Пылевато-глинистых грунтов. Глинистые грунты Могут ли набухать обычные пылевато глинистые грунты

Классификация глинистого грунта

Библиографическая ссылка

Влажность грунтов определяют высушиванием пробы грунта при температуре 105°С до постоянной массы. Отношение разности масс пробы до и после высушивания к массе абсолютно сухого грунта дает значение влажности, выражаемое в процентах или долях единицы. Долю заполнения пор грунта водой - степень влажности S r рассчитывают по формуле (см. табл. 1.3). Влажность песчаных грунтов (за исключением пылеватых) изменяется в неболь, ших пределах и практически не влияет на прочностные и деформационные свойства этих грунтов.

Характеристики пластичности пылевато-глинистых грунтов - это влажности на границах текучести Wl и раскатывания ш Р, определяемые в лабораторных условиях, а также число пластичности /р и показатель текучести II, вычисляемые по формулам (см. табл. 1.3). Характеристики w L , w P и Ip являются косвенными показателями состава (гранулометрического и минералогического) пылевато-глинистых грунтов. Высокие значения этих характеристик свойственны грунтам с большим содержанием глинистых частиц, а также грунтам, в минералогический состав которых входит монтмориллонит.

1.3. КЛАССИФИКАЦИЯ ГРУНТОВ

Грунты оснований зданий и сооружений подразделяются на два класса : скальные (грунты с жесткими связями) и нескальные (грунты без жестких связей).

В классе скальных грунтов выделяют магматические, метаморфические и осадочные породы, которые подразделяются по прочности, размягчаемости и растворимости в соответствии с табл. 1.4. К скальным грунтам, прочность которых в водонасыщенном состоянии менее 5 МПа (полускальные), относятся глинистые сланцы, песчаники с глинистым цементом, алевролиты, аргиллиты, мергели, мелы. При водонасыщении прочность этих грунтов может снижаться в 2-3 раза. Кроме того, в классе скальных грунтов выделяются также искусственные- закрепленные в естественном залегании трещиноватые скальные,и нескальные грунты. Эти грунты подразделяются по способу закрепления (цементация, силикатизация,

битумизация, смолизация, обжиг и др.) и по нределу прочности на одноосное сжатие после закрепления так же, как и скальные грунты (см. табл. 1.4).

Нескальные грунты подразделяют на крупнообломочные, песчаные, пылевато-глинистые, биогенные и почвы.

■ К крупнообломочным относятся несцементированные грунты, в которых масса обломков крупнее 2 мм составляет 50 % и более. Песчаные - это грунты, содержащие менее 50 % частиц крупнее 2 мм и не обладающие свойством пластичности (число пластичности /р<

Свойства крупнообломочного грунта при содержании песчаного заполнителя более 40,% и пылевато-глинистого более 30 % определяются свойствами заполнителя в могут устанавливаться по испытанию заполнителя. При меньшем содержании заполнителя свойства крупнообломочного грунта устанавливают испытанием грунта в целом. При определении свойств песчаного заполнителя учитывают следующие его характеристики - влажность, плотность, коэффициент пористости, а пылевато-глинистого заполнителя - дополнительно число пластичности и консистенцию.

Основным показателем песчаных грунтов, определяющим их прочностные и деформационные свойства, является плотность сложения. По плотности сложения пески подразделяются по коэффициенту пористости е, удельному сопротивлению грунта при статическом зондировании q c и условному сопротивлению грунта при динамическом зондировании q& (табл. 1.7).

При относительном содержании органического вещества 0,03

0,5 % ■- при содержании песчаного заполнителя 40 % и более;

Песчаные грунты относятся к засоленным, если суммарное содержание указанных солей составляет 0,5 % и более.

Пылевато-глинистые грунты подразделяют во числу пластичности h (табл. 1.8) и по кон-

систенции, характеризуемой показателем текучести 1 L (табл. 1.9). Среди пылевато-глинистых грунтов необходимо выделять лёссовые грунты и илы. Лёссовые грунты - это макропористые грунты, содержащие карбонаты кальция и способные при замачивании водой давать под нагрузкой просадку, легко размокать и размываться. Ил - водонасыщенный современный осадок водоемов, образовавшийся в результате протекания микробиологических процессов, имеющий влажность, превышающую влажность на границе текучести, и коэффициент пористости, значения которого приведены в табл. 1.10.

Пылевато-глинистые грунты (супеси, суглинки и глины) называют грунтами с примесью органических веществ при относительном содержании этих веществ 0,05

Среди пылевато-глинистых грунтов необходимо выделять грунты, проявляющие специфические неблагоприятные свойства при замачивании: просадочные и набухающие. К про-садочным относятся грунты, которые под действием внешней нагрузки или собственного веса при замачивании водой дают осадку (просадку), и при этом относительная просадоч-ность Ss/>0,01. К набухающим относятся грунты, которые при замачивании водой или химическими растворами увеличиваются в объеме, и при этом относительное набухание без нагрузки e S ! »>0,04.

В особую группу в нескальных грунтах выделяют грунты, характеризуемые значительным содержанием органического вещества: биогенные (озерные, болотные, аллювиально-болотные). В состав этих грунтов входят за-торфованные грунты, торфы и сапропели. К за-торфованным относятся песчаные и пылевато-глинистые грунты, содержащие в своем составе 10-50 % (по массе) органических веществ. При содержании органических веществ 5Q % и

более грунт называется торфом. Сапропели (табл. 1.11)-пресноводные илы,-содержащие более 10 % органических веществ и имеющие коэффициент пористости, как правило, более 3, а показатель текучести более 1.

Почвы - это природные образования, слагающие поверхностный слой земной коры и обладающие плодородием. Подразделяют почвы по гранулометрическому составу так же, как крупнообломочные и песчаные грунты, а по числу пластичности, как пылевато-глинистые грунты.

К нескальным искусственным грунтам относятся грунты, уплотненные в природном залегании различными методами (трамбованием, укаткой, виброуплотнением, взрывами, осушением и др.), насыпные и намывные. Эти грунты подразделяются в зависимости от состава и характеристик состояния так же, как и природные нескальные грунты.

