Грунт

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Грунт — многокомпонентные динамичные системы (горные породы, почвы, осадки и техногенные образования), рассматриваемые как часть геологической среды и изучаемые в связи с инженерно-хозяйственной деятельностью человека[1]. Грунты используют в качестве оснований зданий и сооружений, материалов для строительства дорог, насыпей и плотин, среды для размещения подземных сооружений (тоннелей, трубопроводов, хранилищ) и др. Грунты изучаются в инженерной геологии и её разделе грунтоведении.

Классификация[править | править вики-текст]

Классы грунтов[править | править вики-текст]

По природе структурных связей между частицами они разделены на три класса:

  • скальные — с жёсткими кристаллизационными и цементационными связями;
  • дисперсные — с физическими, физико- химическими и механическими связями. Для дисперсных грунтов выделяются подклассы связанных и несвязанных грунтов.
  • мёрзлые — c дополнительными криогенные связями.

Типы грунтов[править | править вики-текст]

По генезису(происхождению) выделяются следующие типы грунтов:

Скальные грунты[править | править вики-текст]

Чисто скальным грунтом называется грунт, минералы которого имеют структурные связи кристаллизационного типа. Полускальные грунты состоят из минералов, имеющих структурные связи цементационного типа. Условная граница между скальными и полускальными грунтами определяется значением прочности на одноосное сжатие Rc. У полускальных разновидностей Rc < 5 МПа.

Дисперсные грунты[править | править вики-текст]

Состоят из минеральных частиц разного размера, слабосвязанных друг с другом. Дисперсные грунты образуются при выветривании скальных грунтов с последующим переносом продуктов выветривания водным или эоловым путём и переотложением.

Мёрзлые грунты[править | править вики-текст]

Имеют отрицательную или нулевую температуру в течении многих лет, содержат включения льда и(или) цементирующий лёд, содержат дополнительные криогенные структурные связи.

Свойства грунтов[править | править вики-текст]

Физические свойства[править | править вики-текст]

Плотность грунта ρd, г/см3 — это отношение общей массы образца грунта при естественной влажности и строении, к занимаемому образцом объёму. Плотность грунта зависит от минералогического состава, влажности и пористости.

где:

ρ — плотность грунта, г/см3;

m — масса грунта с естественной влажностью и сложением, г;

V — объём, занимаемый грунтом, см3.

Плотность скелета грунта ρd[2] — плотность сухого грунта , г/см3, определяемая по формуле

где

  • ρ — плотность грунта, г/см3;
  • W — влажность грунта, д. ед.

Коэффициент пористости е определяется по формуле:

где

  • ρs — плотность частиц грунта, г/см3;
  • ρd — плотность сухого грунта, г/см3.

Предел прочности грунта на одноосное сжатие Rc, МПа — отношение нагрузки, при которой происходит разрушение образца, к площади первоначального поперечного сечения.

Водно-физические свойства[править | править вики-текст]

Влажность грунта, W  % — массовое(весовое) W или объёмное Wn относительное содержание воды в порах грунта. Объёмная влажность Wn изменяется от 0 до 100 %.

Коэффициент водонасыщения Sr, д. ед. — степень заполнения объёма пор водой. Определяется по формуле:

где

  • W — природная влажность грунта, д. ед.;
  • е — коэффициент пористости;
  • ρs — плотность частиц грунта, г/см3;
  • ρw — плотность воды, принимаемая равной 1 г/см3.

Число пластичности Ip — разность влажностей, соответствующая двум состояниям грунта: на границе текучести WL и на границе раскатывания Wp.

WL и Wp определяют по ГОСТ 5180-84.

Количественные характеристики гранулометрического состава[править | править вики-текст]

Степень неоднородности гранулометрического состава Cu — показатель неоднородности гранулометрического состава. Определяется по формуле

, (А.3)

где d60, d10 — диаметры частиц, мм, меньше которых в грунте содержится соответственно 60 и 10 % (по массе) частиц.

