Основные понятия при оценке инженерно-геологических свойств грунтов

Физические свойства грунтов. Инженерно-геологические свой­ства горных пород являются весьма емким понятием, охватываю­щим их физические, водно-физические и механические свойства. Определение этих свойств, назначение их расчетных значений при проектировании оснований и фундаментов различных соору­жений, прогноз их изменений во времени и являются основной конечной целью грунтоведения. При определении параметров свойств грунтов возникают конкретные задачи, решаемые раз­личными способами и методами грунтоведческих исследований, для которых разработаны конкретные методики, приборы и обо­рудование.

Физические свойства горных пород естественно охватывают все их генетические классы от магматических и метаморфических до обломочных и тонкодисперсных осадочных. Однако в связи с тем, что в строительной практике чаще всего приходится иметь 170 дело с рыхлыми дисперсными породами, а также в связи с тем, что эти породы обладают значительной изменчивостью свойств, рассмотрение характеристик свойств грунтов мы будем проводить в основном для этих грунтов.

Отметим вначале наиболее характерные физические свойства горных пород, согласно ГОСТ 25100—95. К числу наиболее важ­ных характеристик относятся плотность и пористость породы.

Плотность грунта— это отношение массы породы, включая массу воды в ее порах, к занимаемому этой породой объему. Плотность породы зависит от минералогического состава, влаж­ности и характера сложения (пористости)

Р = m/V,

где р — плотность грунта, г/см³, кг/м³, т/м³;т— масса породы с естественной влажностью и сложением, г;V —объем, занимае­мый породой, см³.

Плотностью частиц грунтаназывают отношение массы сухо­го грунта, исключая массу воды в его порах, к объему твердой части этого грунта:

p_s =(m-mJ/V_T,

где p_s—плотность грунта, г/см³, кг/м³, т/м³;т_в —масса воды в порах грунта, г;У_Т —объем твердой части грунта, см³.

Плотность частиц грунта изменяется для всех горных пород в небольших пределах от 2,61 до 2,75 г/см³и для каждой генетиче­ской разности породы определяется только ее минералогическим составом.

Удельный вес грунтахарактеризует отношение веса грунта, включая вес воды в его порах, к занимаемому этим фунтом объ­ему, включая поры, и может быть рассчитан следующим образом:

Y= Р£

где у— удельный вес фунта, Н/м³;g—ускорение свободного па­дения, равное 9,81 м/с².

Плотность скелета породы,или плотность сухого фунта, представляет собой отношение массы минеральных частиц поро­ды (твердой части фунта) при естественной структуре, исключая массу воды в его порах, к занимаемому этой породой объему:

p_d =(m-m,)/V,

где p_d— плотность скелета породы (плотность сухого грунта), г/см³, кг/см³, т/м³;т—т_в= т, — масса сухого грунта, г;V—объ­ем, занимаемый породой, см³.

Плотность скелета породы— величина более постоянная по сравнению с плотностью породы и обычно вычисляется по дан­ным определений плотности и влажности по формуле

p_d=р/(1+0,01Ж),

где р — плотность породы, г/см³;p_d— плотность скелета породы, г/см³; Ж—влажность породы, %.

Удельный вес частиц грунтахарактеризует отношение веса су­хого грунта к объему его твердой части и может быть рассчитан следующим образом:

Ъ=Ysg,

где y_s— удельный вес частиц фунта, Н/м³, кН/м³, МН/м³.

Удельный вес сухого грунтахарактеризует отношение веса су­хого фунта ко всему занимаемому этим фунтом объему и может быть рассчитан следующим образом:

У d=Pdg=y/(\ + W),

где y_d —удельный вес сухого фунта, Н/м³.

Физические значения плотности применяют для характери­стики физических свойств горной породы фунта основания или строительного материала, а также в динамических расчетах осно­ваний.

Физические значения удельного веса используют непосредст­венно в остальных расчетах оснований, в частности при опреде­лении природного давления, при расчете осадки.

Пористость породпредставляет собой характеристику пустот или свободных промежутков между минеральными частицами, составляющими породу.

Пористость обычно выражают в виде процентного отношения объема пустот к общему объему породы:

n = (VJV)m,

где V„ —объем пустот породы, см³;V— объем, занимаемый по­родой, см³.

Кроме того, пористость можно выразить через значение плот­ности фунта:

172

И ⁼ Up»- prf)/pjl00;

п = (1 - pypJIOO.

Приведенной пористостью, или коэффициентом пористости, называют отношение объема пустот (пор) к объему твердых ми­неральных частиц породы. Коэффициент пористости выражается в долях единицы по формулам:

е = VJV_S, е=п/1 - п или e = (p_s- p_d)/p_d.