Скальные и нескальные грунты, имеющие отрицательную температуру и содержащие в своем составе лед, относятся к мерзлым грунтам, а если они находятся в мерзлом состой-нии от 3 лет и более, то к вечномерзлым.

1.4. ДЕФОРМИРУЕМОСТЬ ГРУНТОВ ПРИ СЖАТИИ

Характеристикой деформируемости грунтов при сжатии является модуль деформаций, который определяют в полевых и лабораторных условиях. Для предварительных расчетов, а также и окончательных расчетов оснований зданий и сооружений II и III класса допускается принимать модуль деформации по табл. 1.12 и 1.13.

Модуль деформации определяют испытанием грунта статической нагрузкой, передаваемой на штамп . Испытания проводят в шурфах жестким круглым штампом площадью

5000 см 2 , а ниже уровня грунтовых вод и на больших глубинах - в скважинах штампом площадью 600 см 2 . Для определения модуля деформации используют график зависимости осадки от давления (рис. 1.1), на котором выделяют линейный участок, проводят через него осредняющую прямую и вычисляют модуль деформации Е в соответствии с теорией линейно-деформируемой среды по формуле

При испытании грунтов необходимо, чтобы толщина слоя однородного грунта под штампом была не менее двух диаметров штампа.

Модули деформации изотропных грунтов можно определять в скважинах с помощью прессиометра (рис. 1.2) . В результате испытаний получают график зависимости приращения радиуса скважины от давления на ее стенки (рис. 1.3). Модуль деформации определяют на участке линейной зависимости деформации от давления между точкой р\, соответствующей обжатию неровностей стенок скважины, и точкой р2, после которой начинается интенсивное развитие пластических деформаций в грунте. Модуль деформации вычисляют

ПО ftlOnMVJlft

Коэффициент k определяется, как правило, путем сопоставления данных прессиометрии с результатами параллельно проводимых испытаний того же грунта штампом. Для сооружений II в III класса допускается принимать в зависимости от глубины испытания h следующие значения коэффициентов к в формуле (1.2): при ft<5 м 6 = 3; при 5мk = 2; при 10 м

Для песчаных и пылевато-глинистых грунтов допускается определять модуль деформации" на основе результатов статического и динамического зондирования грунтов. В качестве показателей зондирования принимают: при статическом зондировании - сопротивление грунта погружению конуса зонда q c , а при динамическом зондировании - условное динами, ческое сопротивление грунта погружению конуса qa, Для суглинков и глин E-7q c и Я-6#<*; для песчаных грунтов E-3q c , а значения £ по данным динамического зондирования приведены в табл. 1.14. Для сооружений I и II класса

является обязательным сопоставление данных зондирования с результатами испытаний тех же грунтов штампами. Для сооружений III класса допускается определять Е только по результатам зондирования.

1.4.2. Определение модуля деформации в лабораторных условиях

В лабораторных условиях применяют компрессионные приборы (одометры), в которых образец грунта сжимается без возможности бокового расширения. Модуль деформации вычисляют на выбранном интервале давлений Др = Р2-Pi графика испытаний (рис. 1.4) по формуле

Давление pi соответствует природному, а р2 - предполагаемому давлению под подошвой фундамента.

Значения модулей деформации по компрессионным испытаниям получаются для всех грунтов (за исключением сильносжимаемых) заниженными, поэтому они могут использоваться для сравнительной оценки сжимаемости

грунтов площадки или для оценки неоднородности по сжимаемости. При расчетах осадки эти данные следует корректировать на основе сопоставительных испытаний того же грунта в полевых условиях штампом. Для четвертичных супесей, суглинков и глин можно принимать корректирующие коэффициенты т (табл. 1.16), при этом значения Еовц необходимо определять в интервале давлений 0,1-0,2 МПа.

1.5. ПРОЧНОСТЬ ГРУНТОВ

Сопротивление грунта срезу характеризуется касательными напряжениями в предельном состоянии, когда наступает разрушение грунта . Соотношение между предельными касательными т и нормальными к площадкам сдвига а напряжениями выражается условием прочности Кулона-Мора

1.5.1. Определение прочностных характеристик в лабораторных условиях

В практике исследований грунтов применяют метод среза грунта по фиксированной

плоскости в приборах одноплоскостного среза. Для получения <р и с необходимо провести срез не менее трех образцов грунта при различных значениях вертикальной нагрузки. По полученным в опытах значениям сопротивления срезу т строят график линейной зависимости T = f(a) и находят угол внутреннего трения ф и удельное сцепление с (рис. 1.5). Раз-

личают две основные схемы опыта: медленный срез предварительно уплотненного до полной консолидации образца грунта (консолидиро-ванно-дренированное испытание) и быстрый срез без предварительного уплотнения (некой-солидированно-недренированное испытание).

Глав-а 2. ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ИЗЫСКАНИЯ

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Инженерно-геологические изыскания ■- составная часть комплекса работ, выполняемых для обеспечения строительного проектирования исходными данными о природных условиях района (участка) строительства, а также прогнозирования изменений окружающей природной среды, которые могут произойти при строительстве и эксплуатации сооружений. При проведении инженерно-геологических изысканий изучаются грунты как основания зданий и сооружений, подземные воды, физико-геологические процессы и явления (карст, оползни, сели и др.)- Инженерно-геологическим изысканиям сопутствуют инженерно-геодезические изыскания, объектом изучения которых являются топографические условия района строительства, и инженерно-гидрометеорологические изыскания, при выполнении которых изучаются поверхностные воды и климат.

Проведение изысканий регламентируется нормативными документами и стандартами. Общие требования к проведению изысканий приведены в СНиП П-9-78 , а требования к изысканиям для отдельных видов строительства-в инструкциях СН 225-79 и СН 211-62 . Учитывая специфику проектирования свайных фундаментов, основные требования к изысканиям для них приведены в СНиП 11-17-77 и в «Руководстве по проектированию свайных фундаментов» . Определение основных строительных свойств грунтов регламентировано стандартами, указанными в п. 2.4.

