Классификация грунтов

Наименование грунта	Содержание частиц, % по весу
	Глинистые (частицы < 0,005 мм)	Пылеватые (0,05-0,005 мм)	Песчаные (0,05-2 мм)
Тяжелая глина Глина Тяжелый суглинок Средний суглинок Легкий суглинок Супесь Песок Песок пылеватый Пылеватый грунт	>60 60-30 30-20 20-15 15-10 10-3 <3 <3 <3	- - - - - <20 20-50 >50	<3 Больше, чем пылеватых

Примечание. Если пылеватых содержится больше, чем песчаных, то к названию грунта добавляется слово «пылеватый».

Состав грунтов в значительной мере определяет их физические и механические свойства. Грунт состоит из трех компонент: твердой, жидкой и газообразной. Иногда выделяют биологическое вещество. Твердая, жидкая и газообразная компоненты находятся в постоянном взаимодействии, которое активизируется в результате строительства.

Твердые частицы грунтов состоят из породообразующих минералов с различными свойствами. Часть минералов инертна по отношению к воде и практически не вступает во взаимодействие с растворенными в ней веществами (кварц, полевые шпаты, слюда, авгит, кремень, роговая обманка и др.). Эти минералы не меняют свойств не только при изменении содержания воды, но и в широком диапазоне температур. Очевидно, что грунты, полностью сложенные такими минералами, обладают наиболее благоприятными строительными свойствами. Из инертных минералов состоят все магматические горные породы, подавляющее большинство метаморфических и часть осадочных.

Большое влияние на свойства грунтов оказывают растворимые в воде минералы. К ним относятся галит NaCl, гипс CaSO₄·2Н₂О, кальцит СаСО₃ и некоторые другие. Такие распространенные горные породы, как мрамор, известняк, гипс, сложены растворимым и минералами, но растворение мрамора и известняка в естественных условиях идет очень медленно. Эти грунты традиционно используются как надежные основания и стойкие строительные материалы.

Глинистые минералы составляют третью группу. Они не растворимы в воде, но их нельзя приравнять и к инертным минералам. В силу чрезвычайно малых размеров кристаллов (не превышают 1-2 мкм) глинистые минералы обладают высокой коллоидной активностью. К ним относятся каолинит, монтмориллонит, иллит и др. минералы, кристаллы которых имеют выраженное свойство гидрофильности. Из-за мельчайших размеров и высокоразвитой поверхности глинистые минералы активно взаимодействуют с жидкой составляющей грунтов. Поэтому уже малое содержание их в общей массе грунта резко изменяет его свойства.

2.2. Физические характеристики грунтов

О с н о в н ы е:

Плотность грунта  (г/см³, т/м³)— масса единицы объема грунта, включая объем пор, при данной влажности, определяется методом режущего кольца или методом вытесненной воды с парафинированием образцов.

Образец грунта можно представить себе (рис. 1.1) состоящим из объема V_s твердых частиц (скелета) и объема пор V_n = V_в (объем воды в порах)+ V_г (объем воздуха (газа); m_s – масса твердых частиц; m_в – масса воды в порах; m_г – масса газа, принимаемой равной нулю грунта.

Плотность грунта  естественной (ненарушенной) структуры определяется как отношение массы образца m₀ к его объему V₀: ρ=m₀/V₀

Плотность грунта зависит от минералогического состава, пористости и влажности и обычно колеблется в пределах 1,60…2,1 г/см³.

Плотность твердых частиц грунта _s — масса единицы объема твердых (скелетных) частиц грунта: _s=m_s/V_s. Определяется _s пикнометрическим методом.

Плотность частиц зависит только от минерального состава. Для скальных грунтов она обычно изменяется в пределах от 2,4 до 3,3 г/см³, для нескальных грунтов – 2,4…2,8 г/см³; для песков – 2,55…2,66, для супесей – 2,66…2,68, для суглинков – 2,68…2,72, для глин – 2,70…2,95.

Влажность (природная) грунта w — отношение массы воды в объеме грунта к массе этого грунта, высушенного до постоянной массы, определяется весовым методом: w=m_в/m_s

Гигроскопическая влажность w_g — влажность грунта в воздушно-сухом со­стоянии, т. е. в состоянии равновесия с влажностью и температурой окружаю­щего воздуха, определяется весовым методом.

Воздушно-сухое состояние грунта - состояние грунта, высушенного на воздухе.

Д о п о л н и т е л ь н ы е:

Граница текучести W_L — влажность грунта, при которой грунт переходит из пластичного в текучее состояние. Эту влажность определяют стандартным испытанием, при котором конус с углом при вершине 30º и массой 76 г погружается в грунт на 10 мм.

Граница раскатывания (пластичности) W_p — влажность грунта, при кото­рой грунт переходит из пластичного в твердое состояние. Определяют раскатыванием жгута из грунта.

Приведенные выше основные физические характеристики грунта ρ, w, _s всегда определяются экспериментально. Они используются для расчета других указанных ниже характеристик.

П р о и з в о д н ы е:

Плотность сухого грунта _d — отношение массы высушенного грунта к его первоначальному объему, включая объем пор, вычисляется по формуле: ρ_d=/(1+ w).

При расчетах нагрузок на сооружения и напряжений от действия собственного веса необходимо переходить к значению удельного веса грунта (кН/м³):

γ=g, где g=9,81 м/с² – ускорение свободного падения.

Значение плотности сухого грунта колеблется в пределах 1,1…1,6 г/см³ и зависит от плотности структуры.

Удельный вес твердых частиц грунта γ _s – показатель минералогического состава: γ_s=(m_s/V_s)g

Удельный вес сухого грунта: γ_d=_dg или γ_d =g/(1+ w)= γ/(1+ w).

Удельный вес грунта, взвешенного в воде: γ_sв=(_s-_w)g/(1+e).

При распределении грунта ниже уровня грунтовых вод скелет грунта будет испытывать взвешивающее действие воды, что необходимо учитывать при расчетах напряженного состояния грунтов.

Пористость грунта n определяется как отношение объема пор V_n ко всему объему грунта V₀, после преобразований пористость определяется по формуле: n= 1- ρ_d/_s.

На практике чаще пользуются показателем, называемым коэффициентом пористости е.

Коэффициент пористости грунта е равен отношению объема пор n к объему твердых частиц (скелета) m. Так как m+ n=1, то: е= n/ 1- n или е=(_s-_d)_/ _d или е=_s(1+ w)/  -1.

При этом n=e/(1+e); m=1(1+e).

К л а с с и ф и к а ц и о н н ы е:

Индекс пластичности (число пластичности) I_p – показатель содержания глинистых частиц в грунте: Ip=W_L-Wp. От естественной влажности данный показатель не зависит.

Индекс текучести (показатель консистенции) I_L глинистого грунта: I_L=(W-Wp)/(W_L-Wp)

I_L характеризует состояние глинистого грунта (густоту, вязкость), линейно зависит от естественной влажности, может быть как отрицательным (твердые грунты), так и положительными, в том числе и более единицы (грунты текучей консистенции). При изменении I_L в пределах от нуля до единицы грунты имеют пластичную консистенцию.

Коэффициент водонасыщения (степень влажности) S_r - это отношение природной влажности грунта к его полной влагоемкости: S_r=W_s/e_w; где W – природная влажность грунта, доли единиц, е – коэффициент пористости; _s – плотность частиц грунта, г/см³; _w – плотность воды, принимаемая равной 1.