- •«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
министерство образования и науки российской федерации Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Национальный исследовательский томский политехнический университет» грунтоведение
Составитель В.В. Крамаренко
Издательство
Томского политехнического университета
2 011
УДК 624.131(075.8)
ББК 38.58я73
Г90
Г90 Грунтоведение: учебное пособие / сост. В.В. Крамаренко; Томский политехнический университет. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2011. – 472 с.
В пособии изложены теоретические сведения о составе, состоянии, физических, гидрофизических, химических и физико-механических свойствах грунтов, об их прогнозировании, о классификации грунтов, о методах их исследований и обработке результатов.
Пособие предназначено для студентов, обучающихся по специальности 130302 «Поиски и разведка подземных вод и инженерно-геологические изыскания», направления 130100 «Геология и разведка полезных ископаемых» и 130300 «Прикладная геология», а также может быть использовано для студентов строительных специальностей.
УДК 624.131(075.8)
ББК 38.58я73
Рецензенты
Доцент кафедры инженерной геологии и геоэкологии ТГАСУ
кандидат геолого-минералогических наук,
А.А. Краевский
Начальник отдела инженерно-строительных изысканий
ООО Спецгеострой
В.Э. Воскресенский
© Составление. ГОУ ВПО НИ ТПУ, 2010
© Крамаренко В.В., составление, 2011
© Обложка. Издательство Томского
политехнического университета, 2011
Предисловие
Учебное пособие содержит лекционный материал по дисциплине «Грунтоведение» и предназначено для студентов очного и заочного обучения направления «Геология и разведка полезных ископаемых». Пособие подготовлено с учетом последних достижений науки и практики и в нем освещены вопросы, связанные с составом, физическими, гидрофизическими, химическими, физико-механическими свойствами грунтов и методиками изучения их основных параметров; классифицирование грунтов. Более детально разработаны темы, посвященные специфическим грунтам: органическим, просадочным и мерзлым, что немаловажно для территорий Западной Сибири, северных регионов и Дальнего Востока.
Учебным планом дисциплины «Грунтоведение» предусмотрены лабораторные работы, в связи с чем, в пособии приводятся методы проведения анализов и испытаний грунтов, описание применяемых при испытаниях приборов и оборудования, основная терминология и классификации грунтов, позволяющие прогнозировать их свойства, а также описание используемых зарубежных методов проведения аналогичных опытов и другие данные необходимые для сравнения их результатов.
По грунтоведению до настоящего времени создан ряд знаменательных работ, которые сыграли большую роль в становлении теоретических и практических основ науки. Среди них труды Е.М. Сергеева; В.А. Приклонского, В.Д. Ломтадзе; Е.Г. Чаповского, В.И. Осипова, а также коллективная работа преподавателей МГУ под редакцией В.Т. Трофимова, обобщившая многолетний опыт ученых и производственников. Данное пособие подготовлено на основе этих работ, но носит в основном прикладной характер, в нем подробно рассмотрены основные показатели, определяемые при инженерно-геологических изысканиях (таблица ниже), а также характеристики, по которым грунты классифицируются в соответствии с действующими нормативными документами. В основу раздела о физико-механических свойствах грунтов положены действующие нормативные документы и работы Г.Г. Болдырева.