Водно-физические свойства грунтов. Влажностью породы Wна­зывают отношение массы воды, содержащейся в порах породы, к массе сухой породы (высушивание образца должно производить­ся в термошкафу приt=Ю5...107°С в течение 8 ч и более).

Влажность породы, кроме того что она является физическим свойством породы, служит важнейшей характеристикой ее физи­ческого состояния, определяющей прочность, деформируемостьи другие свойства при использовании в инженерных целях.

Под естественной (весовой) влажностью породы W,%, пони­мается количество воды, содержащееся в породе в естественных условиях:

W= [(т - т,)/т,] 100,

где т— масса породы вместе с содержащейся в ней водой, г; /я, — масса высушенной породы, г.

Максимально возможное содержание в грунте связанной, ка­пиллярной, фавитационной воды при полном заполнении пор на­зывают полной влагоемкостъю породыи определяют по формулам:

W_n = n/p_d или W_n = ep_w/p_s.

Под гигроскопической влажностью W_rпонимают влажность воздушно-сухого фунта.Степенью влажности, или относительной влажностью,называют степень заполнения пор фунта водой и характеризуется отношением объема воды к объему пор фунта:

S_T = fVp_s (100 - п)/п или S_r = Wp_s/ep_m

где S_T— степень влажности породы, %;W— естественная влаж­ность породы, %; р₅—плотность частиц породы, г/см³;п—пори­стость^; р_ж—плотность воды, г/см³;е— коэффициент порис­тости.

По степени водонасыщенности все рыхлые породы подразде­ляют на четыре основные группы (по величине S_r):су­

хие — 0—0,2; слабовлажные — 0,2—0,4; влажные — 0,4—0,8; насы­щенные водой — 0,8—1,0.

Максимальная молекулярная влагоемкостьхарактеризует содер­жание прочносвязанной, рыхлосвязанной воды и воды ближней гидратации, т. е. влажность фунта при максимальной толщине пленок связанной воды вокруг минеральных частицW_{M MB}.Ее определяют центрифугированием для глинистых фунтов, а для песчаных и супесчаных фунтов — способом высоких колонн.

Пластичность— способность породы изменять под действием внешних сил (давления) свою форму, т. е. деформироваться без разрыва сплошности и сохранять полученную форму, после того как действие внешней силы прекратилось, — является характери­стикой, во многом определяющей деформируемость.

Деформируемостьглинистых пород под действием давления зависит от их консистенции (относительной влажности). Для то­го чтобы выразить в численных показателях пределы влажности породы, при которой она обладает пластичностью, введены по­нятия о нижнем и верхнем пределах пластичности.

Нижним пределом пластичности W_p,илиграницей раскатыва­ния,называют такую степень влажности глинистой породы, при которой глинистая масса, замешанная на дистиллированной во­де, при раскатывании ее в жгутик диаметром 3 мм начинает кро­шиться вследствие потери пластических свойств, т. е. такая влаж­ность, при которой связный фунт переходит из твердого состояния в пластичное.

Верхний предел пластичности W/,илиграница текучести,пред­ставляет собой такую степень влажности глинистой породы, при которой глинистая масса, положенная в фарфоровую чашку и разрезанная глубокой бороздой, сливается после трех легких тол­чков чашки ладонью. При большей степени влажности глинистая масса течет без встряхивания или при одном-двух толчках, т. е. такая степень влажности, при которой связный фунт переходит из пластичного состояния в текучее.

Разница между верхним и нижним пределами пластичности получила название числа пластичности, /_р, %:

J_P=W_L- W_p.

По числу пластичности /_рвыделяют породы четырех типов: 1) высокопластичные (глины) — 17 %; 2) пластичные (суглин­ки) — 17...7 %; 3) слабопластичные (супеси) — 7 %; 4) непластич­ные (пески) —0.

Консистенция J,илипоказатель текучести, —это характери­стика состояния грунта нарушенной структуры:

J=(W_L- Wp)/J_p.

Количественные характеристики гранулометрического состава.

При характеристике гранулометрического состава используют та­кие показатели, как эффективные диаметры d_b0иd_]0,т. е. диамет­ры частиц, меньше которых в грунте содержится по массе соответ­ственно 60 или 10 % частиц. Иногда к числу эффективных диаметров относятd₅₀, d₉₀, d₉₅иd$,которые вычисляют аналогично описанному способу. Эффективные диаметры применяют для оцен­кистепени неоднородностигранулометрического состава грунта

с„ ⁼<4о/dio

или степени сортированности

S — dgo/dio-

Применяют также показатели, характеризующие однородность грунта, такие, как d₅₀ d_w/dwилиd₅₀ d₉₅/d$.