Инженерно-геологические изыскания должны производиться, как правило, территориальными изыскательскими, а также специализированными изыскательскими и проектно-изыска-тельскими организациями. Допускается их выполнение проектными организациями, которым в установленном порядке предоставлено такое право.

2.2. ТРЕБОВАНИЯ К ТЕХНИЧЕСКОМУ ЗАДАНИЮ И ПРОГРАММЕ ИЗЫСКАНИЙ

Планирование и выполнение изысканий осуществляются на основе технического задания на производство изысканий, составляемого проектной организацией - заказчиком. При составлении технического задания необходимо определить, какие материалы, характеризующие природные условия строительства,

потребуются для разработки проекта, и на этой основе получить разрешение у соответствующих органов на производство изысканий для данного объекта. Орган, выдающий разрешение, может указать на необходимость использования (в целях исключения дублирования) имеющихся в его распоряжении материалов ранее выполненных работ на территории размещения проектируемого объекта, что должно быть отражено в техническом задании. Если по проектируемому объекту имеются материалы ранее выполненных изысканий, то они передаются изыскательской организации как приложение к выдаваемому техническому заданию. Передаче подлежат и другие материалы, характеризующие природные условия района проектируемого строительства и находящиеся в распоряжении проектной организации.

Техническое задание составляется по приводимой ниже форме с текстовыми и графическими приложениями.

В п. 7 задания необходимо приводить следующие технические характеристики: класс ответственности, высота, число этажей, размеры в плане и конструктивные особенности проектируемого сооружения; значения предельных деформаций оснований сооружений; наличие и глубина подвалов; намечаемые типы, размеры и глубина заложения фундаментов; характер и значения нагрузок на фундаменты; особенности технологических процессов (для промышленного строительства); плотность застройки (для городского и поселкового строительства). Эти характеристики во многих случаях целесообразно давать в приложении к техническому заданию в табличной форме. К техническому заданию в обязательном порядке должны быть приложены: ситуационные планы с указанием размещения (вариантов размещения) участков (площадок) строительства и трасс инженерных коммуникаций; топографические планы в масштабе 1: 10 000- 1: 5000 с указанием контуров размещения проектируемых зданий и сооружений и трасс инженерных коммуникаций, а также планировочных отметок; копии протоколов согласований прохождений и подключений (примыканий) инженерных коммуникаций, влияющих на состав и объем инженерных изысканий, с графическими приложениями; материалы исполнительных съемок или проектная документация подземных коммуникаций (при производстве изысканий на площадках действующих промышленных предприятий и внутри городских кварталов).

Техническое задание является основой для составления изыскательской организаци-

Ей программы изысканий, в которой обосновываются этапы, состав, объемы, методы и последовательность выполнения работ и на основании которой составляется сметно-договор-ная документация. Составлению программы предшествуют сбор, анализ и обобщение материалов о природных условиях района изысканий, а в необходимых случаях (отсутствие или противоречивость материалов) - полевое обследование района изысканий.

Программа включает текстовую часть и приложения. Текстовая часть должна состоять из следующих разделов: 1) общие сведения; 2) характеристика района изысканий; 3) изученность района изысканий; 4) состав, объемы и методика изысканий; 5) организация работ; 6) перечень представляемых материалов; 7) список литературы.

В разделе 1 приводятся данные первых пяти пунктов технического задания. В разделе 2 дается краткая физико-географическая характеристика района изысканий и местных природных условий с отражением особенностей рельефа и климата, сведений о геологическом строении, гидрогеологических условиях, неблагоприятных физико-геологических процессах и явлениях, о составе, состоянии и свойствах грунтов. В разделе 3 излагаются сведения об имеющихся фондовых материалах ранее выполненных изыскательских, поисковых и исследовательских работ и дается оценка полноты, достоверности и степени пригодности этих материалов. В разделе 4 на основе требований технического задания, характеристики района (участка) изысканий и его изученности определяются оптимальные состав и объемы работ, а также обосновывается выбор методов проведения инженерно-геологических исследований. При согласовании программы этому разделу проектировщики должны уделять особое внимание, руководствуясь сведениями о составе и объеме работ, приводимыми далее в пп. 2.3 и 2.4. В разделе 5 устанавливаются

последовательность и планируемая продолжительность работ, определяются необходимые ресурсы и организационные мероприятия, а также мероприятия по охране окружающей среды. В разделе 6 указываются организации, которым должны быть направлены материалы, а также наименование материалов. В разделе 7 дается перечень общесоюзных нормативных документов и государственных стандартов, отраслевых и ведомственных инструкций (указаний), руководств и рекомендаций, литературных источников, отчетов об изысканиях, которыми следует пользоваться при производстве изысканий.

К программе изысканий должны быть приложены: копия технического задания заказчика; материалы, характеризующие состав, объемы и качество ранее выполненных изысканий; план или схема объекта с указанием границ изысканий; проект размещения пунктов горных выработок, полевых исследований и т. п., выполненный на топографической основе; технологическая карта последовательности производства работ; чертежи (эскизы) выработок и нестандартного оборудования.

1.3. КЛАССИФИКАЦИЯ ГРУНТОВ

Нескальные грунты подразделяют на крупнообломочные, песчаные, пылевато-глинистые, биогенные и почвы.

При относительном содержании органического вещества 0,03

0,5 % ■- при содержании песчаного заполнителя 40 % и более;

Песчаные грунты относятся к засоленным, если суммарное содержание указанных солей составляет 0,5 % и более.

Пылевато-глинистые грунты подразделяют во числу пластичности h (табл. 1.8) и по кон-

1.4. ДЕФОРМИРУЕМОСТЬ ГРУНТОВ ПРИ СЖАТИИ

ПО ftlOnMVJlft

1.4.2. Определение модуля деформации в лабораторных условиях

Давление pi соответствует природному, а р2 - предполагаемому давлению под подошвой фундамента.

