- •«Национальный исследовательский томский политехнический университет» грунтоведение
- •Предисловие
- •Введение
- •1. История развития и задачи грунтоведения
- •2. Состав грунтов
- •2.1. Минеральная компонента грунтов
- •2.1.1. Типы связей, состав и свойства минерального вещества грунтов
- •2.1.1.1. Типы связей в твердых компонентах грунтов
- •2.1.1.2. Состав и свойства первичных силикатов
- •2.1.1.2.1. Состав, строение и свойства глинистых минералов
- •2.1.1.3. Состав и свойства простых солей
- •2.1.1.4. Состав и свойства сульфидов и металлических соединений
- •2.1.2. Классификационные показатели грунтов, содержащих минеральную компоненту
- •2.1.2.1. Классификационные показатели скальных грунтов
- •2.1.2.2. Классификационные показатели техногенных грунтов
- •2.1.2.3. Классификационные показатели дисперсных грунтов
- •2.1.2.4. Классификационные показатели элювиальных грунтов
- •2.1.3. Определение минералогического состава грунтов
- •2.1.4. Определение гранулометрического состава дисперсных грунтов
- •2.2. Органическая компонента грунтов
- •2.2.1. Распространение, состав и свойства органического вещества в грунтах
- •2.2.2. Классификационные показатели грунтов содержащих органическую компоненту
- •2.2.2.1. Классификационные показатели органоминеральных грунтов и их определение
- •2.2.2.2. Классификационные показатели органических грунтов и их определение
- •2.3. Ледяная компонента грунтов
- •2.3.1. Распространение, состав и свойства льда в грунтах
- •2.3.2. Классификационные показатели грунтов содержащих ледяную компоненту
- •2.3.3. Распространение, состав и свойства газогидратов
- •2.4. Жидкая компонента грунтов
- •2.4.1. Распространение, классификация, состав и свойства жидкой компоненты грунтов
- •2.5. Газовая компонента грунтов
- •2.5.1. Распространение, состав и свойства газовой компоненты грунта
- •2.5.2. Характеристики газовой компоненты грунта
- •2.6. Биотическая компонента грунтов
- •2.6.1. Распространение, состав биоты грунтов
- •2.6.2. Биологическая активность грунта и ее показатели
- •3. Требования к описанию, отбору, хранению, транспортировке и качеству образцов грунта
- •3.1. Требования к описанию образцов грунта
- •3.2. Требования к отбору, хранению, транспортировке и качеству образцов грунта
- •4. Физические свойства грунтов
- •4.1. Влажность грунтов
- •4.2. Консистенция грунта и ее характеристики
- •4.3. Плотность грунтов
- •4.4. Пористость грунтов
- •5. Гидрофизические свойства грунтов
- •5.1. Водопроницаемость грунтов
- •5.2. Водопрочность грунтов
- •5.2.1. Размокаемость грунтов
- •5.2.2. Размягчаемость грунтов
- •5.2.3. Размываемость грунтов
- •5.3. Набухание грунтов
- •5.4. Усадочность грунтов
- •5.5. Просадочность лессовых и лессовидных грунтов
- •6. Теплофизические свойства грунтов
- •6.1. Показатели теплофизических свойств грунтов
- •6.2. Пучинистые свойства грунтов
- •7. Химические свойства грунтов
- •7.1. Растворимость грунтов, ее основные характеристики и методы их определения
- •7.2. Агрессивность грунтов по отношению к бетону и металлам
- •7.2.1. Химическая и биологическая агрессивность грунтов по отношению к бетону
- •7.2.2. Коррозия металлических элементов подземных конструкций
- •7.2.2.1. Определения коррозионной активности грунтов по химическому составу водной вытяжки
- •7.2.2.2. Определение удельного электрического сопротивления грунта и средней плотности катодного тока
- •7.2.2.3. Определение коррозии металлов блуждающим током
- •7.2.2.3. Определение признаков биохимической коррозии
- •8. Физико-механические свойства грунтов
- •8.1. Основные понятия о напряжениях и деформациях в грунтах
- •8.2. Реологические свойства грунтов
- •8.3. Деформационные свойства грунтов и определение их показателей
- •8.3.1. Деформационные свойства грунтов
- •8.3.2. Определение характеристик деформируемости при компрессионных испытаниях дисперсных грунтов
- •8.3.2.1. Определение показателей деформации просадочных грунтов
- •8.3.2.2. Определение характеристик деформации набухающих грунтов
- •8.3.2.3. Определение характеристик деформации засоленных грунтов
- •8.3.2.4. Определение характеристик деформации мерзлых грунтов
- •8.3.3. Определение характеристик консолидации грунтов
- •8.4. Прочностные свойства грунтов и определение их показателей
- •8.4.1. Сопротивление грунтов сдвигу
- •8.4.1.1. Определение показателей прочности на сдвиг дисперсных грунтов
- •8.4.1.2. Определение показателей прочности на сдвиг мерзлых грунтов
- •8.4.1.3. Определения показателей прочности скального грунта при срезе со сжатием
- •8.4.2. Определение угла естественного откоса грунтов
- •8.4.3. Сопротивление грунтов одноосному растяжению
- •Временное сопротивление разрыву скальных грунтов [50]
- •8.4.4. Сопротивление грунтов изгибу