В практике инженерно-геологических исследований применя­ют также специальные статистические коэффициенты, характери­зующие крупность частиц грунта с помощью методов математиче­ской статистики (по нормальным и логарифмически нормальным распределениям частиц по крупности).

Приведенные характеристики применяют обычно для песча­ных, гравийно-галечных и пылеватых грунтов.

Некоторые свойства глинистых грунтов и их характеристики. Возвращаясь к оценке свойств глинистых грунтов, рассмотрим следующие важные их характеристики.

Набуханиемназывают способность глинистых пород при на­сыщении водой увеличивать свой объем. Возрастание объема "по­роды сопровождается развитием в ней давления набухания. На­бухание зависит от содержания в породе глинистых и пылеватых частиц и их минералогического состава, а также от химического состава взаимодействующей с породой воды. Бентонитовая глина может, например, увеличить свой объем более чем на 80 %, као- линитовая — на 25 %.

Коэффициент набухания(к,%) определяют по данным лабора­торных исследований по приросту объема породы в процессе на­сыщения ее водой:

k={{V-ro/r,] 100,

где V—объем набухшей породы, см³;V,— объем воздушно-сухой породы, см³.

Способность пород к набуханию характеризуется:

• степенью деформации набухания R„, %,определяемой по из­менению объема или высоты образца;

• давлением набухания Р„,МПа, которое развивается при не­возможности объемных деформаций в процессе набухания породы;

• влажностью набухания W„,соответствующей такому состоя­нию породы, при котором прекращается процесс поглощения жидкости (воды) породой.

Явление набухания учитывают при строительных работах. На­бухание пород (главным образом дисперсных) наблюдается в кот­лованах, траншеях и других выемках, а также при строительстве плотин, дамб, транспортных насыпей и водохранилищ, когда из­меняются гидрогеологические условия сооружений и увеличива­ется влажность пород, особенно глинистых, за счет вновь посту­пающей воды.

Усадкой породыназывают уменьшение объема породы под влиянием высыхания, зависящее от ее естественной влажности: чем больше влажность, тем больше усадка. В наибольшей степе­ни набуханию и усадке подвержены глинистые породы.

Размоканиемназывают способность глинистых пород в сопри­косновении со стоячей водой терять связность и разрушать­ся — превращаться в рыхлую массу с частичной или полной поте­рей несущей способности. Размокание породы имеет большое значение для характеристики ее строительных качеств. Скорость размокания породы определяет степень ее устойчивости под водой.

При оценке размокаемости принимают во внимание вид по­роды после распада (пылевидный, пластичный, комковатый) и отмечают размер распавшихся частиц. Глинистые породы размо­кают в несколько раз медленнее, чем песчаные. Наличие в поро­де гумуса и карбонатов замедляет размокание.

Большая часть пород с кристаллизационной структурой являет­ся практически неразмокаемой. Большинство же дисперсных по­род с другими видами связи относятся к категории размокаемых.

Для характеристики размокания пород обычно используют два показателя:

• время размокания, в течение которого образец породы (глав­ным образом, глинистой), помещенный в воду, теряет связность и распадается на структурные элементы разного размера;

• характер размокания, отражающий качественную картину распада образца породы.

Размокание породы имеет существенное значение при подго­товке проекта производства работ и организации возведения соо- 176 ружения с учетом климатических особенностей района строите­льства и сезона работ.

Плотные суглинки и четвертичные, а особенно древние, гли­ны, не размокающие в стоячей воде, разрушаются при длитель­ном воздействии текучей воды, т. е. размываются.

Размываемостьпород со слабыми структурными связями обу­словливается сопротивлением их размоканию.

Деформационные и прочностные свойства грунтов и их характе­ристики. Расчет оснований сооружений, проектирование фунда­ментов, качественных насыпей, создание проектов производства работ, оценка и прогноз эксплуатации оснований и фундаментов, а в конечном итоге и сооружений; выяснение причин развития и активизации природных геологических и инженерно-геологиче­ских процессов и явлений невозможны без определения физи­ко-механических свойств фунтов, наиболее важными из которых являются деформационные и прочностные.

Сжимаемость грунтов характеризует их способность деформи­роваться под влиянием внешней нафузки, например давления от возведенных сооружений, не подвергаясь разрушению. Деформа­ционные свойства фунтов характеризуются модулем общей де­формации, коэффициентом Пуассона, коэффициентами сжимае­мости и консолидации, модулями сдвига и объемного сжатия.