Кэффициент выветрелости Кwr, д. ед. — отношение плотности выветрелого грунта к плотности монолитного грунта.

Коэффициент выветрелости крупнообломочных грунтов Кwr, д. ед., определяется по формуле

где К1 — отношение массы частиц размером менее 2 мм к массе частиц размером более 2 мм после испытания на истирание в полочном барабане;
К0 — то же, в природном состоянии.

Коэффициент истираемости крупнообломочных грунтов Кfr, д. ед., определяется по формуле:

где q1 — масса частиц размером менее 2 мм после испытания крупнообломочных фракций грунта (частицы размером более 2 мм) на истирание в полочном барабане;
q0 — начальная масса пробы крупнообломочных фракций (до испытания на истирание).

Коэффициент размягчаемости в воде Кsof, д. ед. — отношение пределов прочности грунта на одноосное сжатие в водонасыщенном и в воздушно-сухом состоянии.

Коэффициент сжимаемости мёрзлого грунта δf — относительная деформация мёрзлого грунта под нагрузкой.

Льдистость грунта за счёт видимых ледяных включений ii, д. ед. — отношение содержащегося в нём объёма видимых ледяных включений к объёму мёрзлого грунта. Определяется по формуле:

  • ρs — плотность мёрзлого грунта, г/см3;
  • ρi — плотность льда, принимаемая равной 0,9 г/см3;
  • Wtot — суммарная влажность мёрзлого грунта, д. ед.;
  • Wm — влажность мёрзлого грунта, расположенного между ледяными включениями, д. ед.
  • Ww — влажность мёрзлого грунта за счёт содержащейся в нём при данной отрицательной температуре незамёрзшей воды, д. ед.

Относительная деформация набухания без нагрузки εsw, д. ед. — отношение увеличения высоты образца грунта после свободного набухания в условиях невозможности бокового расширения к начальной высоте образца природной влажности. Определяется по ГОСТ 24143-80.

Относительная деформация просадочности εs, д. ед. — отношение разности высот образцов, соответственно, природной влажности и после его полного водонасыщения при определённом давлении к высоте образца природной влажности. Определяется по ГОСТ 23161-78.

Относительное содержание органического вещества Ir, д. ед. — отношение массы сухих растительных остатков к массе абсолютно сухого грунта.

Показатель текучести IL — отношение разности влажностей, соответствующих двум состояниям грунта: естественному W и на границе раскатывания Wp, к числу пластичности Ip.

Степень водопроницаемости — характеристика, отражающая способность грунтов пропускать через себя воду и количественно выражающаяся в коэффициенте фильтрации Кф, м/сут. Определяется по ГОСТ 25584-90.

Степень заполнения объёма пор мёрзлого грунта льдом и незамёрзшей водой Sr, д. ед., определяется по формуле:

где Wic — влажность мёрзлого грунта за счёт порового льда, цементирующего минеральные частицы (лёд-цемент), д. ед.;
Ww — влажность мёрзлого грунта за счёт содержащейся в нём при данной отрицательной температуре незамёрзшей воды, д. ед.;
ρs — плотность частиц грунта, г/см3;
еf — коэффициент пористости мёрзлого грунта;
ρw — плотность воды, принимаемая равной 1 г/см3.

Степень засолённости — характеристика, определяющая количество водорастворимых солей в грунте Dsal, %.

Степень зольности торфа Dds, д. ед. — характеристика, выражающаяся отношением массы минеральной части грунта ко всей его массе в абсолютно сухом состоянии. Определяется по ГОСТ 11306-83*.

Степень морозной пучинистости — характеристика, отражающая способность грунта к морозному пучению, выражается относительной деформацией морозного пучения εfh, д. ед. (доли единицы), которая определяется по формуле:

где

ho, f — высота образца мёрзлого грунта, см;

ho — начальная высота образца талого грунта до замерзания, см.