1.5. ПРОЧНОСТЬ ГРУНТОВ

1.5.1. Определение прочностных характеристик в лабораторных условиях

В практике исследований грунтов применяют метод среза грунта по фиксированной

Глав-а 2. ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ИЗЫСКАНИЯ

Классификация песчаного и глинистого грунта

Для оценки строительных свойств грунтов производиться их классификация согласно СТБ 943-2007, включающая следующие таксономические единицы, выделяемые по группам признаков:

Класс - по характеру структурных связей;

Группа - по происхождению;

Подгруппа - по условию образования;

Тип - по петрографическому и гранулометрическому составу, числу пластичности;

Вид - по структуре, текстуре, составу цемента и примесей, содержанию заполнителя и включений, гранулометрическому составу и степени его неоднородности, пористости, относительному содержанию органического вещества, степени зольности, по способу преобразования, степени уплотнения от собственного веса, давности намыва;

Разновидность - по физическим, механическим, химическим свойствам и состоянию.

Песчаные - несвязанные грунты, сложенные угловатыми и окатанными обломками минералов размером от 2 до 0,05 мм. Основная масса состоит из кварца и полевых шпатов. Песчаные грунты подразделяются:

По гранулометрическому составу (гравелистый, крупный, средний, мелкий, пылеватый);

По показателю максимальной неоднородности U max (однородный (U max ? 4), среднеоднородный (4 < U max ? 20), неоднородный (20 < U max ?40), повышенной неоднородности (U max > 40));

Степени влажности (маловлажные (0 < S r ?0,5); влажные (0,5 < S r ?0,8); водонасыщенные (0,8 < S r ?1));

Прочности (сопротивлению грунта при зондировании) (прочный, средней прочности, малопрочный).

Для определения классификации песчаного грунта рассчитаем степень влажности S r по формуле

где w - природная влажность в долях единиц;

Плотность частиц грунта;

е - коэффициент пористости;

Плотность воды.

Так же определим коэффициент пористости е по формуле

р - плотность грунта;

w - влажность.

Подставив значения в формулы (1.2)

при: =2,67 г/см 3

2,14 г/см 3

Так же подставим значения в формулу (1.1)

при: e = 0,46

2,67 г/см 3

Рассчитав степень влажности песчаного грунта, определим классификацию песчаного грунта по водонасыщению при помощи таблицы 1.1

Таблица 1.1 - Классификация песчаного грунта по водонасыщению

По данным таблицы 1.1 можно сделать вывод, что данный песок относится к классу водонасыщенные.

Определим плотность сложения песка при помощи коэффициента пористости по таблице 1.2

Таблица 1.2 - Подразделение песчаных грунтов по коэффициенту пористости

Так как коэффициент пористости равен 0,46 и песок мелкий, то данный песок является плотным. Исходя из всех расчетов, определим условное расчетное сопротивление R 0 песчаных грунтов при помощи таблицы 1.3

Таблица 1.3 - Условное расчетное сопротивление R 0 песчаных грунтов

Так как песок мелкий и водонасыщенный, а коэффициент пористости е равен 0,46, то расчетное сопротивление будет равно 300 кПа.

1 Построение геологической колонки

Средне-, крупномасштабные и детальные геологические карты обычно сопровождаются геологическими разрезами и стратиграфической колонкой.

Осадочные, вулканические и метаморфические горные породы обычно залегают слоями, или пластами. Слоем называется более или менее однородный, первично обособленный осадок (или горная порода), ограниченный поверхностью наслоения. Помимо термина "слой", в практике часто употребляется термин "пласт", который обычно применяется по отношению к полезным ископаемым, например к углю, известняку и т.д. Пласт может заключать в себе несколько слоев. Однородность слоев может быть выражена в составе, окраске, текстурных признаках, присутствии одинаковых включений или окаменелостей. Когда говорят о слоистых толщах, подразумевают чередование слоев. Переход от одного слоя к другому может быть резким или постепенным. Поверхности, разграничивающие слои или пласты, обычно бывают неровными. Они носят название поверхностей наслоения. Верхняя из них называется кровлей слоя, нижняя - подошвой. Расстояние между кровлей и подошвой слоя (или пласта) характеризует его мощность.

Различают три вида мощностей: истинную, видимую и неполную

Рисунок 1.1 - Схема определения мощности пласта

А - различные виды мощности слоя (пласта): аа - истинная, бб, вв - видимая, гг, дд - неполная; Б - определение мощности горизонтально залегающего слоя: h- истинная мощность; а - видимая мощность; б - ширина выхода слоя; б - угол наклона поверхности; цифры - абсолютные отметки кровли и подошвы слоя.

Пример: истинная мощность h = 187м - 163м = 14м или h= sin б

Истинной мощностью называется кратчайшее расстояние между кровлей и подошвой. Любое другое расстояние между кровлей и подошвой представляет собой видимую мощность. Если измеряют расстояние от кровли или от подошвы слоя (или пласта) до любой поверхности, находящейся внутри слоя (или пласта), говорят о неполной его мощности. При горизонтальном залегании и выровненном рельефе земной поверхности для определения мощности пород проводятся выработки или бурятся скважины. Если рельеф неровный, то истинную мощность горизонтального слоя можно получить путем вычисления: установив тем или иным способом абсолютные высотные отметки кровли и подошвы пласта, вычисляют разность между ними, которая и будет составлять истинную мощность (187м-163м=14м). Можно определить также истинную мощность, измерив предварительно видимую мощность (расстояние по склону между кровлей и подошвой) и угол наклона склона. Истинная мощность будет равна видимой мощности, умноженной на синус угла наклона склона (h = a sinб). Кратчайшее расстояние между кровлей и подошвой слоя на геологической карте называется шириной выхода слоя.

До начала проектирования любого здания или сооружения необходимо:

Изучить местный опыт строительства;

По отчету инженерно-геологических изысканий ознакомиться с напластованием грунтов и положением уровня подземных (грунтовых) вод на строительной площадке и ожидаемым во время строительства и эксплуатации сооружения;

Установить нормативные и расчетные характеристики грунтов каждого слоя для расчета по предельным состояниям;

С учетом напластования грунтов наметить наиболее рациональное размещение (если оно не задано) сооружения на участке строительства.

По данным изысканий оцениваются инженерно-геологические условия, приводимые в отчете или заключении. Напластование грунтов оценивается по разрезам и колонкам скважин.

