Физические свойства грунтов, лежащих в основании, исследуют с точки зрения их способности нести нагрузку дома через его фундамент.

Физические свойства грунта меняются в зависимости от внешней среды. На них влияет: влажность, температура, плотность, неоднородность и многое другое, поэтому для оценки технической пригодности грунтов будем исследовать их свойства, которые неизменны и которые могут меняются при изменении внешней среды:

• связанность (сцепление) между частицами грунта;
• размер, форма частиц и их физические свойства;
• однородность состава, наличие примесей и их воздействие на грунт;
• коэффициент трения одной части грунта о другую (сдвиг пластов грунта);
• водопроницаемость (водопоглощение) и изменение несущей способности при изменении влажности грунта;
• водоудерживающая способность грунта;
• размываемость и растворимость в воде;
• пластичность, сжимаемость, разрыхляемость и т. д.

Грунты: типы и свойства

Классы грунтов

Грунты разделяют на три класса: скальные, дисперсионные и мерзлые (ГОСТ 25100-2011).

• Скальные грунты - магматические, метаморфические, осадочные, вулканогенно-осадочные, элювиальные и техногенные породы обладающие жесткими кристаллизационными и цементационными структурными связями.
• Дисперсионные грунты - осадочные, вулканогенно-осадочные, элювиальные и техногенные породы с водноколлоидными и механическими структурными связями. Эти грунты делятся на связные и несвязные (сыпучие). Класс дисперсионных грунтов подразделяют на группы:
  • минеральные - крупнообломочные, мелкообломочные, пылеватые, глинистые грунты;
  • органоминеральные - заторфованные пески, илы, сапропели, заторфованные глины;
  • органические - торфы, сапропели.
• Мерзлые грунты - это те же скальные и дисперсионные грунты, дополнительно обладающие криогенными (ледяными) связями. Грунты в которых присутствуют только криогенные связи называются ледяными.

По строению и составу грунты разделяют на:

• скальные;
• крупнообломочные;
• песчаные;
• глинистые (в том числе лессовидные суглинки).

В основном встречаются разновидности песчаных и глинистых разновидностей, которые весьма разнообразны как по крупности частиц, так и по физико-механическим свойствам.

По степени залегания грунты делятся на:

• верхние слои;
• средней глубины залегания;
• глубокого залегания.

В зависимости от типа грунта основание может быть расположено в разных слоях грунта.

Верхние слои грунта подвергаются атмосферному воздействию (намокание и высыхание, выветривание, замерзание и оттаивание). Такое воздействие изменяет состояние грунта, его физические свойства и уменьшает противодействие нагрузкам. Исключением являются только скальные грунты и конгломераты.

Поэтому основание дома необходимо располагать на глубине с достаточными несущими характеристиками грунта.

Классификация грунтов по размеру частиц определена ГОСТом 12536

Частицы	Фракции	Размер, мм
Крупные обломки
Валуны*, глыбы	крупные	> 800
	средней крупности	400-800
	мелкие	200-400
Галька*, щебень	крупные	100-200
	средней крупности	60-100
	мелкие	10-60
Гравий*, дресва	крупные	4-10
	мелкие	2-4
Мелкие обломки
Песок	очень крупные	1-2
	крупные	0,5-1
	средней крупности	0,25-0,5
	мелкие	0,1-0,25
	очень мелкие	0,05-0,1
Взвесь
Пыль (ил)	крупные	0,01-0,05
	мелкие	0,002-0,01
Коллоиды
Глина		< 0,002

* Названия крупных обломков с обкатанными гранями.

Измеряемые характеристики грунтов

Для вычисления несущих характеристик грунта нам нужны измеряемые характеристики грунта. Вот некоторые из них.

Удельный вес грунта

Удельным весом грунта γ называется вес единицы объема грунта, измеряется в кН/м³.

Удельный вес грунта вычисляется через его плотность:

ρ ‑ плотность грунта, т/м³;
g ‑ ускорение свободного падения, принимаемое равным 9,81 м/с².

Плотность сухого (скелета) грунта

Плотность сухого (скелета) грунта ρ d ‑ природная плотность за вычитанием массы воды в порах, г/см³ или т/м³.

Устанавливается расчетом:

где ρ s и ρ d - соответственно плотность частиц и плотность сухого (скелета) грунта, г/см³ (т/м³).

Принимаемая плотность частиц ρ s (г/см³) для грунтов

Коэффициент пористости е, для песчаных грунтов разной плотности

Степени влажности грунта

Степень влажности грунта S r - отношение естественной (природной) влажности грунта W к влажности, соответствующей полному заполнению пор водой (без пузырьков воздуха):

где ρ s - плотность частиц грунта (плотность скелета грунта), г/см³ (т/м³);
е - коэффициент пористости грунта;
ρ w - плотность воды, принимаемая равной 1 г/см³ (т/м³);
W - природная влажность грунта, выраженная в долях единицы.