Таблица
Виды лабораторных определений состава и свойств грунтов при изысканиях [109, 112, 113]
Лабораторное определение |
Грунты |
Государственный стандарт |
||||
Крупно- облоочные |
Песчаные |
Глинистые |
Скальные |
Лед |
||
Гранулометрический состав [109] |
+ |
+ |
С |
– |
|
12536 |
Петрографический состав [109] |
С |
– |
– |
С |
|
– |
Минеральный состав [109] |
С |
С |
С |
– |
|
– |
Валовой химический состав [109] |
– |
С |
С |
С |
|
– |
Суммарное содержание легко- и среднерастворимых солей [109] |
С |
С |
С |
С |
|
– |
Определение содержания легко- и среднерастворимых солей [113] |
С |
+ |
+ |
– |
|
26423, 26428 |
Емкость поглощения и состав обменных катионов [109] |
– |
– |
С |
– |
|
– |
Относительное содержание органических веществ [109] |
С |
С |
С |
– |
|
23740 |
Природная влажность [109] |
+ |
+ |
+ |
С |
|
5180 |
Влажность на границе текучести и раскатывания [109] |
– |
– |
+ |
– |
- |
5180 |
Плотность [109] |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
5180 |
Максимальная плотность [109] |
С |
С |
С |
– |
|
22733 |
Плотность в предельно плотном и рыхлом состоянии [109] |
С |
С |
– |
– |
- |
– |
Окончание таблицы
Лабораторное определение |
Грунты |
Государственный стандарт |
||||
Крупно- облоочные |
Песчаные |
Глинистые |
Скальные |
Лед |
||
Плотность сухого грунта в предельно плотном и рыхлом состоянии [113] |
С |
+ |
– |
– |
– |
– |
Плотность частиц грунта [109, 113] |
+ |
+ |
+ |
– |
– |
5180 |
Угол естественного откоса под водой и в сухом состоянии [109, 113] |
– |
+ |
– |
– |
– |
– |
Максимальная молекулярная влагоемкость [109] |
– |
С |
С |
– |
– |
– |
Коэффициент фильтрации [109] |
– |
С |
С |
– |
– |
25584 |
Размокаемость [109] |
– |
– |
С |
С |
– |
– |
Растворимость [109] |
– |
– |
– |
С |
– |
– |
Коэффициент выветрелости [109] |
С |
– |
– |
С |
– |
– |
Коррозионная активность [109] |
– |
С |
С |
– |
– |
– |
Компрессионное сжатие [109] |
С |
С |
+ |
– |
|
12248 |
Трехосное сжатие [109] |
С |
С |
+ |
– |
|
12248 |
Сопротивление срезу (прочность) [109] |
С |
С |
+ |
– |
|
12248 |
Сопротивление одноосному сжатию [109] |
С |
– |
С |
+ |
|
12248 |
Общая карбонатность [109] |
С |
+ |
+ |
+ |
|
ASTM, D4373 |
Коэффициент теплопроводности мерзлых и талых грунтов [112] |
+, Р |
+, Р |
+, Р |
С |
С |
26263 |
Объемная теплоемкость мерзлых и талых грунтов [112] |
+, Р |
+, Р |
+, Р |
С |
С |
**1) |
Коррозионная агрессивность мерзлых засоленных грунтов [112] |
+ |
+ |
+ |
– |
– |
**2) |
Температура начала замерзания засоленных грунтов [112] |
+* |
+, Р |
+, Р |
– |
– |
**1) |
Температура начала замерзания незасоленных грунтов [112] |
+, Р* |
+, Р |
+, Р |
– |
– |
**1) |
Степень пучинистости грунтов [112] |
+, Р(II) |
+, Р(II) |
+, Р(II) |
– |
– |
28622 |
Касательные силы пучения грунтов [112] |
+, Р |
+, Р |
+, Р |
С |
С |
** |
Сжимаемость пластично- мерзлых грунтов [112] |
+, Р(II) |
+, Р(II) |
+, Р(II) |
– |
– |
12248 |
Коэффициент оттаивания и сжимаемости грунтов при оттаивании [112] |
– |
– |
С |
– |
– |
12248 |
Коэффициент вязкости сильнольдистых грунтов [112] |
– |
+ |
+ |
– |
С |
То же |
Эквивалентное сцепление [112] |
– |
С |
+ |
– |
– |
То же |
Сопротивление мерзлого грунта сдвигу по поверхности смерзания фундамента [112] |
+, Р(I) |
+, Р(I) |
+, Р(I) |
С |
С |
То же |
Сопротивление мерзлых грунтов и льдов нормальному давлению [112] |
+, Р(I) |
+, Р(I) |
+, Р(I) |
C |
C |
**1) |
Сопротивление мерзлых грунтов и льдов сдвигающим усилиям [112] |
– |
+, Р(I) |
+, Р(I) |
+, Р(I) |
C |
C |
Примечания: «+» – определения выполняются; «–» –не выполняются; «С» – выполняются по дополнительному заданию; «Р» – устанавливается расчетом; «+, Р» –выполняется или устанавливается расчетом; (I), (II) – принцип использования мерзлых грунтов в качестве основания; * – определяется в глинистом заполнителе;** – рекомендуется использовать: 1) Руководство по определению физических, теплофизических и механических характеристик мерзлых грунтов. Стройиздат, М., 1973.2) Регламент «Коррозионная агрессивность мерзлых грунтов по отношению к стали». ПНИИИС, М., 1997.
Пособие будет полезно не только студентам, обучающимся по направлению «Геология и разведка полезных ископаемых«, но и студентам всех геологических и строительных специальностей, а также производственникам – инженерам-геологам, изыскателям, проектировщикам и строителям.