- •Оглавление
- •Предисловие
- •Введение
- •1. Основные сведения о грунтах
- •1.1. Состав и строение грунтов
- •1.2. Характеристики физического состояния грунтов
- •1.3. Строительная классификация грунтов
- •2. Способы отбора образцов грунтов для исследований их физико-механических характеристик
- •2.1. Общие положения
- •2.2. Приборы и методика отбора монолитов грунта
- •3. Методы лабораторных исследований физических характеристик грунтов
- •3.1. Общие положения
- •3.2. Определение влажности грунта методом высушивания
- •3.3. Определение влажности грунта на границе текучести
- •3.4. Определение влажности грунта на границе пластичности (раскатывания)
- •3.5. Определение плотности грунта методом режущего кольца
- •3.6. Определение плотности грунта методом парафинирования
- •3.7. Определение плотности частиц грунта пикнометрическим методом
- •3.8. Определение гранулометрического (зернового) состава
- •Грунта ситовым методом
- •4. Определение деформационных характеристик грунтов методом компресСиоНых испытаний
- •4.1. Общие положения
- •4.2. Деформационные характеристики грунтов
- •4.3. Методика компрессионных испытаний грунтов
- •4.4. Обработка результатов испытаний
- •5. Определение прочностных характеристик грунтов методом сдвига (среза)
- •5.1. Прочностные характеристики грунтов
- •Оборудование и приборы для испытания грунта на сдвиг
- •Подготовка к испытанию грунта на срез в сдвиговом приборе
- •5.2. Методика проведения консолидированно-дренированного испытания грунта на сдвиг (срез)
- •5.3. Методика неконсолидированно-недренированного испытания грунта
- •5.4. Обработка результатов испытаний
- •5.5. Определение нормативных и расчетных характеристик грунтов
- •Библиографический список рекомендуемой литературы
- •Основные буквенные обозначения
- •Физико-механические свойства грунтов и лабораторные методы их определения
- •270100 «Строительство»
1. Основные сведения о грунтах
1.1. Состав и строение грунтов
В строительстве горные породы, залегающие преимущественно в зоне выветривания земной коры, называются грунтами. Грунты используются в строительстве в качестве материала оснований зданий и сооружений; среды, в которой возводятся сооружения и материала самих сооружений.
Грунты характеризуются составом, структурой и текстурой. Под составом подразумевается перечень минералов, составляющих породу. Структура – это размер, форма и количественное соотношение слагающих грунт частиц. Текстура – пространственное расположение элементов грунта, определяющее его строение. Состав и строение грунтов связаны с условиями их происхождения.
Все грунты разделяются на естественные - магматические, осадочные, метаморфические и техногенные - уплотненные, закрепленные в естественном состоянии, насыпные и намывные. Горные породы магматического, метаморфического происхождения и сцементированные осадочные породы обладают жесткими связями между частицами и относятся к классу скальных грунтов.
Осадочные несцементированные породы не имеют жестких связей и относятся к классу нескальных или дисперсных грунтов.
По своему происхождению и условиям формирования нескальные грунты разделяют на следующие:
1) континентальные отложения: элювиальные (залегающие в месте первоначального их возникновения); делювиальные (располагающиеся на склонах возвышенности, где они возникли); аллювиальные (переносимые водными потоками на значительные расстояния); ледниковые (в результате действия ледников); водно–ледниковые (пески и галечники); озерно–ледниковые (ленточные глины, суглинки и супеси); эоловые (продукты физического выветривания, переносимые воздушными течениями);
2) морские отложения: толщи дисперсных глин, органоминеральные образования.
Состав нескальных грунтов во многом определяет их физико-механические свойства. В общем случае грунт состоит из трех фаз: твердой, жидкой и газообразной. Эти компоненты находятся в постоянном взаимодействии. Твердые частицы грунтов состоят из породообразующих минералов с различными свойствами. Жидкая составляющая грунтов – вода: кристаллизационная, связанная и свободная. Сложное и разнообразное взаимодействие твердых частиц грунта с водой сильно влияет на свойство грунта.
Газы в грунте могут быть в свободном состоянии или растворены в воде. Содержание в грунте защемленного (находящегося в контактах между частицами и пленками воды) и растворенного в воде газа существенно сказывается на свойствах грунта. Таким образом, свойства грунтов зависят от состава, состояния и взаимодействия слагающих его компонентов.
Связи между частицами и агрегатами частиц в грунте называются структурными связями. Из-за высокой прочности самих частиц именно связи между частицами определяют прочность и деформируемость грунтов. Скальным грунтам присущи жесткие структурные связи кристаллизационного или цементационного типа. Поэтому они обладают высокой прочностью и малой деформируемостью.
Нескальные (дисперсные) грунты состоят из отдельных минеральных частиц разного размера, слабосвязанных друг с другом. Нескальные грунты по характеру структурных связей разделяются на связные и несвязные (сыпучие).
К связным относятся глинистые грунты (супеси, суглинки, глины); к сыпучим – крупнообломочные и песчаные грунты.
Сопротивление взаимному перемещению частиц сыпучих грунтов обусловливается силами трения соприкасающихся поверхностей и зацепления между неровностями этих поверхностей. Такой механизм связи между частицами сыпучих грунтов называют внутренним трением грунта.
Структурные связи в глинистых грунтах имеют более сложную природу и определяются электромолекулярными силами взаимного притяжения и отталкивания между частицами. Такие связи называются водно-коллоидными. Они и обусловливают связность глинистых грунтов. Прочность этих связей сравнительно невелика, но они восстановляются через некоторое время после их разрушения. Цементационные связи в связных грунтах хрупки и при разрушении не восстанавливаются.
Оценка каждой конкретной разновидности грунта как физического тела производится с помощью физических характеристик. Количественные значения одних характеристик всегда определяются из лабораторных опытов, чаще всего с образцами грунта (их называют основными), других (производных) – расчетом по значениям определенных в опытах показателей.
Соответствие полученных таким образом характеристик состоянию грунта является одним из важнейших условий точности инженерных прогнозов поведения грунтов под нагрузками.