Грунты по степени влажности

Пластичность грунта

class="h3_fon">

Пластичность грунта - его способность деформироваться под действием внешнего давления без разрыва сплошности массы и сохранять приданную форму после прекращения деформирующего усилия.

Для установления способности грунта принимать пластичное состояние определяют влажность, характеризующую границы пластичного состояния грунта текучести и раскатывания.

Граница текучести W L характеризует влажность, при которой грунт из пластичного состояния переходит в полужидкое - текучее. При этой влажности связь между частицами нарушается благодаря наличию свободной воды, вследствие чего частицы грунта легко смещаются и разъединяются. В результате этого сцепление между частицами становится незначительным и грунт теряет свою устойчивость.

Граница раскатывания W P соответствует влажности, при которой грунт находится на границе перехода из твердого состояния в пластичное. При дальнейшем увеличении влажности (W > W P) грунт становится пластичным и начинает терять свою устойчивость под нагрузкой. Границу текучести и границу раскатывания называют также верхним и нижним пределами пластичности.

Определив влажность на границе текучести и границе раскатывания, вычисляют число пластичности грунта I Р. Число пластичности представляет собой интервал влажности, в пределах которого грунт находится в пластичном состоянии, и определяется как разность между границей текучести и границей раскатывания грунта:

I Р = W L - W P

Чем больше число пластичности, тем более пластичен грунт. Минеральный и зерновой составы грунта, форма частиц и содержание глинистых минералов существенно влияют на границы пластичности и число пластичности.

Деление грунтов по числу пластичности и процентному содержанию песчаных частиц приведено в таблице.

Текучесть глинистых грунтов

Показать текучести I L выражается в долях единицы и используется для оценки состояния (консистенции) пылевато-глинистых грунтов.

Определяется расчетом из формулы:

I L =	W - W p
	I р

где W - природная (естественная) влажность грунта;
W p - влажность на границе пластичности, в долях единицы;
I p - число пластичности.

Показатель текучести для грунтов разной плотности

Скальные грунты

Скальные грунты - монолитные породы или в виде трещиноватого слоя с жесткими структурными связями, залегающие в виде сплошного массива или разделенные трещинами. К ним относятся магматические (граниты, диориты и др.), метаморфические (гнейсы, кварциты, сланцы и др.), осадочные сцементированные (песчаники, конгломераты и др.) и искусственные.

Они хорошо держат нагрузку на сжатие даже в водонасыщенном состоянии и при отрицательных температурах, а также не растворимы и не размягчаются в воде.

Являются хорошим основанием для фундаментов. Единственная сложность - это разработка скального грунта. Фундамент можно возводить непосредственно на поверхности такого грунта, без какого-либо вскрытия или заглубления.

Крупнообломочные грунты

class="h3_fon">

Крупнообломочные - несвязные обломки скальных пород с преобладанием обломков размером более 2 мм (свыше 50%).

По гранулометрическому составу крупнообломочные грунты подразделяют на:

• валунный d>200 мм (при преобладании неокатанных частиц - глыбовый),
• галечниковый d>10 мм (при неокатанных гранях -щебенистый)
• гравийный d>2 мм (при неокатанных гранях - дресвяный). К ним можно отнести гравий, щебень, гальку, дресву.

Эти грунты являются хорошим основанием, если под ними расположен плотный слой. Они сжимаются незначительно и являются надежными основаниями.

При наличии в крупнообломочных грунтах песчаного заполнителя более 40% или глинистого заполнителя более 30% от общей массы воздушно-сухого грунта в наименовании крупнообломочного грунта добавляют наименование вида заполнителя, и указывают характеристики его состояния. Вид заполнителя устанавливают после удаления из крупнообломочного грунта частиц крупнее 2 мм. Если обломочный материал представлен ракушкой в количестве ≥ 50%, грунт называют ракушечным, если от 30 до 50% - к наименованию грунта прибавляют с ракушкой.

Крупнообломочный грунт может быть пучинистым, если мелкая составляющая - пылеватый песок или глина.

Конгломераты

class="h3_fon">

Конгломераты - крупнообломочные породы, группа скалистых разрушенных, состоящих из отдельных камней разной фракции, содержащие более 50% обломков кристаллических или осадочных пород, не связанных между собой или же сцементированных посторонними примесями.

Как правило, несущая способность таких грунтов достаточно высокая и способна выдержать вес дома в несколько этажей.

Хрящеватые грунты

class="h3_fon">

Хрящеватые грунты - это смесь глины, песка, обломков камней, щебня и гравия. Они плохо размываются водой, не подвержены вспучиванию и вполне надежны.

Они не сжимаются и не размываются. В этом случае рекомендуется закладка фундамента с заглублением, как минимум, в 0,5 метра.