Характерными напластованиями грунтов являются:

Однородный слой грунта в пределах большой глубины;

Слоистое напластование, когда слои грунта относительно горизонтальны и каждый подстилающий слой менее сжимаем, чем несущий;

Сложное, когда слои грунта выклиниваются, залегают линзообразно или имеются сильно сжимаемые грунты.

Особое внимание должно уделяться оценке уровня грунтовых вод, его сезонным колебаниям, возможным изменениям вследствие возведения сооружения, их агрессивности по отношению к материалу фундаментов. Масштаб геологической колонки принимаем 1:100. Абсолютная отметка устья скважины (точка пересечения ствола скважины с поверхностью земли) равна +135,6 м. Мощность первого слоя равна глубине залегания его подошвы. Абсолютные отметки подошвы слоев определяют как разность абсолютной отметки устья скважины и глубины залегания подошвы соответствующего слоя. В середине графы двумя линиями обозначают ствол скважины и с обеих сторон от ствола показывают условными обозначениями литологический состав пород каждого слоя. Ствол скважин в интервалах развития водоносных слоев затемняют. Исходные данные (таблицы 1-2).

Tаблица1.1- Физические характеристики песчаного грунта(слой№1)

Таблица1.2- Физические характеристики глинистого грунта(слой№2)

Классификация глинистого грунта

Пылевато-глинистые грунты - группа осадочных пород с преобладанием тонких фракций(<0,01 мм). Состоят из глинистых минералов, а также минералов обломочного(слюда, кварц, полевые шпаты) и химического(карбонаты, сульфаты) происхождения. Занимают около 60% объёма осадочных пород. Происхождение- обломочно-химическое.

Пылевато-глинистые грунты подразделяются:

По числу пластичности I p:

супесь- 1? I p ?7; суглинок- 7< I p ?17; глина- I p >17;

По показателю текучести I l:

супеси бывают:

ь твердые, I l < 0;

ь пластичные, 0 ? I l ? 1;

ь текучие, I l ? 1;

суглинки и глины бывают:

ь твердые, I l < 0;

ь полутвердые, 0 < I l ? 0,25;

ь тугопластичные, 0,25 < I l ?0,5;

ь мягкопластичные, 0,5 < I l ?0,75;

ь текучепластичные, 0,75 < I l ? 0,1

ь текучие, I l ? 1;

По прочности (очень прочные, прочные, средней прочности и слабые)

Для определения характеристик глиняного грунта определим число пластичности и показатель текучести.

Определим число пластичности по формуле

I p = w l - w p (3.1)

Подставим значения в формулу (3.1)

при w p = 18%

получим I p = 35 - 18 = 17

Зная процентное число пластичности можно определить к какой классификации грунтов относится наш глинястый грунт. Т.к. I p = 17 то грунт состоит из суглинка.

Определим показатель текучести по формуле

где w l - влажность на границе текучести, %;

w p - влажность на границе раскатывания, %;

w - природная влажность, %.

при w p = 18%

получим что

Зная показатель текучести определим классификацию глинистого грунта по консистенции, т.к. I l = 0,29, то суглинок относится к тугопластичным.

Для определения расчетного сопротивления R 0 необходимо знать также коэффициент пористости е:

грунт песчаный глинистый пористость

где - плотность частиц грунта;

р - плотность грунта;

w - влажность.

Подставим значения:

2,71 г/см 3

р = 1,95 г/см 3

Расчетное сопротивление R 0 находится для значения е = 0,71 путем интерполяции сначала по коэффициенту пористости е между е = 0,7 и е = 1 при I l = 2,5, затем интерполяция по показателю текучести I l между I l = 0 и I l = 1 для значения I l = 0,29. Данные для определения расчетного давления глинистого грунта приведены в таблице 3.1.

Таблица 3.1 - Условные расчетные сопротивления глинистых грунтов (только для суглинка).

Интерполяция по е при I l = 0:

изменение?е = 1 - 0,7 = 0,3 соответствует изменению

R 0 = 25 - 20 = 5;

изменение?е = 0,71 - 0,7 = 0,01 соответствует изменению

R 0 = 25 - 0,17 = 24,83 МПа.

Интерполяция по е при I l = 1: изменение?е = 1 - 0,7 = 0,3 соответствует изменению? R 0 = 18 - 10 = 8; изменение?е = 0,71 - 0,7 = 0,01 соответствует изменению

R 0 = 18 - 0,27 = 17,73 МПа.

Интерполяция по Il = 1 при е = 0,71 ? Il = 1 - 0 соответствует 24,83 - 17,73 = 7,1.

R 0 = R 0 = 24,83 - 2,059 ? 22,771 МПа.

Составим таблицу (3.2).

Таблица 3.2 - Результаты интерполяции R 0

Определим прочностные и деформационные характеристики суглинка тугоплатичного. По исходным данным I l = 2,9 и е = 0,71 из таблицы (3.3) находим нормативное значение угла внутреннего трения ц n = 21 град, удельного сцепления грунта С n = 23 кПа и нормативное значение модуля деформации Е n = 14МПа.

Таблица 3.3 - Нормативные значения удельных сцеплений, углов внутреннего трения, значений модулей деформации (только для суглинка).

Глинистый грунт – это грунт, который более чем на половину состоит из очень мелких частиц размером менее 0,01 мм, которые имеют форму чешуек или пластин. Расстояния между этими частицами называется порами, они, как правило, заполняются водой, которая хорошо удерживается в глине, потому что сами частички глины воду не пропускают. Глинистые грунты имеют высокую пористость, т.е. высокое соотношение объема пор к объему грунта. Это соотношение колеблется от 0,5 до 1,1 и является характеристикой степени . Каждая пора - это маленький капилляр, поэтому такие грунты подвержены .

Глинистый грунт очень хорошо удерживает в себе влагу и никогда не отдает ее всю, даже при высыхании, поэтому является . Влага, содержащаяся в грунте, при замерзании превращается в лед и расширяется, тем самым, увеличивая объем всего грунта. Все грунты, содержащие глину, подвержены этому негативному явлению, и чем больше содержание глины, тем сильнее проявляется это свойство.

