Для удобства классификации частицы, близкие по крупности, объединяются в определенные группы (гранулометрические фракции), которым присваиваются следующие наименования (табл. 1.1).
Таблица 1.1. Классификация частиц грунта по размерам.
| Наименование частиц | Размер частиц, мм |
| КрубнообломочныеГлыбы и валуныЩебень и галькаДресва и гравий ПесчаныеКрупныеСредниеМелкиеТонкие Пылевато-глинистыеПылеватыеГлинистые | Более 200200…1010…22…0,50,5…0,250,25…0,100,10…0,050,05…0,005Мене 0,005 |
Природные грунты состоят из совокупности частиц разного размера. Пожалуй, только морские отложения бывают хорошо отсортированы: на песчаном морском пляже не встречаются ни крупнообломочные. Ни пылевато-глинистые частицы. Речные пески значительно менее отсортированы. Здесь можно встретить не только песчаные, но и пылевато-глинистые частицы. Речные пески значительно менее отсортированы. Здесь можно встретить не только песчаные, но и пылевато-глинистые частицы. Еще более неоднородны грунты другого образования.
В зависимости от соотношения в грунте частиц того или иного размера они разделяются на три группы: крупнообломочные, песчаные и пылевато-глинистые грунты.
2.4 Структурные связи между частицами грунта.
Связи между частицами и агрегатами частиц в грунте называются с т р у к т у р н ы м и с в я з я м и.
По своей природе и по прочности они различны. Из-за высокой прочности самих частиц именно связи между частицами определяют деформируемость и прочность грунтов. Громадное значение имеет то. что некоторые типы связей легко разрушаются при различных воздействиях на грунты в ходе строительства и эксплуатации сооружений. Вопрос о природе связей. Способах их сохранения и упрочнения является важнейшим вопросом грунтоведения.
Образование структурных связей – длительный процесс, развивающийся на протяжении всей истории формирования и видоизменения горной породы. Скальным грунтам присущи жесткие к р и с т а л и з а ц и о н н ы е с в я з и , энергия которых соизмерима с внутрикристаллической энергией химической связи отдельных атомов. Поэтому блоки слаботрещиноватых скальных пород обладают очень высокой прочностью и малой деформируемостью. При разрушении кристаллизационные связи не восстанавливаются – блоки породы расчленяются трещинами на отдельные куски. Снижение прочности и увеличении деформируемости скальных грунтов в условиях естественного залегания обусловлено прежде всего их трещиноватостью.
Нескальные грунты по характеру структурных связей разделяются на с в я з н ы е и н е с в я з н ы е (сыпучие). К связным относятся пылевато-глинистые грунты (супеси, суглинки, глины); к сыпучим – крупнообломочные и песчаные грунты.
Связные грунты способны воспринимать малые растягивающие напряжения, поэтому в ним возможно существование вертикальных откосов небольшой высоты. Сыпучие грунты растягивающих напряжений не воспринимают, и создание в них вертикальных откосов без укрепления невозможно.
Структурные связи в глинистых грунтах имеют значительно более сложную природу и определяются электромолекулярными силами взаимного притяжения и отталкивания между частицами, а также частицами и ионами в поровой воде. Такие связи называются в о д н о-к о л л о и д н ы м и. Они обуславливают с в я з н о с т ь г л и н и с т ы х г р у н т о. Интенсивность этих связей зависит от расстояния между частицами, зарядов на их поверхности, состава и содержания ионов в поровой воде.
В слабоуплотненных водных осадках глинистых грунтов при большом расстоянии между частицами и при наличии свободной воды из-за сил молекулярного притяжения между твердыми телами-частицами возникают слабые структурные связи. Уплотнение грунта приводит к сближению частиц и усилению этих связей. При дальнейшем уменьшении расстояния между частицами начинают проявляться отталкивающие силы воды: интенсивность увеличения прочности связей уменьшается, и дальнейшее сближение частиц возможно только при затрате дополнительных усилий.
В осадочных нескальных грунтах с течением времени под влиянием уплотнения от массы перекрывающей их толщи могут произойти процессы удаления избыточной воды, кристаллизации коллоидных и химических осажденных веществ, сопровождающиеся резким усилением цементационных связей и литификаций (окаменением) грунтов. При этом они переходят в осадочные скальные грунты: крупнообломочные - в конгломераты, брекчии; песчаные – в песчинки; пылевато-глинистые – в алевролиты и аргиллиты.