Дисперсионные грунты

Минеральный дисперсионный грунт состоит из геологических элементов различного происхождения и определяется по физико-химическим свойствам и геометрическим размерам частиц его составляющим.

Песчаные грунты

class="h3_fon">

Песчаные грунты - продукт разрушения горных пород, представляют собой сыпучую смесь зерен кварца и других минералов, образовавшихся в результате выветривания горных пород с размерами частиц от 0,1 до 2 мм, содержащие глины не более 3%.

Песчанные грунты по крупности частиц могут быть:

• гравелистые (25% частиц крупнее 2 мм);
• крупные (50% частиц по весу крупнее 0,5 мм);
• средней крупности (50% частиц по весу крупнее 0,25 мм);
• мелкие (размеры частиц - 0,1-0,25 мм)
• пылеватые (размеры частиц 0,005-0,05 мм). Они близки по своим проявлениям к глинистым грунтам.

По плотности подразделяются на:

• плотные;
• средней плотности;
• рыхлые.

Чем выше плотность, тем прочнее грунт.

Физические свойства:

• высокая сыпучесть, поскольку сцепления между отдельными зернами нет.
• легко разрабатываются;
• хорошая водопроницаемость, хорошо пропускают воду;
• не меняются в объеме при разном уровне водопоглощении;
• промерзают незначительно, не пучинистые;
• при нагрузках имеют свойство сильно уплотняться и проседать, но в довольно сжатые сроки;
• не пластичны;
• легко утрамбовываются.

Сухой чистый (в особенности крупный) кварцевый песок может выдержать большие нагрузки. Чем крупнее и чище пески, тем большую нагрузку может выдержать слой основания из него. Гравелистые, крупные и средней крупности пески значительно уплотняются под нагрузкой, незначительно промерзают.

Если пески залегают равномерно с достаточной плотностью и мощностью слоя, то такой грунт являются хорошей основой для фундамента и чем крупнее песок, тем большую нагрузку он может воспринимать. Рекомендуется закладка фундамента на глубине от 40 до 70 см.

Мелкий песок, разжиженный водой, особенно с примесями глины и ила, в качестве основания ненадежен. Пылеватые пески (размер частиц от 0,005 до 0,05 мм) слабо держат нагрузку, как основание требуют укрепление.

Супеси

class="h3_fon">

Супеси - грунты, в которых глинистые частицы размером менее 0,005 мм содержатся в пределах от 5 до 10%.

Плывуны - это супеси по свойствам близки к пылеватым пескам, содержащие большое количество пылеватых и очень мелких глинистых частиц. При достаточном водопоглощении пылеватые частицы начинаю играть роль смазки между крупными частицами и некоторые разновидности супесей становятся настолько подвижными, что текут, как жидкость.

Различают плывуны истинные и псевдоплывуны.

Истинные плывуны характеризуются присутствием пылевато-глинистых и коллоидных частиц, большой пористостью (> 40%), низкими водоотдачей и коэффициентом фильтрации, особенностью к тиксотропным превращениям, оплыванием при влажности 6 - 9% и переходом в текучее состояние при 15 - 17%.

Псевдоплывуны - пески, не содержащие тонких глинистых частиц, полностью водонасыщенные, легко отдающие воду, водопроницаемые, переходящие в плывунное состояние при определенном гидравлическом градиенте.

Плывуны практически непригодны для использования в качестве оснований фундаментов.

Глинистые грунты

class="h3_fon">

Глины - горные породы, состоящие из чрезвычайно мелких частиц (менее 0,005, мм), с небольшой примесью мелких песчаных частиц. Глинистые грунты образовались в результате физико-химических процессов, происходивших при разрушении горных пород. Характерным свойством их является сцепление мельчайших частиц грунта между собой.

Физические свойства:

• низкие водопропускные свойства, поэтому всегда содержат воду (от 3 до 60%, обычно 12-20%).
• увеличиваются в объеме при намокании и уменьшаются при высыхании;
• в зависимости от влажности обладают значительной связанностью частиц;
• сжимаемость глины высокая, уплотнение под нагрузкой низкое.
• пластичны только в пределах определенной влажности; при меньшей влажности они становятся полутвердыми или твердыми, при большей - из пластичного состояния переходят в текучее;
• размываются водой;
• пучинистость.

По поглощенной воде глины и суглинки подразделяют на:

• твердые,
• полутвердые,
• тугопластичные,
• мягкопластичные,
• текучепластичные,
• текучие.

Осадка зданий на глинистых грунтах, продолжается более длительное время, чем на песчаной почве. Глинистые грунты с песчаными прослойками легко разжижаются и поэтому обладают небольшой несущей способностью.