Поры глинистого грунта настолько малы, что капиллярные силы притяжение между частицами воды и глины оказываются достаточными, чтобы связывать их. Капиллярные силы притяжения в совокупности с пластичностью частиц глины обеспечивают пластичность глинистого грунта. И чем больше содержание глины, тем пластичнее будет грунт. В зависимости от содержания частиц глины их классифицируют на супеси, суглинки и глину.

Супесь – это глинистый грунт, который содержит не более 10 % глинистых частиц, оставшуюся часть занимает песок. Супесь наименее пластичная из всех глинистых грунтов, при ее растирании между пальцами чувствуются песчинки, она плохо скатывается в шнур. Скатанный из супеси шар рассыпается, если на него немного надавить. Из-за высокого содержания песка супесь имеет сравнительно низкую пористость – от 0,5 до 0,7. Соответственно она может содержать меньше влаги и, следовательно, быть меньше подвержена пучению. При пористости 0,5 (т.е. при хорошем уплотнении) в сухом состоянии супеси составляет 3 кг/см2, при пористости 0,7 – 2,5 кг/см3.

Суглинок – это глинистый грунт, который содержит от 10 до 30 процентов глины. Этот грунт достаточно пластичен, при растирании его между пальцами не чувствуются отдельные песчинки. Скатанный из суглинка шар раздавливается в лепешку, по краям которой образуются трещины. Пористость суглинка выше, чем супеси и колеблется от 0,5 до 1. Суглинок может содержать больше воды и больше, чем супесь, подвержен пучению. Сухой суглинок с пористостью 0,5 имеет несущую способность 3 кг/см2, при пористости 0,7 – 2,5 кг/см2.

Глина – это грунт, в котором содержание глинистых частиц больше 30%. Глина очень пластичная, хорошо скатывается в шнур. Скатанный из глины шар сдавливается в лепешку без образования трещин по краям. Пористость глины может достигать 1,1, она сильнее всех остальных грунтов подвержена , потому что может содержать очень большое количество влаги. При пористости 0,5 глина имеет несущую способность 6 кг/см2, при 0,8 – 3 кг/см2.

Все глинистые грунты под действием нагрузки от фундамента подвержены осадке, причем занимает она очень много времени – несколько сезонов. Осадка будет тем больше и дольше, чем больше пористость грунта. Чтобы уменьшить пористость глинистого грунта и тем самым улучшить его характеристики, грунт можно уплотнять. Естественное уплотнение глинистого грунта происходит под давлением вышележащих слоев: чем глубже находится слой, тем сильнее он уплотнен, тем меньше его пористость и тем больше его несущая способность.

Минимальная пористость глинистого грунта 0,3 будет у максимально уплотненного слоя, который залегает ниже глубины промерзания. Дело в том, что при промерзании грунта возникает пучение: частицы грунта двигаются и между ними возникают новые поры. В слое грунта, который находится ниже глубины промерзания, таких движений нет, он максимально уплотнен и его можно считать несжимаемым. зависит от климатических условий, в России она колеблется от 80 до 240 см. Чем ближе к поверхности земли, тем меньше будет уплотнен глинистый грунт.

Чтобы примерно оценить несущую способность глинистого грунта на определенной глубине можно принять максимальную пористость 1,1 на поверхности земли, а минимальную 0,3 на глубине промерзания и предположить, что она изменяется в зависимости от глубины равномерно. Вместе с ней будет меняться и несущая способность: от 2 кг/см2 на поверхности, до 6 кг/см2 ниже глубины промерзания.

Еще одна важная характеристика глинистого грунта – это его : чем больше влаги содержится в нем, тем хуже его несущая способность. Насыщенный влагой глинистый грунт становится слишком пластичным, а насыщаться влагой он может в том случае, когда близко находятся грунтовые воды. Если высокий и менее чем в метре от глубины заложения фундамента, то приведенные выше значения несущей способности глины, суглинка и супеси нужно делить на 1,5.

Все глинистые грунты будут служить хорошим основанием для фундамента дома, если грунтовые воды залегают на значительной глубине, а сам грунт будет однороден по составу.

Читайте так же:

В этой статье рассмотрены основные типы грунтов - скальный, крупнообломочный, песчаный и глинистый, каждый из которых имеет свои свойства и отличительные признаки.
Несущая способность грунтов – это его основанная характеристика, которую необходимо знать при строительстве дома, она показывает какую нагрузку может выдержать единица площади грунта. Несущая способность определяет, какой должна быть опорная площадь фундамента дома: чем хуже способность грунта выдерживать нагрузку, тем больше должна быть площадь фундамента.
Пучинистый грунт – это такой грунт, который подвержен морозному пучению, при промерзании он значительно увеличивается в объеме. Силы пучения достаточно велики и способны поднимать целые здания, поэтому закладывать фундамент на пучинистом грунте без принятия мер против пучения нельзя.
Грунтовые воды – это первый от поверхности земли подземный водоносный слой, который залегает выше первого водоупорного слоя. Они оказывают негативное воздействие на свойства грунта и фундаменты домов, уровень грунтовых вод необходимо знать и учитывать при заложении фундамента.
Песчаный грунт более чем на половину состоит из частиц песка размером меньше 5 мм. В зависимости от размера частиц подразделяется на гравелистый, крупный, средний и мелкий. Каждый вид песка имеет свои свойства.
Морозное пучение – это увеличение объема грунта при отрицательных температурах, то есть зимой. Происходит это из-за того, что влага, содержащаяся в грунте, при замерзании увеличивается в объеме. Силы морозного пучения действуют не только на основание фундамента, но и на его боковые стенки и способны выдавить фундамент дома из грунта.

В данной статье изложены результаты лабораторных исследований характеристик консистенции глинистых грунтов согласно российской и германской стандартным методикам, проведенных в институте механики грунтов Брауншвейгского технического университета. Рассмотрена проблематика разности в классификации глинистых грунтов и методик определения характеристик консистенции грунта согласно российским и германским нормативным стандартам. Проведен сравнительный анализ влияния характеристик консистенции на классификацию пылевато-глинистых грунтов по российским и германским стандартам. Установлено, что интервал пластичности в соответствии с немецкими нормами больше, чем интервал пластичности согласно отечественным стандартам для одного и того же грунта, поскольку влажность на границе текучести, определенная по DIN выше, чем влажность на границе текучести, определенная по ГОСТ. Выведена корреляционная зависимость между этими значениями верхнего предела пластичности.