- •8.5. Определение показателей прочности и деформируемости грунтов методом одноосного сжатия
- •8.5.1. Определение показателей прочности и деформируемости связных и полускальных грунтов
- •8.5.2. Определение показателей прочности и деформируемости скальных грунтов
- •8.5.3. Определение показателей прочности и деформируемости мерзлых грунтов
- •8.6. Определение показателей прочности и деформируемости грунтов методом трехосного сжатия
- •8.6.1. Определение показателей прочности и деформируемости дисперсных грунтов
- •8.6.2. Определение показателей прочности и деформируемости скальных грунтов
- •8.7. Определение показателей твердости, крепости, выветрелости и истираемости грунтов
- •8.8. Особенности определения параметров физико-механических свойств переуплотненных грунтов
- •8.9. Динамические свойства грунтов
- •8.9.1. Определение показателей динамических свойств грунтов
- •8.9.2. Разжижение грунтов
- •9. Классификации грунтов
- •9.1. Виды классификаций грунтов в инженерной геологии
- •9.2. Общая классификация грунтов
- •Список литературы
- •8.5. Определение показателей прочности и деформируемости грунтов методом одноосного сжатия 393
2.1.2.4. Классификационные показатели элювиальных грунтов
Элювиальные грунты в классификации [34] не выделяются в отдельный класс, но так как они обладают особыми свойствами их относят к грунтам специфическим [111]. Элювиальные грунты инженеру-геологу встречаются довольно часто. Представлены они как скальными, так и дисперсными грунтами, образовавшимися в результате процессов выветривания горных пород на месте их залегания без заметных признаков смещения. С глубиной степень их выветрелости постепенно снижается, и они переходят в трещиноватую материнскую горную породу. Граница между элювиальными грунтами и подстилающей материнской породой неровная, нечетко выраженная и может быть установлена, как правило, условно.
Элювиальные грунты следует характеризовать следующими показателями:
гранулометрическим составом (с учетом содержания обломочного материала и его роли в формировании структуры и деформационно-прочностных свойств грунта);
пределом прочности на одноосное сжатие Rc (в водонасыщенном состоянии и при естественной влажности);
коэффициентом размягчаемости Ksof;
коэффициентом выветрелости Kwr (табл. 2.4);
показателями специфических свойств (просадочности, набухания, растворимости и т. д.) при их наличии (табл. 2.3).
Таблица 2.4
Классификация элювиальных грунтов [34]
1. Классификация бесструктурных элювиальных грунтов, не обладающих пластическими свойствами по гранулометрическому составу |
||||
Наименование грунта |
Преобладающие фракции, мм |
|||
Глыбовый |
>200 |
|||
Щебенистый |
10–200 |
|||
Дресвяный |
2–10 |
|||
Песчаный |
0,1–2 |
|||
Алевритовый (пыль) |
<0,1 |
|||
2. Классификация элювиальных скальных грунтов по степени выветрелости |
||||
Наименование элювиальных скальных грунтов по степени выветрелости |
Коэффициент выветрелости Kwr при исходных породах |
|||
Магматических и метаморфических |
Осадочных сцементированных |
|||
Невыветрелые |
1 |
1 |
||
Слабовыветрелые |
1–0,9 |
1–0,95 |
||
Выветрелые |
0,91–0,8 |
0,96–0,85 |
||
Сильновыветрелые |
<0,8 |
<0,85 |
||
3. Классификация элювиальных скальных грунтов по степени выветрелости обломочного материала (при содержании крупнообломочной фракции более 30 %) |
||||
Наименование элювиальных скальных грунтов по степени выветрелости |
Коэффициент выветрелости Kwr при исходных породах |
|||
Магматических и метаморфических |
Осадочных сцементированных |
|||
Слабовыветрелый |
0,5 |
0,33 |
||
Выветрелый |
0,5–0,75 |
0,33–0,67 |
||
Сильновыветрелый |
>0,75 |
>0,67 |
||
4. Классификация бесструктурных элювиальных грунтов, не обладающих пластическими свойствами по гранулометрическому составу |
||||
Наименование видов структурного элювия |
Предел прочности на сжатие Rc, МПа |
|||
Сапролит слабый |
5–15 |
|||
Сапролит средней прочности |
15–30 |
|||
Сапролит повышенной прочности |
30–50 |
|||
Рухляк слабый |
30 |
|||
Рухляк средней прочности |
30–50 |
|||
Рухляк повышенной прочности |
>50 |
Подразделение на разновидности тонкозернистых элювиальных бесструктурных грунтов преимущественно глинистого состава, обладающих пластическими свойствами (продукты выветривания аргиллитов, глинистых сланцев, мергелей, глинистых песчаников и алевролитов, а также основных эффузивных и интрузивных пород), следует осуществлять согласно классификации глинистых грунтов (табл. 2.3 [34]). Другие виды, не обладающие пластическими свойствами, следует подразделять по гранулометрическому составу (табл. 2.3, п.1) с указанием степени неоднородности. При высоком содержании разных фракций в названии этих грунтов следует указывать не только преобладающую, но и вторую по содержанию, а иногда и третью фракцию (например, «дресвяно-щебенисто-глыбовый грунт»).