Сухие, плотно слежавшиеся глинистые грунты с большой мощностью слоя выдерживают значительные нагрузки от сооружений, если под ними находятся устойчивые подстилающие слои.

Глина, слежавшаяся в течение многих лет, считается хорошим основанием для фундамента дома.

Но такое такая глина встречается редко, т.к. в природном состоянии практически никогда не бывает сухой. Капиллярный эффект, присутствующий в грунтах с мелкой структурой, приводит к тому, что глина практически всегда находится во влажном состоянии. Так же влага может проникать через песчаные примеси в глине, поэтому влагопоглощение у глины происходит неравномерно.

Неоднородность влажности при замерзании грунта приводит к неравномерной пучинистости при отрицательных температурах, что может привести к деформации фундамента.

Пучинистыми могут быть все виды глинистых грунтов, а также пылеватые и мелкие пески.

Глинистые грунты - самые непредсказуемые для строительства.

Они могут размываться, разбухать, сжиматься, при замерзании вспучиваться. Фундаменты на таких грунтах строят ниже отметки промерзания.

При наличии лессовых и илистых грунтов необходимо принять меры к укреплению основания.

Макропористые глины

Глинистые грунты, обладающие в природном сложении видимыми невооруженным глазом порами, значительно превышающими скелет грунта, называют макропористыми. К макропористым грунтам относят лёссовые (более 50 % пылевидных частиц), наиболее распространенные на юге РФ и Дальнем Востоке. При наличии влаги лёссовидные грунты теряют устойчивость и размокают.

Суглинки

class="h3_fon">

Суглинки - грунты, в которых глинистые частицы размером менее 0,005 мм содержатся в пределах от 10 до 30%.

По своим свойствам они занимают промежуточное положение между глиной и песком. В зависимости от процентного содержания глины суглинки могут быть легкими, средними и тяжелыми.

Такой грунт как лёсс относится к группе суглинков, содержит значительное количество пылеватых частиц (0,005 - 0,05 мм) и водорастворимые известняки и др., очень пористый и при намокании сжимается. При замерзании вспучивается.

В сухом состоянии такие грунты обладают значительной прочностью, но при увлажнении их грунт размягчается и резко уплотняется. В результате происходят значительные осадки, сильные перекосы и даже разрушения возведенных на нем сооружений, в особенности из кирпича.

Таким образом, для того чтобы лессовидные грунты служили надежным основанием для сооружений, нужно полностью устранить возможность их замачивания. Для этого необходимо тщательно изучить режим грунтовых вод и горизонты их высшего и низшего стояния.

Ил (илистые грунты)

class="h3_fon">

Ил - образовавшиеся в начальной стадии своего формирования в виде структурных осадков в воде, при наличии микробиологических процессов. Большей частью такие грунты располагаются в местах торфоразработок, болотистых и заболоченных местах.

Ил - илистые грунты, водонасыщенный современный осадок преимущественно морских акваторий, содержащий органическое вещество в виде растительных остатков и гумуса, содержание частиц меньше 0,01 мм составляет 30-50% по массе.

Свойства илистых грунтов:

• Cильная деформируемость и высокая сжимаемость и как следствие - ничтожное сопроивление к нагрузкам и непригодность их использования в качестве естественного основания.
• Значительное влияние структурных связей на механические свойства.
• Незначительное сопротивление сил трения, что затрудняет применение в них свайных фундаментов;
• Органические (гуминовые) кислоты в иле, действуют разрушающе на бетон сооружений и фундамента.

Самым существенным явлением, возникающим в илистых грунтах под действием внешней нагрузки, как указывалось выше, является разрушение их структурных связей. Структурные связи в илах начинают разрушаться при относительно незначительных нагрузках, однако лишь при некоторой, вполне определенной для данного илистого грунта величине внешнего давления происходит лавинное (массовое) нарушение структурных связей, причем прочность илистого грунта резко снижается. Эта величина внешнего давления носит название "структурной прочности грунта". Если давление на илистый грунт меньше структурной прочности, то свойства его близки к свойствам твердого тела малой прочности, причем, как показывают соответствующие опыты, ни сжимаемость ила, ни его сопротивление сдвигу практически не зависят от природной влажности. При этом угол внутреннего трения илистого грунта мал, а сцепление имеет вполне определенную величину.

Последовательность возведения фундаментов на илистых грунтах:

• Производится "выемка" этих грунтов, и замещают послойно песчаным грунтом;
• Отсыпают каменную/щебеночную подушку, ее мощность определяется расчетом, необходимо, чтобы на поверхность илистого грунта от сооружения и подушки приходилось давление неопасное для илистого грунта;
• После этого возводится сооружение.

Сапропель

class="h3_fon">

Сапропель - пресноводный ил, образовавшийся на дне застойных водоемов из продуктов распада растительных и животных организмов и содержащий более 10% (по массе) органического вещества в виде гумуса и растительных остатков.