консистенция

граница текучести

граница раскатывания

число пластичности

показатель текучести

1. ГОСТ 5180-84. Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик.

2. ГОСТ 25100-2011. Грунты. Классификация.

3. DIN 18121-1 (April 1998). Baugrund, Untersuchung von Bodenproben. Wassergehalt. Teil 1: Bestimmung durch Ofentrocknung.

4. DIN 18121-2 (August 2001). Baugrund, Untersuchung von Bodenproben. Wassergehalt. Teil 2: Bestimmung durch Schnellverfahren.

5. DIN 18122-1 (Juli 1997). Baugrund, Untersuchung von Bodenproben. Zustandsgrenzen (Konsistenzgrenzen). Teil 1: Bestimmung der Flieβ- und Ausrollgrenze.

6. DIN 18122-2 (September 2000). Baugrund, Untersuchung von Bodenproben. Zustandsgrenzen (Konsistenzgrenzen). Teil 2: Bestimmung der Schrumpfgrenze.

8. DIN ISO/TS 17892-12 (Januar 2005). Geotechnische Erkundung und Untersuchung – Laborversuche an Bodenproben – Teil 12: Bestimmung der Zustandsgrenzen.

В процессе интеграции инженерных школ и общности решаемых геотехнических задач на территории разных стран возникает вопрос о правильности применения тех или иных характеристик грунтов, используемых в геотехнических расчетах, определяемых по различным методикам, а также о трактовке полученных результатов.

Основой для описания и классификации грунтов как в отечественных, так и в зарубежных нормах являются физические характеристики, которые в силу дисперсности грунтов и исторических геотехнических традиций могут по-разному трактоваться в различных странах.

Поскольку дисперсность грунта оказывает значительное влияние на его пластичность, то по показателю пластичности I Р с определенной достоверностью можно характеризовать литологические разности глинистых грунтов. Это допущение и лежит в основе российской классификации. К супесям относятся грунты с I Р от 1 до 7 включительно, к суглинкам - от 7 до 17, к глинам - более 17.

В германских же стандартах существует несколько иная классификация. Согласно DIN глинистый грунт подразделяют на: суглинок, глину, суглинок с песком, глину с песком, т.е. нет выделения такой разновидности глинистого грунта, как супесь. Разновидность грунта определяется по графику пластичности (рис. 6). График представляет собой прямолинейную зависимость (А-линия), выраженную функцией I Р =0,73·(W L -20), где W L - в %. Значения I Р ≤ 4% или ниже А-линии характеризуют суглинок, значения I Р ≥ 7% и выше А-линии - глину. При этом, если значение W L менее 35% - слабопластичный грунт, если W L лежит пределах от 35% до 50% - среднепластичный грунт, если W L больше 50% - сильнопластичный грунт.

Для количественной оценки состояния консистенции грунта используется показатель текучести I L . В германских стандартах существует еще и показатель консистенции Ic , который является обратным показателю I L и используется как основной показатель для описания состояния консистенции грунта. Классификация грунтов по показателям текучести и консистенции представлена в таблицах 1 и 2.

Таблица 1

Значения I L для различных состояний консистенции глинистого грунта согласно ГОСТ

Состояние консистенции		Наименование грунта
		Суглинок и глина
		I L >1	I L >1
Пластичное	Текучепластичное	0,75<I L ≤1	0≤ I L ≤1
	Мягкопластичное	0,5< I L ≤0,75
	Тугопластичное	0,25< I L ≤0,5
Полутвердое		0≤ I L ≤0,25
		I L <0	I L <0

Таблица 2

Значения I L и I c для различных состояний консистенции глинистого грунта согласно DIN

В немецких нормах текучепластичное состояние представлено большим интервалом по отношению к российским стандартам, что ведет к несоответствию остальных интервалов состояний консистенции. Для определения твердого состояния согласно DIN существует еще одна граница переходного состояния - граница перехода из полутвердого состояния в твердое Ws . Твердое состояние принимается, если значение I с больше, чем значение I с , соответствующее Ws , на графике зависимости I с /I L от влажности (рис. 1). Ws определяется согласно DIN по формуле:

V d - объем сухого грунта, см 3 ;

m d - масса сухого грунта, г;

ρ s - плотность частиц грунта, г/см 3 ;

ρ w - плотность воды, г/см 3 .

Рис. 1. Графическое представление классификации состояний глинистого грунта согласно немецким нормам

Отличие в классификации и разность методик определения характеристик консистенции могут давать и разные значения классификационных показателей, а, следовательно, и иное представление о данном грунте.

Для определения параметров консистенции и сравнения результатов был проведен ряд опытов в лаборатории института Механики грунтов Брауншвейгского технического университета по российской и германской технологиям. Характеристики консистенции определялись для двух видов глинистого грунта: суглинка текучего и глины полутвердой согласно классификации в соответствии с ГОСТ.

По российской технологии граница текучести была определена в соответствии с ГОСТ с помощью балансирного конуса (Васильева). Верхний предел пластичности соответствует такому состоянию грунта, при котором стандартный конус за 5 с погружается под действием собственного веса на глубину 1 см.

По германской методике для определения границы текучести использовались приборы Fließgrenzegerät согласно DIN и Fallkegelgerät согласно DIN.

Основным методом определения границы текучести в Германии является метод, описанный в DIN, с использованием прибора Fließgrenzegerät, но, поскольку этот метод во многом зависит от человеческого фактора, от правильности тарировки прибора и, кроме того, обладает большой трудоемкостью, в другом стандарте DIN предлагается заменить его на способ определения границы текучести с помощью прибора Fallkegelgerät.