3. Физические характеристики, классификация грунтов, строение оснований.
3.1 Основные физические характеристики грунтов.
Значение характеристик. Оценка каждой конкретной разновидностигрунта как физического тела производится с помощью ряда физических характеристик. Разнообразие состава, строения и состояния грунтов делает неизбежным введение значительного числа таких характеристик. Некоторые из них непосредственно применяются в расчетах оснований и грунтовых сооружений, совокупность ряда характеристик используется для классификации грунтов. Количественные показатели одних характеристик всегда определяются опытами, чаще всего с образцами грунта, других – расчетом по значениям определенных опытом показателей.
Соответствие полученных таким образом характеристик состоянию грунта, залегающего в основании или составляющего тело сооружения, является одним из важнейших условий точности инженерных прогнозов. Поэтому отбор образцов для определения характеристик исследуемого грунта, упаковка и транспортировка образцов производится так, чтобы полностью сохранить состояние грунта в естественных условиях залегания или в теле грунтового сооружения.
Характеристики плотности, влажности и пористости грунта.
Плотность грунта – отношение массы грунта к его объему:
ρ= M/V
Влажность грунта – отношение массы воды к массе твердых частиц, выражаемое в долях единицы, иногда в процентах:
w = m2/m1 = (M – m1)/m1
Плотность частиц грунта определяется как отношение массы твердых частиц грунта к их объему:
ρˢ = m1/V1
3.2 Классификация грунтов.
Все грунты по характеру структурных связей подразделяются на два класса: скальные и нескальные грунты. В пределах каждого класса грунты разделяются на группы по происхождению (магматические, метаморфические. Осадочные сцементированные, искусственные – для скальных грунтов; осадочные несцементированные и искусственные – для нескальных грунтов). Каждая группа подразделяется по условиям образования на подгруппы. Например, магматические грунты разделяются на глубинные и илившиеся; осадочные сцементированные – на обломочные, биохимические и химические. Среди несцементированных грунтов выделяются крупнообломочные, песчаные, пылеватые и глинистые, биогенные, почвы и т.п. Дальнейшее подразделение производится по преобладающему минеральному составу и размеру частиц грунта, по степени его неоднородности, числу пластичности – на типы грунтов: (например, песок гравелистый, песок крупный и т.п. – для песчаных грунтов; супесь, суглинок, глина – для глинистых грунтов и т.п.). В пределах каждого типа по структуре и текстуре, а иногда по составу примесей грунты разделяются на виды (например, для песка крупного – плотный, средней плотности, рыхлый; для супеси, суглинка и глины – щебенистые, дресвяные, без примеси органики, с примесью органики и т.д.). И наконец. В пределах каждого вида по физическим, физико-механическим, химическим свойствам и состоянию выделяются разновидности грунтов (например, песок крупный, влажный или насыщенный водой, засоленный и т.п.; суглинок щебенистый, тугопластичный и т.п.).
Отнесение грунта к тому или иному классу, группе, подгруппе, типу, виду и разновидности производится с помощью рассмотренных характеристик грунтов. Во многих случаях обоснованное отнесение конкретного грунта к определенному виду или разновидности позволяет установить ориентировочные показатели его строительных свойств, используемые в предварительных расчетах. В хорошо изученных районах найденные путем классификации показатели часто оказываются достаточными для окончательных расчетов и проектирования простых сооружений.
Полная классификация грунтов приведена в ГОСТ 25100-82. Классификация первых двух групп грунтов приведена в табл. 1.2.
Таблица 1.2. Типы крупнообломочных и песчаных грунтов.
| Тип грунта | Характерный размер частиц, мм | Содержание частиц крупнее характерного размера, % по массе |
| 1 | 2 | 3 |
| 1 | 2 | 3 |
| КрупнообломочныеГлыбовый (валунный)Щебенистый (галечниковый)Дресвяный (гравийный) ПесчаныеГравелистыйКрупныйСреднийМелкийПылеватый | 200 10 2 2 0,5 0,25 0,1 0,1 | > 50 > 50 > 50 > 25 > 50 > 50 75 и более < 75 |
Содержание глинистых частиц в крупнообломочных и песчаных грунтах обычно не превышает 3%. Пылевато-глинистые грунты в зависимости от содержания в них глинистых частиц подразделяются на супеси – 3…10%, суглинки – 10…30%, глины – более 30%.
3.3 О связи физических и механических характеристик грунтов.