Сапропель имеет пористую структуру и, как правило, текучую консистенцию, высокую дисперсность - содержание частиц крупнее 0,25 мм обычно не превышает 5% по массе.

Торф

class="h3_fon">

Торф - органический грунт, образовавшийся в результате естественного отмирания и неполного разложения болотных растений в условиях повышенной влажности при недостатке кислорода и содержащий 50% (по массе) и более органических веществ.

В их состав входит большое количество растительных осадков. По количеству их содержания различают:

• слабозаторфованные грунты (относительное содержание растительных осадков - менее 0,25);
• среднезаторфованные (от 0,25 до 0,4);
• сильнозаторфованные (от 0,4 до 0,6) и торфы (свыше 0,6).

Торфяники обычно сильно увлажнены, отличаются сильной неравномерной сжимаемостью и практически непригодны как основание. Чаще всего их заменяют на более пригодные основания, например, песчаные.

Заторфованный грунт

Грунт заторфованный - песок и глинистый грунт, содержащий от 10 до 50% (по массе) торфа.

Влажность грунта

Из-за капиллярного эффекта грунты с мелкой структурой (глина, пылеватые пески) находятся во влажном состоянии даже при низком уровне грунтовых вод.

Поднятие воды может достигать:

• в суглинках 4 - 5 м;
• в супесях 1 - 1,5 м;
• в пылеватых песках 0,5 - 1 м.

Условия для слабопучинистого грунта

Относительно безопасные условия, чтобы грунт считался слабопучинистым, когда подземная вода расположена ниже расчетной глубины промерзания:

• в пылеватых песках на 0,5 м;
• в супесях на 1 м;
• в суглинках на 1,5 м;
• в глинах на 2 м.

Условия для среднепучинистого грунта

Грунт можно отнести к категории среднепучинистой, когда подземная вода расположена ниже расчетной глубины промерзания:

• в супесях на 0,5 м;
• в суглинках на 1 м;
• в глинах на 1,5 м.

Условия для сильнопучинистого грунта

Грунт будет сильнопучинистый, если уровень грунтовых вод будет выше, чем для среднепучинистых грунтов.

Определение типа грунта на глаз

Даже далекий от геологии человек, сможет отличить глину от песка. Но определить на глаз долю глины и песка в грунте уже не каждый сможет. Какой грунт перед вами суглинок или супесь? И каков процент чистой глины и ила в таком грунте?

Для начала обследуйте соседние жилые участки. Опыт создания фундамента соседей может дать полезную информацию. Покосившиеся заборы, деформации фундаментов при неглубоком их заложении и трещины в стенах таких домов говорят о пучинистых грунтах.

Потом нужно взять пробу грунта со своего участка, желательно ближе к месту будущего дома. Некоторые советуют сделать ямку, но узкую ямку глубокой не выроешь, да и что с ней потом делать?

Я предлагаю простой и очевидный вариант. Начните своё строительство с выкапывания ямы под септик.

У вас получится колодец с достаточной глубиной (не менее 3 метров, можно больше) и шириной (не менее 1 метра), который дает кучу преимуществ:

• простор для взятия проб грунта с разной глубины;
• визуальный осмотр сечения грунта;
• возможность проверки грунта на прочность не вынимая грунт, в том числе и боковых стенок;
• яму вам обратно закапывать не нужно.

Только установите в колодец в ближайшее время бетонные кольца, чтобы колодец не осыпался от дождей.

Определение грунта по внешнему виду

Состояние сухой породы

Глина	Твёрдая в кусках, при ударе колется на отдельные комья. Комочки раздавливаются с большим трудом. Очень трудно растираются в порошок.
Суглинки	Комья и куски сравнительно тверды, при ударе рассыпаются, образуя мелочь. Растертая на ладони масса не дает ощущения однородного порошка. Песка на ощупь при растирании мало. Комочки раздавливаются легко.
Супесь	Сцепление между частицами слабое. Комья легко рассыпаются от давления рукой и при растирании чувствуется неоднородный порошок, в котором явно чувствуется присутствие песка. Супесь пылеватая при растирании напоминает сухую муку.
Песок	Песчаная саморассыпающаяся масса. При растирании в ладонях ощущение песчаной массы, преобладают крупные песчаные частицы.

Состояние влажной породы

Глина	Пластичное, липкое и мажущее	Шар при сдавливании не образует трещин по краям. При раскатывании даёт прочный и длинный шнур диаметром < 1 мм.
Суглинки	Пластичное	Шар при сдавливании образует лепёшку с трещинами по краям. Длинного шнура не образуется.
Супесь	Слабо пластичное	Образуется шар, который при лёгком надавливании рассыпается. Не скатывается в шнур или трудно скатывается и легко распадается на кусочки.
Песок	При переувлажнении переходит в текучее состояние	Не скатывается в шар и шнур.