Деформационные свойства дисперсных фунтов определяются их сжимаемостью под нафузкой, обусловленной смещением ми­неральных частиц относительно друг друга и соответственно уме­ньшением объема пор вследствие деформации частиц породы, воды и газа.

При определении сжимаемости фунтов различают показатели, характеризующие зависимость конечной деформации от нафузки и изменение деформации фунта во времени при постоянной на- фузке. К первой фуппе характеристик относятся: коэффициент уплотнения а,коэффициент компрессииа_к,модуль осадкие_р,ко второй — коэффициент консолидации и др.

Общая характеристика сжимаемости фунтов как деформаци­онного показателя определяется модулем общей деформации Е.

При нафузке на фунт возникают деформации, протекающие во времени. Даже для неполностью водонасыщенных глинистых фунтов сжатие под нафузкой происходит не мгновенно, но в ряде случаев осуществляется сразу со скоростью приложения на­фузки.

Деформация сжатия перечисленных фунтов обусловлена при обычных в строительстве нафузках упругим сжатием частиц и газа. Для водонасыщенных глин, особенно с нарушенными структурными связями, сжатие осуществляется при оттоке воды из пор грунта, скорость которого зависит от водопроницаемости грунта. Для правильного суждения о скорости осадки сооруже­ний используют данные о консолидации грунтов. Консолидация дисперсных грунтов — это их уплотнение во времени под посто­янной нагрузкой.

К числу факторов, определяющих сжимаемость грунтов, отно­сят их гранулометрический, минералогический составы и харак­теристики структуры и текстуры.

Дисперсность и степень неоднородности грунтов определяют отчасти их пористость, а тем самым обусловливают возможность их деформирования. Определенное значение здесь имеет и филь­трационная способность различных по крупности грунтов.

Немаловажное значение имеет и минералогический состав грунтов. Наличие в песках частиц слюды значительно увеличива­ет сжимаемость таких песков и величину обратимой деформации. Состав минералов в глинистых грунтах определяет размер, форму и гидрофильность частиц грунта. Пористость глинистых грунтов возрастает, как и возможность уплотняться при действии внеш­ней нагрузки, с увеличением дисперсности и гидрофильное™ глин. Это подтверждается фактом наибольшей деформируемости монтмориллонитовых глин по сравнению с другими минералоги­ческими разностями глин, что определяется свойствами монтмо­риллонита, его внутренним строением.

К числу факторов, определяющих способность грунтов дефор­мироваться, относится и морфология их частиц, формирующая в некоторой степени размер и форму порового пространства, их фильтрационную способность. Угловатые частицы с шероховатой поверхностью по сравнению с окатанными полированными обла­дают не только повышенной способностью адсорбировать на се­бе водные пленки и пленки вторичных образований различного химического состава, тем самым способствуя развитию структур­ных связей различного характера, но и затрудняют перемещение частиц друг относительно друга за счет естественного в таком случае повышенного трения частиц при перемещении. Наиболее характерно это для песчаных, мелкообломочных и отчасти пыле­ватых грунтов. Наличие в грунтах гумуса и других гидрофильных компонентов определяет степень развития структурных связей, сорбционную способность грунтовых частиц. Указанный факт, толщина пленок воды, упругие и пластические свойства гумуса и других органических соединений существенно сказываются на способности грунтов деформироваться под нагрузкой, кроме все­го прочего, за счет изменений в возможности фильтрационного отжатая воды из порового пространства. Наиболее ярко это про­является в глинистых, пылеватых и отчасти супесчаных грунтах. 178

Установлено также, что на формирование и размер водных пленок и развитие структурных связей влияет и состав обменных катионов в поровом растворе грунтов. Естественно, это в опреде­ленной степени сказывается и на деформационных свойствах грунтов.

Прочность грунтов. К числу наиболее важных физико-механи­ческих свойств грунтов относят их прочность. Прочностные ха­рактеристики грунтов являются определяющими при решении инженерно-геологических задач, возникающих при оценке осно­ваний, проектировании, строительстве и эксплуатации фундамен­тов сооружений. Сопротивление грунтов сдвигу является их важ­нейшим прочностным свойством. Под действием некоторой внешней нагрузки в определенных зонах грунта связи между час­тицами разрушаются и происходит смещение (сдвиг) одних час­тиц относительно других — грунт приобретает способность нео­граниченно деформироваться под данной нагрузкой. Разрушение грунта происходит в виде перемещений одной части грунтового массива или слоистой толщи относительно другой (к числу при­меров, часто возникающих в строительной практике, можно от­нести оползание откосов строительных котлованов и других вые­мок, «выпор» грунта из-под сооружений).