Степень плотности песков ID определяется по формуле

, (A.6)

где е — коэффициент пористости при естественном или искусственном сложении;
emax — коэффициент пористости в предельно-плотном сложении;
emin — коэффициент пористости в предельно-рыхлом сложении.

Степень разложения торфа Ddp, д. ед. — характеристика, выражающаяся отношением массы бесструктурной (полностью разложившейся) части, включающей гуминовые кислоты и мелкие частицы негумицированных остатков растений, к общей массе торфа. Определяется по ГОСТ 10650-72.

Степень растворимости в воде — характеристика, отражающая способность грунтов растворяться в воде и выражающаяся в количестве воднорастворимых солей, qsr, г/л.

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.

Суммарная льдистость мёрзлого грунта itot, д. ед. — отношение содержащегося в нём объёма льда к объёму мёрзлого грунта. Определяется по формуле:

, (A.10)

Состав грунта вещественный — категория, характеризующая химико-минеральный состав твёрдых, жидких и газовых компонентов.

Текстура грунта — пространственное расположение слагающих грунт элементов (слоистость, трещиноватость и др.).

Гранулометрический состав — количественное соотношение частиц различной крупности в дисперсных грунтах. Определяется по ГОСТ 12536-79.

Термины и определения[править | править вики-текст]

Ниже приведены термины, определённые в ГОСТ 25100-2011.[3]

Антропогенные образования — твёрдые отходы производственной и хозяйственной деятельности человека, в результате которой произошло коренное изменение состава, структуры и текстуры природного минерального или органического сырья.

Бытовые отходы — твёрдые отходы, образованные в результате бытовой деятельности человека.

Грунт глинистый — связный минеральный грунт, обладающий числом пластичности Ip >= 1.

Грунт заторфованный — песок и глинистый грунт, содержащий в своем составе в сухой навеске от 10 до 50 % (по массе) торфа.

Грунты, изменённые физическим воздействием, — природные грунты, в которых техногенное воздействие (уплотнение, замораживание, тепловое воздействие и т. д.) изменяет строение и фазовый состав.

Грунты, изменённые химико-физическим воздействием, — природные грунты, в которых техногенное воздействие изменяет их вещественный состав, структуру и текстуру.

Грунт крупнообломочный — несвязный минеральный грунт, в котором масса частиц размером крупнее 2 мм составляет более 50 %.

Грунт мёрзлый распученный — дисперсный грунт, который при оттаивании уменьшает свой объём.

Грунт многолетнемёрзлый (синоним — грунт вечномёрзлый) — грунт, находящийся в мёрзлом состоянии постоянно в течение трёх и более лет.

Грунт морозный — скальный грунт, имеющий отрицательную температуру и не содержащий в своём составе лёд и незамёрзшую воду.

Грунт набухающий — грунт, который при замачивании водой или другой жидкостью увеличивается в объёме и имеет относительную деформацию набухания (в условиях свободного набухания) εsw >= 0,04.

Грунт охлаждённый — засолённый крупнообломочный, песчаный и глинистый грунты, отрицательная температура которых выше температуры начала их замерзания.

Грунт пластичномёрзлый — дисперсный грунт, сцементированный льдом, но обладающий вязкими свойствами и сжимаемостью под внешней нагрузкой.

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 εsl >= 0,01.

Грунт пучинистый — дисперсный грунт, который при переходе из талого в мёрзлое состояние увеличивается в объёме вследствие образования кристаллов льда и имеет относительную деформацию морозного пучения εfh >= 0,01.

Грунт сезонномёрзлый — грунт, находящийся в мёрзлом состоянии периодически в течение холодного сезона.

Грунт сыпучемёрзлый (синоним — «сухая мерзлота») — крупнообломочный и песчаный грунт, имеющий отрицательную температуру, но не сцементированный льдом и не обладающий силами сцепления.