Метод осветления воды

Метод определения типа грунта по скорости осветления воды за 1 минуту в пробирке (или стакане), в которую помещают щепотку почвы.

Тип фундамента от грунта

• Торф - свайный фундамент.
• Пылевые пески, тягучие глины - заглубленный фундамент с гидроизоляцией.
• Мелкие и средние пески, твердые глины - фундамент неглубокого заложения.
• Во влажных грунтах (глина, суглинок, супесь или пылеватый песок) глубина заложения фундамента - больше расчетной глубины промерзания.

Глинистые грунтыявляются одним из наиболее распространенных типов горных пород. В состав глинистых грунтов входят очень мелкие глинистые частицы, размер которых меньше 0,01 мм и песчаные частицы. Глинистые частицыимеют форму пластин или чешуек.Глинистые грунты имеют большое количество пор.Отношение объема пор к объему грунта называется пористостью и может колебаться от 0,5 до 1,1. Пористость характеризует степень уплотнения грунта.Глинистый грунт очень хорошо поглощает и удерживает воду, которая при замерзании превращается в лед и увеличивается в объеме, увеличивая объем всего грунта. Это явление называется пучением. Чем больше в грунтах содержится глинистых частиц, тем сильнее они подвержены пучению.

Глинистые грунты обладают свойством связанности, которое выражается в способности грунта сохранять форму благодаря наличию глинистых частиц. В зависимости от содержанияглинистых частиц грунтыклассифицируют на глину, суглинки и супеси.

Способность грунта деформироваться под действием внешних нагрузок без разрываи сохранять форму после прекращения нагрузки называется пластичностью.

Число пластичности Ip — разность влажностей, соответствующая двум состояниям грунта: на границе текучести WL и на границе раскатывания W p , W L и W p определяют по ГОСТ 5180.

Таблица 1. Классификация глинистых грунтов по содержанию глинистых частиц.

Грунт	частиц по массе, %	Число пластичности Ip
Суглинок

Число пластичности глинистых грунтов определяет их строительные свойства: плотность, влажность, сопротивление сжатию. С уменьшением влажности плотность возрастает и сопротивление сжатию увеличивается. С увеличением влажности плотность уменьшается и сопротивление сжатию также уменьшается.

Супесь.

Супесь содержит не более 10 % глинистых частиц, остальной объем этого грунта составляют песчаные частицы. Супесь практически не отличается от песка. Супесь бывает двух видов: тяжелая и легкая. Тяжелая супесь содержит от 6 до 10% глиняных частиц, в легкой содержание глинистых частиц от 3 до 6%.. При растирании супеси на влажной ладони можно увидеть частицы песка, после стряхивания грунта на ладони видны следы от глинистых частиц. Комки супеси в сухом состоянии легко рассыпаются и крошатся от удара. Супесь почти не скатываются в жгут. Шар, скатанный из увлажненного грунта, при легком давлении рассыпается.

Из-за высокого содержания песка супесь имеет сравнительно низкую пористость – от 0,5 до 0,7 (пористость — отношение объема пор к объему грунта), поэтому она может содержать меньше влаги и, следовательно, быть меньше подвержена пучению. Чем меньше пористость сухой супеси, тем больше ее несущая способность: при пористости 0,5 равна 3 кг/см 2 , при пористости 0,7 – 2,5 кг/см 2 . Несущая способность супеси не зависит от влажности, поэтому этот грунт можно считать непучинистым.

Суглинок.

Грунт, в котором содержание глинистых частиц достигает 30% от веса, называют суглинком. В суглинке, как и в супеси содержание песчаных частиц больше, чем глинистых. Суглинок обладает большей связанностью, чем супесь и может сохраняться в крупных кусках, не распадаясь на мелкие. Суглинки бывают тяжелыми (20% -30% глинистых частиц) и легкими (10% — 20% глинистых частиц).

Куски грунта в сухом состоянии менее тверды, чем глина. При ударе рассыпаются на мелкие куски. Во влажном состоянии мало пластичны. При растирании чувствуются песчаные частицы, комки раздавливаются легче, присутствуют более крупные песчинки на фоне более мелкого песка. Жгут, раскатанный из сырого грунта, получается коротким. Шар, скатанный из увлажненного грунта, при нажатии образует лепешку с трещинами по краям.

Пористость суглинка выше, чем супеси и колеблется от 0,5 до 1. Суглинок может содержать больше воды и, следовательно, больше, чем супесь, подвержен пучению.

Суглинки отличаются достаточно высокой прочностью, хотя подвержены к небольшой просадке и образованию трещин. Несущая способность суглинка – 3 кг/см 2 , в увлажненном – 2,5 кг/см 2 . Суглинки в сухом состоянии являются непучинистыми грунтами, При увлажнении глинистые частицы впитывают воду, которая в зимнее время превращается в лед, увеличиваясь в объеме, что приводит к пучению грунта.

