Грунты. 3. Грунты. Тема. Грунты, классификация и свойства Цель занятия изучить основные типы грунтов и их физико механические свойства. Задание разобраться в основах классификации грунтовизучить основные свойства грунтов, сделать расчеты
 Скачать 232.76 Kb.
|
|
ТЕМА. ГРУНТЫ, классификация и свойства Цель занятия изучить основные типы грунтов и их физико- механические свойства. Задание разобраться в основах классификации грунтов;изучить основные свойства грунтов, сделать расчеты. Грунт – естественная или техногенная горная порода, являющаяся объектом инженерно-хозяйственной деятельности человека (ГОСТ 25100 –95 Грунты. Классификация). Все геологические образования (горные породы, осадки, почвы) могут быть основаниями для различных сооружений (гражданских, промышленных, гидротехнических, средой, в которой строятся сооружения (метро, тоннели, каналы, и, наконец, могут быть материалами, из которых сооружения плотины, насыпи, дамбы) создаются. Во всех этих случаях геологические образования называют грунтами. Следовательно, под грунтом понимают любую горную породу, осадок или почву, имеющую отношение к инженерному сооружению, либо как его основание, либо как среда, либо как материал. Свойства грунтов определяют условия возведения инженерных сооружений и ведения работ. В зависимости от прочности, трещиноватости, выветрелости, липкости грунтов выбирают технологию и способ ведения работ. Свойства горных пород определяются условиями их образования и обстановкой, в которой они находятся после образования. В практике инженерно-геологических исследований широко распространено деление горных пород (грунтов) натри вида скальные, полускальные, рыхлые. I класс Природные скальные грунты К скальным относятся магматические (гранит, диорит, сиенит и т.д.) и метаморфические породы (кварцит, сланцы и т.д.), а также осадочные породы значительной прочности (кремнистые песчаники, конгломераты и брекчии с прочным цементом, известняки и доломиты). К числу полускальных обычно относят трещиноватые, сильно выветрелые скальные породы, а также такие осадочные как гипс, ангидрит, песчаники со слабым цементом, мел, ракушечник и т.д. II класс Природные дисперсные грунты В группу рыхлых пород входят разнообразные обломочные отложения гравий, галечники, пески, супеси, суглинки) и глины. III класс Природные мерзлые грунты (скальные, полускальные, связные, ледяные. IV класс Техногенные грунты (скальные, дисперсные и мерзлые) Класс Группы Подгруппа Тип Вид Скальные (с жесткими структурными связями - кристаллизационными и цементационными) грунты Скальные Магматические интрузивные Силикатные ультраосновного состава Перидотиты, дуниты, пироксениты основного состава Габбро, нориты, анортозиты, диабазы, диабазовые порфириты, долериты среднего состава Диориты, сиениты, порфириты, ортоклазовые порфиры кислого состава Граниты, гранодиориты кварцевые, сиениты диориты, кварцевые порфиры, кварцевые порфириты эффузивные основного состава Базальты, долериты среднего состава Андезиты, вулканогенно-обломочные грунты, обсидианы, трахиты кислого состава Липариты, дациты, риолиты Метаморфические Силикатные Гнейсы, сланцы, кварциты Карбонатные Мраморы, роговики, скарны Железистые Железные руды Осадочные Силикатные Песчаники, конгломераты, брекчии, туффиты Карбонатные Известняки, доломиты Полускаль ные Эффузивные Силикатные Вулканогенно-обломочные грунты Осадочные Силикатные Аргиллиты, алевролиты, песчаники Кремнистые Опоки, трепела, диатомиты Карбонатные