Глыбовые грунты целесообразно подразделять дополнительно на три вида:
бескаркасный – с невысоким содержанием глыбового материала (порядка 10 %), деформационно-прочностные свойства которого определяются заполнителем;
слабокаркасный – со средним и высоким содержанием глыбового материала (10–65 %), свойства которого определяются как глыбовым материалом, так и заполнителем;
каркасный – с очень высоким содержанием глыбового материала (более 65 %), свойства которого определяются глыбовым материалом.
При более детальных описаниях следует уточнять содержание и состав заполнителя, например: «глыбовый грунт с 20 % дресвяно-щебенистого заполнителя». Для крупнообломочного материала (фракции >2 мм) во всех случаях следует указывать его прочность, выделяя три категории:
слабый или сапролитовый (разламывается и растирается в руке);
средней прочности или рухляковый (легко разбивается молотком);
прочный (с трудом разбивается молотком).
Для более детального подразделения песчаных грунтов следует использовать действующую классификацию песков (табл. 2.3, п.1) и дополнять определения названием материнской породы (например, «рухляк слабый, гранитный»).
Учитывая, что в составе продуктов выветривания часто преобладают тонкие фракции (доломитовая и известково-доломитовая мука) целесообразно дополнительно выделить группу алевритов (пылеватых грунтов), подразделив их на виды:
алеврит крупный с преобладанием фракций 0,10–0,01 мм;
алеврит мелкий с преобладанием фракций 0,01–0,005 мм;
алеврит тонкий с преобладанием фракций <0,005 мм.
Фракция <0,005 мм отвечает по размеру частиц глинам, однако тонкий алеврит не обладает глинистыми свойствами, поэтому употреблять термин «глина» в данном случае не следует.
По коэффициенту истираемости крупнообломочные фракции следует подразделять в соответствии с ГОСТ 25100 (п. 12, табл. 2.2). Степень выветрелости элювиальных скальных грунтов характеризуется коэффициентом выветрелости Kwr, равным отношению плотности выветрелого грунта к плотности монолитного грунта.
Классификация элювиальных грунтов по степени выветрелости приведена в п. 3, табл. 2.2, при содержании крупнообломочной фракции более 30 % в наименовании грунта следует приводить также степень выветрелости обломочного материала в соответствии с п. 3, табл. 2.4. Для предварительных расчетов допускается определять Kwr по данным гранулометрического состава согласно табл. 2.5.
При классификации видов структурного элювия (сапролитов и рухляков) следует учитывать в первую очередь их прочность, используя в качестве классификационного показателя предел прочности грунта на одноосное сжатие Rc, МПа, образцов в водонасыщенном состоянии (п. 4, табл. 2.4) и коэффициент размягчаемости в воде Ksof, который определяется как отношение пределов прочности грунта на одноосное сжатие образцов в водонасыщенном и в воздушно-сухом состоянии.
Таблица 2.5
Коэффициенты выветрелости элювиальных грунтов [111]
Значения Kwr |
Процентное содержание по массе фракций размером, мм |
|||
>10 |
2–10 |
0,1–2 |
<0,1 |
|
<0,25 |
54–66 |
25–33 |
9–11 |
0,9–4,1 |
0,25–0,0 |
33–44 |
35–0 |
1–22 |
2,7–,3 |
0,51–0,75 |
27–31 |
36–44 |
23–27 |
5,6–6,4 |
>0,75 |
10–14 |
42–46 |
28–32 |
11–13 |
По степени размягчаемости в воде грунты подразделяются согласно ГОСТ 25100–95 (п. 4, табл. 2.2). Учитывая, что свойства различных видов бесструктурного элювия зависят в большой степени от минерального состава частиц (прочность, размягчаемость, размокаемость, растворимость), в наименование следует включать сведения о минеральном составе, например, «тонкий доломитовый алеврит» [111].
Основания, сложенные элювиальными грунтами должны проектироваться с учетом:
их значительной неоднородности по глубине и в плане из-за наличия грунтов разной степени выветрелости с большим различием их прочностных и деформационных характеристик;
снижения прочностных и деформационных характеристик во время их длительного пребывания в открытых котлованах;
возможности перехода в плывунное состояние элювиальных супесей и пылеватых песков в случае их водонасыщения в период устройства котлованов и фундаментов;
возможного наличия просадочных свойств у элювиальных пылеватых песков с коэффициентом пористости е > 0,6 и степенью влажности Sr < 0,7, а также возможности набухания элювиальных глинистых грунтов при замачивании отходами технологических производств.