Прибор Fließgrenzegerät представляет собой блок из твердой резины, на котором установлена чаша из медно-цинкового сплава с ударным устройством. Чаша заполняется грунтом, в котором нарезается борозда. Затем ударное устройство приводится в действие, и чаша быстро поднимается и опускается. Далее фиксируется число соударений, при которых борозда закрывается не менее чем на 1 см (рис. 2).

Рис. 2.Определение границы текучести в приборе Fließgrenze gerä t:

Таких испытаний проводится минимум 4 с постепенным высушиванием или доувлаженением грунта, после каждого опыта отбирается проба грунта массой 15-20 г для определения влажности и строится график зависимости количества ударов от влажности (рис. 3). График представляет собой прямую, по которой и определяется значение влажности на границе текучести, соответствующее 25 ударам.

Рис. 3.График зависимости количества ударов от влажности:

а, б - соответственно, для суглинка и глины согласно российской классификации по

При испытаниях с использованием прибора Fallkegelgerät, так же как и при испытаниях согласно ГОСТ, измеряется глубина, на которую конус погрузился за 5 с под действием собственного веса. Прибор представляет собой штатив, на котором установлены опускающийся конус, штангенциркуль для измерения осадки конуса, специальная чаша для проведения испытаний (рис. 4).

Рис. 4.Определение границы текучести в приборе Fallkegelgerä t:

а) до испытания, б) после испытания

Проводится не менее 4 испытаний с постепенным высушиванием или доувлажнением грунта. Строится график зависимости глубины погружения конуса от влажности, по которому и определяется граница текучести, соответствующая глубине погружения 20 мм (рис. 5).

Рис. 5. График зависимости глубины погружения конуса от влажности:

а, б - соответственно для суглинка и глины согласно российской классификации по

Влажность на границе раскатывания как по ГОСТ, так и по DIN определяется одинаково. Нижний предел пластичности соответствует такому состоянию грунта, при котором он начнет распадаться на мелкие кусочки, если раскатать его в шнур диаметром 3 мм.

Влажность грунта определялась эталонным методом как в соответствии с ГОСТ, так и в соответствии с DIN высушиванием до постоянной массы в сушильном шкафу при температуре 105°С. Существующие в германских стандартах экспресс-методы определения влажности, описанные в DIN, не применялись.

График пластичности представлен на рисунке 6.

Рис. 6. График пластичности:

* разновидность грунта в зависимости от I Р согласно российской классификации в соответствии с ГОСТ

ST - смесь глины с песком, SU - смесь суглинка с песком,

TL - слабопластичная глина, UL - слабопластичный суглинок,

TM - среднепластичная глина, UM - среднепластичный суглинок,

TA - сильноспластичная глина, UA - сильнопластичный суглинок;

Значения, полученные с использованием прибора Fallkegelgerät, соответственно, для суглинка и глины согласно российской классификации по ,

Значения, полученные при использовании прибора Fließgrenzegerät, соответственно, для суглинка и глины согласно российской классификации по .

Результаты и классификация сведены в таблицы 3 и 4.

Таблица 3

Полученные результаты испытаний для суглинка текучего согласно российской классификации по

Таблица 4

Результаты испытаний для глины полутвердой согласно российской классификации по

Для сопоставления классификационных показателей, определяемых различными методиками и имеющих разные значения, в ГОСТ приведена корреляционная зависимость между границей текучести согласно международному стандарту (LL ) и границей текучести по ГОСТ (W L ):

LL =1,48·W L - 8,3 (2)

В результате проведенного анализа полученных данных функция зависимость между этими же стандартами имеет несколько другой вид:

LL =1,2·W L - 4,21 (3)

Однако аналогично полученная зависимость между DIN и ГОСТ очень близка к функции (2):

LL =1,47·W L -7,45 (4)

Следует учесть, что результаты получены на ограниченном количестве экспериментальных данных. Для более точных результатов необходимы дальнейшие расширенные исследования.

Основные выводы

График пластичности, используемый в немецких нормах для классификации глинистого грунта, зависит от двух показателей: W L и I p , что дает возможность определить не только разновидность грунта, но и его способность проявлять пластичные свойства. Это способствует более точной оценке и классификации грунта. При этом отсутствует такая разновидность грунта, как супесь. Вместо этого на графике пластичности соответствующая область обозначена как смесь глины с песком либо смесь суглинка с песком.
Влажность на границе текучести W L имеет различные значения в зависимости от того, согласно какому нормативному стандарту она определяется. Так, например, W L для глины согласно российской классификации по ГОСТ, определенная в соответствии с ГОСТ, меньше на 6,5 %, чем W L того же грунта, определенная по DIN, и на 16,2 % меньше, чем W L , определенная по DIN. Для суглинка согласно российской классификации по ГОСТ W L меньше на 1,7 % и на 5,6 % соответственно.
Существенные отличия значений W L говорят о разной пластичности грунта I p , а следовательно, могут характеризовать один и тот же грунт по-разному. Кроме того, отличие показателя текучести I L и несоответствие классификации дают иное представление о состоянии грунта и, как следствие, о его характеристиках прочности и деформируемости и работе под действием нагрузок и воздействий в целом.

Рецензенты:

Миронов В.В., д.т.н., профессор, ФГБОУ ВПО ТюмГАСУ, г. Тюмень;

Чекардовский М.Н., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой теплогазоводоснабжения и вентиляции, ФГБОУ ВПО ТюмГАСУ, г. Тюмень.

Нормативный документ

Наименование грунта

ГОСТ 25100-2011

Суглинок текучий

DIN ISO/TS 17892-12

Глина слабопластичная в текучем состоянии

Глина слабопластичная в текучепластичном состоянии

Пронозин Я.А., Калугина Ю.А. СРАВНЕНИЕ ВЛИЯНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК КОНСИСТЕНЦИИ НА КЛАССИФИКАЦИЮ ПЫЛЕВАТО-ГЛИНИСТЫХ ГРУНТОВ СОГЛАСНО РОССИЙСКИХ И ГЕРМАНСКИХ НОРМАТИВНЫХ СТАНДАРТОВ // Современные проблемы науки и образования. – 2015. – № 1-1.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=19024 (дата обращения: 01.02.2020). Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»