Грунт твердомёрзлый — дисперсный грунт, прочно сцементированный льдом, характеризуемый относительно хрупким разрушением и практически несжимаемый под внешней нагрузкой.

Техногенные грунты — грунты, созданные в процессе производственной и хозяйственной деятельности человека.

Золы — продукт сжигания твёрдого топлива.

Золошлаки — продукты комплексного термического преобразования горных пород и сжигания твёрдого топлива.

Ил — водонасыщенный современный осадок преимущественно морских акваторий, содержащий органическое вещество в виде растительных остатков и гумуса. Обычно верхние слои ила имеют коэффициент пористости е >= 0,9, текучую консистенцию IL>1, содержание частиц меньше 0,01 мм составляет 30-50 % по массе.

Криогенные структурные связи грунта — кристаллизационные связи, возникающие во влажных дисперсных и трещиноватых скальных грунтах при отрицательной температуре в результате сцементирования льдом.

Криогенная текстура — совокупность признаков сложения мерзлого грунта, обусловленная ориентировкой, относительным расположением и распределением различных по форме и размерам ледяных включений и льда-цемента.

Лёд (синоним — грунт ледяной) — природное образование, состоящее из кристаллов льда с возможными примесями обломочного материала и органического вещества не более 10 % (по объёму), характеризующееся криогенными структурными связями.

Намывные грунты — техногенные грунты, перемещение и укладка которых осуществляются с помощью средств гидромеханизации.

Насыпные грунты — техногенные грунты, перемещение и укладка которых осуществляются с использованием транспортных средств, взрыва.

Органическое вещество — органические соединения, входящие в состав грунта в виде неразложившихся остатков растительных и животных организмов, и также продуктов их разложения и преобразования.

Песок — несвязный минеральный грунт, в котором масса частиц размером меньше 2 мм составляет более 50 % (Ip = 0).

Почва — поверхностный плодородный слой дисперсного грунта, образованный под влиянием биогенного и атмосферного факторов.

Природные образования, изменённые в условиях естественного залегания — природные грунты, для которых средние значения показателей химического состава изменены не менее чем на 15 %.

Природные перемещённые образования — природные грунты, перемещённые с мест их естественного залегания, подвергнутые частично производственной переработке в процессе их перемещения.

Промышленные отходы — твёрдые отходы производства, полученные в результате химических и термических преобразований материалов природного происхождения.

Сапропель — пресноводный ил, образовавшийся на дне застойных водоёмов из продуктов распада растительных и животных организмов и содержащий более 10 % (по массе) органического вещества в виде гумуса и растительных остатков. Сапропель имеет коэффициент пористости е > 3, как правило, текучую консистенцию IL > 1, высокую дисперсность — содержание частиц крупнее 0,25 мм обычно не превышает 5 % по массе.

Температура начала замерзания (оттаивания) Т (Т) — температура, °С, при которой в порах грунта появляется (исчезает) лёд.

Техногенные грунты — естественные грунты, изменённые и перемещённые в результате производственной и хозяйственной деятельности человека, и антропогенные образования.

Торф — органический грунт, образовавшийся в результате естественного отмирания и неполного разложения болотных растений в условиях повышенной влажности при недостатке кислорода и содержащий 50 % (по массе) и более органических веществ.

Шлаки — продукты химических и термических преобразований горных пород, образующиеся при сжигании.

Шламы — высокодисперсные материалы, образующиеся в горнообогатительном, химическом и некоторых других видах производства.

Приборы для исследования физико-химических свойств грунта[править | править вики-текст]

Ссылки[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]

  1. ГОСТ 25100-2011. docs.cntd.ru. Проверено 23 сентября 2016.
  2. http://zilant.kpfu.ru/kek/gidrogeo/plotnost_gruntov_3.php#LI2
  3. ГОСТ 25100-95* «Грунты. Классификация». УДК 624.131.3.001.33:006.354 . МКС 13.080. 93.020 ОКСТУ 5701