Сопротивление грунтов сдвигу в определенном диапазоне дав­лений (от десятых долей до целых единиц МПа) может быть описано линейной зависимостью Кулона

т = рtg<p+ С,

где т — предельное сдвигающее напряжение, МПа; р— нормаль­ное давление, МПа;tg<p— коэффициент внутреннего трения; Ф — угол внутреннего трения, град;С— сцепление, МПа.

Величины ф и Сявляются параметрами зависимости сопро­тивления грунтов сдвигу, которые необходимы для инженерных расчетов прочности и устойчивости массивов грунтов.

Подробное рассмотрение процессов формирования прочности различных грунтов на основе обобщения результатов многочис­ленных экспериментальных исследований привело специалистов к выводу о том, что параметры прочности (ф и Qне являются однозначными факторами в формировании сопротивления сдвигу для глинистых и песчаных грунтов. Так, для песков основную роль играет внутреннее трение, выражаемое коэффициентом внутрен­него трения1§ф, сцепление же носит подчиненный характер, главным образом, это сцепление-зацепление между отдельными частицами, вторичные цементационные связи между пленками

на поверхности песчаных частиц. Сцепление в песках обусловле­но, таким образом, морфоскопическими особенностями их зерен. В глинистых грунтах главная роль принадлежит сцеплению С, в силу развитых внутренних связей различного характера и приро­ды в этих грунтах. Несколько упрощая вопросы формирования прочности в грунтах различного состава и строения, можно условно записать, что в зависимости Кулона в глинах коэффици­ент внутреннего трения tgcpстремится к нулю, а в песках, в свою очередь, сцепление С стремится к нулю.

Минеральный состав песков и глин определяет характер со­противления их сдвигу; для глинистых грунтов характерно сопро­тивление их одноосному сжатию и разрыву. Содержание в песках слюд, хлорита, талька и других минералов, характеризующихся низкими показателями трения, снижает сопротивление таких песков сдвигу. Наименьшее сопротивление сдвигу и сжимаемость характерны для монтмориллонитовых глин.

Исключение составляют глины в воздушно-сухом состоянии, по изложенным выше причинам. Наибольшее сопротивление на одноосное сжатие и разрыв будет присуще тем же глинам, благо­даря дегидратации, обусловливающей образование в фунте мак­симума контактов, проявляющихся в степени развития ион­но-электростатических связей.

К числу факторов, влияющих на развитие структурных свя­зей, относятся степень дисперсности и однородности фунтов, их морфологические характеристики, степень развития вторичных пленок на зернах песков, количество связанной воды, состав об­менных катионов, значение коэффициента трения частиц друг о друга. Указанные факторы обусловливают прочность фунтов по изложенным причинам при рассмотрении их сжимаемости.

К настоящему времени накоплен значительный объем резуль­татов исследований, проливающий свет на процессы формирова­ния прочности фунтов и объясняющий природу трения и сцеп­ления, которые развиваются в фунтах и являются основными расчетными показателями прочности, используемыми в инженер­ных расчетах.

Физико-механические свойства дисперсных фунтов зависят, таким образом, от соотношения твердой и жидкой минеральных компонент фунта. В последнее время получены данные о влия­нии на физико-механические свойства органики (гумуса) элемен­тов биоты и газовой компоненты и о чрезвычайно важной роли в этом структурно-текстурных особенностей дисперсных фунтов. К примеру, как это уже отмечалось, глинистые фунты обладают сопротивлением сжатию и на разрыв, в песчаных фунтах послед­нее свойство практически не проявляется.

Формирование физико-механических свойств скальных фун­тов имеет свои специфические особенности, весьма важные и необходимые для познания их природы и прогноза проявления. При изучении скальных горных пород важно установить содер­жание в них породообразующих минералов. Наибольшее значе­ние имеют минералы класса первичных силикатов — полевые шпаты, пироксены, амфиболы, оливин и др. С определенной условностью к ним относят кварц, у которого, как известно, пре­обладают внутрикристаллические связи. Ифают роль и простые соли: карбонаты, сульфаты, галоиды имеют ионный тип связей, которые существуют внутри самих минералов (атомов, ионов, ра­дикалов). Свойства же минералов передаются свойствам фунтов.

Наибольшее значение для скальных пород имеет их трещино­ватость. К скальным породам с кристаллическими и структурны­ми связями относятся, главным образом, магматические и мета­морфические. При пористости 1—5 % эти породы могут характеризоваться трещинной системой объемом в 10—20%. Очевидно, что водопроницаемость трещиноватых фунтов, физи­ко-механические свойства определяются не столько их пористо­стью, сколько трещиноватостью.