Глина.

В состав глины входят больше 30% глинистых частиц. Глина имеет большую связанность. Глина в сухом состоянии — твердая, во влажном — пластичная, вязкая, прилипает к пальцам. При растирании пальцами песчаных частиц не чувствуется, раздавить комки очень трудно. Если кусок сырой глины разрезать ножом, то срез имеет гладкую поверхность, на которой не видно песчинок. При сдавливании шарика, скатанного из сырой глины, получается лепёшка, края которой не имеют трещин.

Пористость глины может достигать 1,1, она сильнее всех остальных грунтов подвержена морозному пучению. Глина в сухом состоянии имеет несущую способность 6 кг/см 2 , Глина, насыщенная водой, зимой может увеличиваться в объеме на 15%, теряя несущую способность до 3 кг/см 2 . При насыщении водой глина может перейти из твердого состояния в текучее.

В таблице 2 приведены способы, с помощью которых можно визуально определить вид и характеристики глинистых грунтов.

Таблица 2. Определение механического состава глинистых грунтов.

Наименование грунта	Вид в лупу	Пластичность
	Однородный тонкий порошок, частиц песка почти нет	Раскатывается в жгут и свертывается в кольцо
Суглинок	Преобладает песок, частиц глины 20 – 30%	При раскатывании получается жгут, при свертывании в кольцо распадается на части
	Преобладают частицы песка с небольшой примесью частиц глины	При попытке раскатывания жгут распадается на мелкие

Классификация глинистых грунтов.

Большинство глинистых грунтов в природных условиях в зависимости от содержания в них воды могут находиться в различном состоянии. Строительный стандарт (ГОСТ 25100-95 Классификация грунтов) определяет классификацию глинистых грунтов в зависимости от их плотности и влажности. Состояние глинистых грунтов характеризует показатель текучести IL — отношение разности влажностей, соответствующих двум состояниям грунта: естественному W и на границе раскатывания Wp , к числу пластичности Ip. В таблице 3 приведена классификация глинистых грунтов по показателю текучести.

Таблица 3. Классификация глинистых грунтов по показателю текучести.

Разновидность глинистого грунта	Показатель текучести
Супеси:
пластичные
Суглинки и глины:
полутвердые
тугопластичные
мягкопластичные
текучепластичные

По гранулометрическому составу и числу пластичности Ip глинистые группы подразделяют согласно таблице 4.

Таблица 4. Классификация глинистых грунтов по гранулометрическому составу и числу пластичности

	Число пластичности	частиц (2-0,5мм), % по массе
Супесь:
песчанистая
пылеватая
Суглинок:
легкий песчанистый
легкий пылеватый
тяжелый песчанистый
тяжелый пылеватый
Глина:
легкая песчанистая
легкая пылеватая
		Не регламентируется

По наличию твердых включений глинистые грунты подразделяют согласно таблице 5.

Таблица 5. Содержание твердых частиц в глинистых грунтах .

Разновидность глинистых грунтов
Супесь, суглинок, глина с галькой (щебнем)
Супесь, суглинок, глина галечниковые (щебенистые) или гравелистые (дресвяные)

Среди глинистых грунтов должны быть выделены:

Грунт заторфованный;

Просадочные грунты;

Набухающие (пучинистые) грунты.

Грунт заторфованный – песок и глинистый грунт, содержащий в своем составе в сухой навеске от 10 до 50 % (по массе) торфа.

По относительному содержанию органического вещества Ir глинистые грунты и пески подразделяют согласно таблице 6.

Таблица 6.Классификация глинистых грунтов по содержанию органических веществ

Разновидность грунтов	Относительное содержание органического вещества Ir, д. е.
Сильнозаторфованный
Среднезаторфованный
Слабозаторфованный
С примесью органических веществ

Грунт набухающий — грунт, который при замачивании водой или другой жидкостью увеличивается в объеме и имеет относительную деформацию набухания (в условиях свободного набухания) больше 0,04.

Грунт просадочный — грунт, который под действием внешней нагрузки и собственного веса или только от собственного веса при замачивании водой или другой жидкостью претерпевает вертикальную деформацию (просадку) и имеет относительную деформацию просадки e sl ³ 0,01.

В зависимости от просадки и собственного веса при замачивании просадочные грунты подразделяются на два типа:

• тип 1 - когда просадка грунта от собственного веса не превышает 5 см;
• тип 2 - когда просадка грунта от собственного веса более 5 см.

По относительной деформации просадочности e sl глинистые грунты подразделяют согласно таблице 7.

Таблица 7. Относительная деформация просадочности глинистых грунтов.

