисляют число пластичности грунта I_Р. Число пластичности представляет собой интервал влажности, в пределах которого грунт находится в пластичном состоянии, и определяется как разность между границей текучести и границей раскатывания грунта:

Чем больше число пластичности, тем более пластичен грунт. Минеральный и зерновой составы грунта, форма частиц и содержание глинистых минералов (особенно монтмориллонитовой группы), а также состав обменных катионов существенно влияют на границы пластичности и число пластичности (см. табл. 13.3).

Зерновой состав является одним из важнейших параметров, влияющих на пластичность грунта. По числу пластичности косвенным путем можно судить как о степени глинистости, так и о физико-механических свойствах грунта и степени влияния на них влажности. С повышением дисперсности (глинистости) грунта увеличивается число пластичности.

22. Основные физические характеристики грунтов и способы их определения. Производственные физические характеристики грунтов.

Как было показано выше, каждый грунт имеет свои, только ему присущие строительные свойства. В оценке свойств грунтов, входящих в расчеты оснований фундаментов, наибольшее значение имеют физико-механические характеристики. Значения показателей этих харак­теристик позволяют выполнять необходимые расчеты при проектировании зданий и сооружений.

Характеристики физических свойств выражают физическое состоя­ние грунтов (плотность, влажность и др.) и позволяют их классифицировать по типу, виду и разновидностям. Под механическими подразумевают такие свойства, которые появляются в грунтах под воздействием внешних усилий (давления, удара). Механические свойства оцениваются прочностными и деформационными характеристиками грунтов.

Прочностные свойства грунтов зависят не от прочности отдельных минеральных зерен, а от структурных связей между отдельными минеральными частицами.

Структурные междучастичные связи в грунтах можно подразделить на жесткие (кристаллизационные) связи и пластичные, вязкие (водно-коллоидные) связи. Жесткие связи характерны для скальных грунтов, пластичные – главным образом для глинистых грунтов.

Жесткие связи могут быть растворимыми в воде или нерастворимыми. При растворении жестких кристаллизационных связей на их месте могут возникать водно-коллоидные связи.

Нескальные грунты по характеру структурных связей разделяют на связные (супеси, суглинки, глины) и несвязные, сыпучие (крупнообломочные и песчаные грунты).

Сопротивление взаимному перемещению частиц сыпучих грунтов, вызываемое трением в точках контакта частиц, называют внутренним трением грунта.

Трещины наиболее часто встречаются в скальных грунтах, плотных глинах, и изредка в песчаных грунтах. По степени расчлененности трещинами скальные грунты разделяют на: монолитные – если трещин нет, либо они есть, но не пересекаются; трещиноватые – трещины частично пересекаются, оставляя между блоками мостики прочного скального грунта; разборные – трещины образуют густую сеть, пересекаются и полностью разделяют обломки породы.

Трещины оказывают негативное влияние на свойства грунтов. По трещинам возможны сдвиги частей скального грунта под нагрузкой. Глинистые и песчаные грунты также могут иметь сеть трещин, по которым будет происходить замачивание массива, отрыв и соскальзывание при оползнях, следовательно, пренебрегать их трещиноватостью нельзя.

Оценка каждой разновидности грунта как физического тела производится с помощью ряда физических характеристик. Некоторые из них применяются в расчетах оснований и грунтовых сооружений, другие – для классификации грунтов. Основными физическими характеристиками грунтов являются:

Плотностью ρ называется отношение массы грунта, включая массу воды в его порах, к занимаемому этим грунтом объему. Плотность песчаных и глинистых грунтов — 1,5...2 т/м³; полускальных неразрыхленных грунтов — 2...2,5 т/м³, скальных — более 2,5 т/м³.

ρ=m_g/V_g

Плотность частиц грунта ρ_s — отношение массы сухого грунта (исключая массу воды в его порах) к объему твердой части этого грунта.

ρ_s=m_s/V_s

Плотность скелета грунта — плотность сухого грунта, ρ _d.

ρ_d= ρ/ 1 +w

w – влажность грунта.

Влажностью w называется отношение массы воды в порах грунта к массе высушенного грунта.

w =m_ω/m

24. Сжимаемость грунтов.Компресионная зависимость. Закон уплатнения. Характеристики сжимаемости.

Наиболее важным деформационным свойством грунтов является их сжимаемость. Сжимаемостью грунтов называется их способность уменьшаться в объеме под действием внешней нагрузки. Сжимаемость зависит от пористости грунтов, гранулометрического и минералогического состава, природы внутренних структурных связей и характера нагрузки.

Деформативными характеристиками сжимаемости являются: коэффициент сжимаемости m0, МПа-1; коэффициент относительной сжимаемости mV, МПа -1; модуль общей деформации Ео, МПа и структурная прочность грунта Рстр, МПа. Одним из способов определения характеристик сжимаемости в лабораторных условиях являются компрессионные испытания. Это испытания грунта в условиях одноосного сжатия без возможности бокового расширения. Компрессионное сжатие моделирует процесс уплотнения грунта под центром фундамента. Компрессионные испытания грунтов производят в одометрах – приборах с жесткими металлическими стенками, препятствующими боковому расширению грунта при сжатии его вертикальной нагрузкой. При испытаниях происходит уплотнение грунта за счет уменьшения объема пор и влажности.

При испытании прикладываем на образец грунта нагрузку Р₁ – произойдет уплотнение грунта, и коэффициент пористости станет е₁.

Затем прикладываем нагрузку Р₂, получим е₂ и т.д. (4–5 ступеней).

После заданного нагружения будем снимать нагрузку и наблюдать за результатами. По результатам испытаний строим график компрессионной кривой (к.к).

Графическое представление компессионных испытаний в одометре с построением прямой и обратной ветвей компрессионных кривых (к.к.).

Компрессия- это сжатие грунта без возможного бокового расширения.