В настоящее время выделяют различные генетические типы трещин:

• первичной отдельности, или литогенетические, обычно тон­кие, чистые от заполнителя, закономерно ориентированные;

• выветривания, иногда значительные по размерам, затухаю­щие с глубиной, с различным по составу заполнителем;

• тектонического происхождения, различного, иногда весьма значительного размера, незатухающие с глубиной, с различным за­полнителем или без него.

Иногда выделяют также специфические трещины исключите­льно сейсмогенного происхождения. Для характеристики трещи­новатости разработаны специальные приемы, описывающие их ориентированность, размеры и другие параметры.

Трещины подразделяют на тонкие (менее 1 мм), мелкие (1—5 мм), средние (5—20 мм), крупные (20—100 мм) и очень крупные (более 100мм).

Высокая прочность магматических и метаморфических пород, как уже отмечалось, объясняется наличием структурных кристал­лизационных связей химической природы. Под воздействием факторов выветривания магматические и метаморфические гор­ные породы разрушаются; если физическое выветривание преоб­ладает над химическим и разрушение сводится в основном к дроблению фунтов, то при участии процессов денудации из вы­ходящих на поверхность фунтов образуются крупнообломочные и песчаные породы со слабыми молекулярными, капиллярными и электростатическими структурными связями. В случае, когда химическое выветривание преобладает над физическим, из на­званных горных пород формируются чаще всего глинистые и, может быть, лессовые, но скорее всего пылеватые породы с чрез­вычайно разнообразными свойствами.

Примечательно, что скальные фунты, представленные карбо­натными, сульфатными и галоидными породами, сцементирован­ными, крупнообломочными и мелкообломочными породами, пес­чаниками, характеризуются в свойствах степенью литификации, качеством и количеством цемента для последних.

При характеристике деформационных свойств скальных фун­тов принимают во внимание модуль деформации Е,модуль упру­гостиЕ_уи модуль общей деформацииЕ₀.Модуль упругости ра­вен отношению напряжения т при одноосном сжатии к относительной обратимой деформации:

^обр/ Д Т/ t'o6p-

Модуль общей деформации равен отношению напряжений при одноосном сжатии к общей относительной деформации:

Е₀ т/е₀

Для упругодеформируемого материала модуль упругости и мо­дуль общей деформации устанавливаются для определенной ве­личины и продолжительности действия давления.

Модуль упругости и модуль общей деформации зависят от ха­рактера фунта и его структуры: для скальных пород Еу/Е₀~ 2. По­казателем деформационных характеристик скальных фунтов слу­жит также коэффициент Пуассона ц, определяющий, в какой мере происходит изменение объема фунта в процессе деформации.

Коэффициент Пуассона представляет собой собственно харак­теристику упругой деформации, зависящую в основном от свойств породообразующих минералов. Эта характеристика поро­дообразующих минералов изменяется в широком диапазоне от 0,08 до 0,34, что определяется особенностями кристаллической решетки и направлением реализации напряжений относительно кристаллофафических осей. Коэффициент Пуассона зависит от минералогического состава фунта, пористости и трещиноватости.

Кроме отмеченного влияния на свойства скальных фунтов трещиноватости, очень велико воздействие на них степени вы­ветрелости скальных грунтов. Например, степени размягчаемости 182 в воде скальных грунтов — отношения временных сопротивлений к одноосному сжатию в водонасыщенном Д;И в воздушно-сухом R_sсостояниях:

Kof Rc /Rs •

Следует отметить, что временное сопротивление фунта, осо­бенно скального, одноосному сжатию, или предел прочности на сжатие Лс_Ж, является чрезвычайно важной классификационной ха­рактеристикой, согласно которой проводится отнесение фунта к скальному (> 5 МПа) или нескальному (< 5 МПа). Естественно, эта характеристика описывает фунт в образце в измененных (при отсутствии естественного напряженного состояния) условиях.

КЛАССИФИКАЦИЯ ГРУНТОВ

Одной из важных задач любой науки на определенном этапе ее развития является построение классификации. Большинством ученых доказано, что построение становится возможным только тогда, когда в какой-то области знания уже накоплен достаточ­ный фактический материал, позволяющий выявить общие зако­номерности развития объекта исследований данной науки. В ча­стности, построение классификации фунтов стало возможным только тогда, когда в определенной мере оформились представле­ния о зависимости инженерно-геологических свойств горных по­род от особенностей их состава и строения на основе значитель­ного объема фактического материала. Первые классификации фунтов появились во второй половине XIX в.