Разновидность глинистых грунтов	Относительная деформация просадочности e sl, д. е.
Непросадочный
Просадочный

Грунт пучинистый — дисперсный грунт, который при переходе из талого в мерзлое состояние увеличивается в объеме вследствие образования кристаллов льда и имеет относительную деформацию морозного пучения e fn ³ 0,01. Эти грунты не пригодны для строительства, их необходимо удалить и заменить грунтом с хорошей несущей способностью

По относительной деформации набухания без нагрузки e sw глинистые грунты подразделяют согласно таблице 8.

Таблица 8. Относительная деформация набухания глинистых грунтов.

Разновидность глинистых грунтов	Относительная деформация набухания без нагрузки e sw, д. е.
Ненабухающий
Слабонабухающий
Средненабухающий
Сильнонабухающий

1

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

Нормативный документ						Наименование грунта
ГОСТ 25100-2011						Суглинок текучий
DIN ISO/TS 17892-12						Глина слабопластичная в текучем состоянии
						Глина слабопластичная в текучепластичном состоянии

Таблица 4

Результаты испытаний для глины полутвердой согласно российской классификации по

Нормативный документ						Наименование грунта
ГОСТ 25100-2011						Глина полутвердая
DIN ISO/TS 17892-12
						Глина сильнопластичная в тугопластичном состоянии

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

1. 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.
2. 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.
3. 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.

Библиографическая ссылка

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»

5. Песчаные грунты состоят из частиц зерен кварца и других минералов крупностью от 0,1 до 2 мм, содержащие глины не более 3% и не обладают свойством пластичности. Пески разделяют по зерновому составу и размеру преобладающих фракций на гравелистые лески d>2 мм, крупные d>0,5 мм, средней крупности d>0,25 мм,мелкие d>0,1 мм и пылеватые d=0,05 - 0,005 мм.

Частицы грунта крупностью от d=0,05 - 0,005 мм называют пылеватыми . Если в песке таких частиц от 15 до 50 %, то их относят к категории пылеватых . Когда в грунте пылеватых частиц больше, чем песчаных, грунт называют пылеватым .

Чем крупнее и чище пески, тем большую нагрузку может выдержать слой основания из него. Сжимаемость плотного песка невелика, но скорость уплотнения под нагрузкой значительна, поэтому осадка сооружений на таких основаниях быстро прекращается. Пески не обладают свойством пластичности.

Гравелистые , крупные и средней крупности пески значительно уплотняются под нагрузкой, незначительно промерзают.

Тип крупнообломочных и песчаных грунтов устанавливается по гранулометрическому составу, разновидность – по степени влажности.

Глинистые – связные грунты, состоящие из частиц крупностью менее 0,005 мм, имеющих в основном чешуйчатую форму, с небольшой примесью мелких песчаных частиц. В отличие от песков глины имеют тонкие капилляры и большую удельную поверхность соприкосновения между частицами. Так как поры глинистых грунтов в большинстве случаев заполнены водой, то при промерзании глины происходит ее пучение.

Глинистые грунты делятся в зависимости от числа пластичности на глины (с содержанием глинистых частиц более 30%), суглинки (10...30%) и супеси (З...10%).

Несущая способность глинистых оснований зависит от влажности, которая определяет консистенцию глинистых грунтов. Сухая глина может выдерживать довольно большую нагрузку.

Тип глинистого грунта зависит от числа пластичности, разновидность – от показателя текучести.

Классификация грунтов по величине частиц.

6. По крупности минеральных частиц грунта, их взаимной связи и механической прочности грунты делят на пять классов: скальные, полускальные, крупнообломочные, песчаные (несвязные) и глинистые (связные).

К скальным грунтам относятся сцементированные водоустойчивые и практически несжимаемые породы (граниты, песчаники, известняки и т. п.), залегающие обычно в виде сплошных или трещиноватых массивов.

К полускальным грунтам относятся сцементированные породы, способные к уплотнению (мергели, алевролиты, аргиллиты и т. п.) и неводостойкие (гипс, гипсоносные конгломераты).

Крупнообломочные грунты состоят из несцементированных кусков скальных и полускальных пород; обычно содержат более 50 % обломков пород размером свыше 2 мм.

Песчаные грунты состоят из несцементированных частиц пород размером 0,05...2 мм; представляют собой, как правило, естественно разрушившиеся и преобразованные в различно степени скальные грунты; не обладают пластичностью.

Глинистые грунты также являются продуктом естественного разрушения и преобразования первичных горных пород, составляющих скальные грунты, но с преобладающим размером частиц менее 0,005 мм.

Классификация песчаных грунтов по степени влажности.

7. КРУПНООБЛОМОЧНЫе И ПЕСЧАНЫе ГРУНТЫ ПО СТЕПЕНИ ВЛАЖНОСТИ ПОДРАЗДЕЛЯЮТСЯ.

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).