Классификации фунтов могут быть общими, частичными, ре­гиональными и отраслевыми.

Задача общих классификаций — по возможности охватить все наиболее распространенные типы горных пород и охарактеризо­вать их как фунты. Такие классификации должны основываться исключительно на генетическом подходе, при котором оказывается возможным связать инженерно-геологические свойства горных по­род с их генетическими особенностями и проследить изменение этих свойств от одной фуппы фунтов к другой. Эти классифика­ции служат базой для разработки всех других видов классификаций.

Частные классификации подразделяют и детально расчленяют фунты на отдельные фуппы по одному или нескольким призна­кам. К таким классификациям относятся классификации осадоч­ных, обломочных, песчано-глинистых фунтов по фанулометри- ческому составу, глинистых пород — по числу пластичности, лессовых пород — по степени просадочности и т. п. Эти класси­

фикации могут быть развитием или составной частью общих классификаций.

Региональные классификации рассматривают грунты приме­нительно к определенной территории. В их основе лежит возра­стное и генетическое подразделение пород, встречающихся на данной территории. Разделение групп грунтов проводят, базиру­ясь на формационно-фациальном учении о горных породах.

Отраслевые классификации грунтов составляются примените­льно к запросам определенного вида строительства. Естественно, такие классификации базируются на положениях более высокого общего ранга их применения для решения вопросов при инженер­но-геологической оценке территорий и площадки строительства.

Классификация грунтов отражает их свойства. В настоящее время грунты, согласно ГОСТ 25100—95, разделяют на следующие классы — природные: скальные, дисперсные, мерзлые и техноген­ные образования. Каждый класс имеет свои подразделения. Так, грунты скальных, дисперсных и мерзлых классов делятся на груп­пы, подгруппы, типы, виды и разновидности, а техногенные фунты вначале разделяются на два подкласса, а далее также на группы, подгруппы, типы, виды и разновидности. Классификация фунтов, согласно ГОСТ 25100—95, в сокращенном виде показана в табл. 15.

Скальные грунты.Их структуры с жесткими кристаллически­ми связями, например фанит, известняк. Класс включает две труппы фунтов:1) скальные, куда входят три подфуппы пород: магматические, метаморфические, осадочные сцементированные и хемогенные;2) полускальные в виде двух подфупп — магмати­ческие излившиеся и осадочные породы типа мергеля и гипса. Деление фунтов этого класса на типы основано на особенностях минерального состава: например, силикатного типа — гнейсы, фаниты; карбонатного типа — мрамор, хемогенные известняки. Дальнейшее разделение фунтов на разновидности проводится по свойствам: по прочности — фанит — очень прочный, вулканиче­ский туф — менее прочный; по растворимости в воде — квар­цит — очень водостойкий, известняк — неводостойкий.

Дисперсные грунты.В этот класс входят только осадочные горные породы. Класс разделяется на две фуппы — связных и несвязных фунтов. Для этих фунтов характерны механические и водно-коллоидные структурные связи. Связные фунты делятся на фи типа—минеральные (глинистые образования), органоми­неральные (илы, сапропели и др.) и органические (торфы). Не­связные фунты представлены песками и крупнообломочными породами (фавий, щебень и др.). В основу разновидностей фун­тов положены плотность, засоленность, фанулометрический со­став и другие показатели.

Природные скальные грунты

Класс	Группа	Подгруппа	Тип	Вид	Разновидность
Скальные грунты (с жест­	Скальные грунты	Магматические породы	Силикатные	Граниты, базальты, габбро и др.	Выделяются по: 1. Прочности;
кими структур­ными связями)		Метаморфиче­ские породы	Силикатные	Гнейсы, сланцы, кварциты	Выветрелости; Водорастворимости;
			Карбонатные	Мраморы и др.	5. Размягчаемости в воде;
			Железистые	Железные руды	Водопроницаемости; Засоленности; Структурам, тексту­рам и др.
		Осадочные	Силикатные	Песчаники, конгло­мераты и др.
			Карбонатные	Известняки, доло­миты
	Полускаль- ные грунты	Магматические эффузивные по­роды	Силикатные	Вулканические ту­фы
		Осадочные по­роды	Силикатные	Аргиллиты, алевро­литы и др.
			Кремнистые	Опоки, трепелы, диатомиты
			Карбонатные	Мелы, мергели
			Сульфатные	Гипсы, ангидри­ты
			Галоидные	Галиты и др.

Класс	Группа	Подгруппа	Тин	Вид	Разновидность
Дисперсные грунты (с меха­ническими и водно-коллоид­ными связями)	Связные грунты	Осадочные по­роды	Минеральные	Глинистые грунты	Выделяются по: Гранулометрическому составу; Числу пластичности; Набуханию;
			Органоминеральные	Илы, сапропели, за- торфованные земли	Просадочности; Водонасыщению; Коэффициенту пори­стости;
			Органические	Торф
	Несвязные грунты	Осадочные по­роды	Силикатные Карбонатные Полиминеральные	Пески и крупнооб­ломочные грунты	Плотности; Содержанию органи­ческого вещества; Засоленности; Пучению и т.д.
Мерзлые грун­ты (с криоген­ными структур­ными связями)	Скальные грунты	Промерзшие магматические, метаморфические и осадочные по­роды	Ледяные минераль­ные	Все виды грунтов магматических, мета­морфических и оса­дочных	Выделяются по: Лвдистости; Температурно-проч­ностным свойствам; Засоленности; Криогенной текстуре и т.д
	Полускаль- ные грунты	Промерзшие магматические эффузивные по­роды. Осадочные породы
	Связные грунты	Промерзшие осадочные породы	Ледяные, минеральные Ледяные органоми­неральные Ледяные органиче­ские	Все виды дисперс­ных связных и не­связных грунтов

	Ледяные грунты	Внутригрунто- вые	Льды	Ледниковые
		Погребенные		Наледные, речные, озерные и т.д.
		Пещерно-жиль­ ные		Жильные, пещерные

Техногенные грунты

Класс	Подкласс	Группа	Подгруппа	Тип	Вид	Разновидность
Техноген­ные фунты (с различны­ми структур­ными связя­ми)	Скальные грунты	Скальные и полусса­льные грунты	Природные породы в естественном залегании, измененные физиче­ским или физико-хими­ческим воздействием	Силикатные	Граниты, базаль­ты, кварцита, песчаники и др.	Выделяются в со­ответствии с принад­лежностью к тем или иным природным породам или антро­погенным образова­ниям с учетом спе­цифических особен­ностей и свойств
				Карбонатные	Мраморы, изве­стняки, мергели и др.
	Дисперс­ные грунты	Связные грунты	То же	Силикатные, карбонатные, по- лиминеральные, органоминераль­ные и др.	Раздробленные скальные и дис­персные породы (глинистые, пес­чаные и др.)

Класс	Подкласс	Группа	Подгруппа	Тип	Вид	Разновидность
Техногенные грунты (с раз­личными структурны­ми связями)	Дисперс­ные грунты	Несвяз­ные грунты	Природные породы, перемещенные грунты: насыпные; намывные
			Антропогенные обра­зования: насыпные; намывные	Отходы произ­водственной и хозяйственной деятельности че­ловека	Городские свал­ки, строительный мусор, шлаки, золы и др.
	Мерзлые грунты	Скальные и полу- скальные грунты	Природные породы в естественном залегании, измененные физиче­ским (тепловым или физико-химическим воздействием)	Те же природ­ные породы, но в мерзлом состоя­нии	Все представите­ли природных скальных и полу- скальных пород	Выделяются, как разновидности при­родных и антропо­генных образований с учетом специфи­ческих особеннос­тей и свойств
		Связные, несвязные, ледяные грунты	То же	То же	Все виды при­родных дисперс­ных пород
			Перемещенные при­родные породы, антро­погенные образования (насыпные, намывные, намороженные), изме­ненные физическим (тепловым) или хими­ко-физическим воздей­ствием		Все виды при­родных дисперс­ных пород, быто­вые и производст­венные отходы, шлаки, искусст­венные льды и т.д.

Мерзлые грунты.Все грунты имеют криогенные структурные связи, т. е. цементом фунтов является лед. В состав класса вхо­дят практически все скальные, полускальные и связные фунты, находящиеся в условиях отрицательных температур. К этим трем фуппам добавляется фуппа ледяных фунтов в виде надземных и подземных льдов. Разновидности мерзлых фунтов основываются по льдистым (криогенным) структурам, засоленности, темпера­турно-прочностным свойствам и др.

Техногенные грунты.Эти фунты представляют собой, с одной стороны, природные породы — скальные, дисперсные, мерзлые, которые в каких-либо целях были подвергнуты физическому или физико-химическому воздействию, а с другой стороны, искусст­венные минеральные и органоминеральные образования, сфор­мировавшиеся в процессе бытовой и производственной деятель­ности человека. Последние нередко называют антропогенным образованием.