Мела, мергели, известняки Сульфатные Гипсы, ангидриты Галоидные Галиты, карнолиты Дисперсные (с механическими и водно- коллоидными структурными связями) грунты Связные Осадочные Минеральные Силикатные карбонатные железистые полиминеральные Глинистые грунты Органо-минеральные Илы, Сапропели, Заторфованные грунты Органические Торфы и др. Несвязные Минеральные Силикатные карбонатные полиминеральные Пески, Крупнообломочные грунты Грунты, как и любое физическое тело, обладают набором физических свойств, обуславливаемых минералогическими химическим составами его элементов и выражаемых численными показателями. Основные свойства грунтов Плотность грунта (ρ) – это отношение массы грунта (g) (включая массу воды в его порах) к занимаемому этим грунтом объему (V): ρ = g /V, г/см 3 (4.1) Она определяется плотностью минеральной части, пористостью и влажностью горных пород. Обычно, чем выше плотность минеральной части, тем выше и плотность горной породы чем больше пористость, тем меньше ее плотность. При увеличении влажности приданной пористости горная порода становится тяжелее, плотность ее повышается. Таблица 4.1 Плотность осадочных, магматических и метаморфических грунтов Порода Плотность, ρ (г/см 3 ) от до наиболее вероятные значения от до Опока 1,00 2,00 1,30 1,40 Лёсс 1,15 2,05 1,30 1,60 Песок 1,30 2,20 1,40 1,70 Глина 1,30 2,50 1,75 2,30 Мел 1,30 2,60 – – Песчаник 1,50 3,00 2,10 2,40 Известняк 1,50 3,00 2,40 2,65 Алевролит 1,75 2,47 2,20 2,55 Мергель 1,85 2,75 2,10 2,60 Доломит 1,95 3,05 2,30 2,75 Аргиллит 2,05 2,70 2,30 2,50 Ангидрит 2,10 2,98 2,85 2,95 Гипс 2,15 2,40 2,25 2,30 Гранит 2,50 2,70 2,62 2,65 Кварцит 2,50 2,80 2,60 2,65 Диорит 2,70 2,90 2,80 Базальт 2,70 3,30 – – Перидотит 2,80 3,30 3,20 3,30 Габбро 2,98 3,15 – – Плотность частиц грунта (ρ s ) – это отношение массы частиц твердой части грунта (g 0 ) к объему его минеральной компоненты (V s ). p s = g 0 /V s , г/см 3 (4.2) g 0 - масса минеральной части грунта, г – объем минеральной части грунта, см 3 Плотность частиц ρ s принимается равной для торфа – 1,50 г/см³, гумусовых горизонтов и черноземов – 2,50 г/см³, песчаных грунтов 2,66 г/см³, супесей - 2,70 г/см³, суглинков - 2,71 г/см³, глин - 2,74 г/см³. Она увеличивается с повышением содержания в грунтах тяжелых минералов, поэтому у основных и ультраосновных пород плотность существенно выше (3,00 – 3,74 г/см 3 ), чему кислых (например, у гранитов 2,63 - 2,75 г/см 3 , чаще 2,65 - 2,67 г/см 3 ). В зависимости от содержания примесей она может уменьшаться (примеси растительных остатков, гумуса, торфа и др) или увеличиваться (примеси тяжелых и рудных металлов. Плотность частиц грунтаопределяется минеральным составом горных породи выражает среднюю плотность слагающих их минералов. Плотность главнейших породообразующих минералов песчаных и глинистых горных пород изменяется в сравнительно небольших пределах, вследствие чего и плотность минеральной части большинства этих горных пород изменяется мало (таблица 4.2). Таблица 4.2 Плотность твердых частиц различных типов грунтов Порода Плотность, ρ s (г/см 3 ) от до наиболее вероятные значения от до Мергель 2,37 2,92 2,65 2,80 Алевролит 2,40 3,04 2,63 2,73 Песчаник 2,40 3,20 2,60 2,70 Известняк 2,41 2,98 2,70 2,75 Доломит 2,55 3,19 2,77 2,88 Гранат 2,63 2,75 2,64 2,67 Мел 2,63 2,73 – – Аргиллит 2,63 2,86 – – Мрамор 2,64 2,82 2,68 2,72 Кварцит 2,65 2,80 2,66 2,70 Ангидрит 2,72 2,99 2,87 2,98 Доломитовая мука 2,81 2,91 – – Габбро и дацит 3,00 3,20 – – Перидотит 3,30 3,40 – – Пески 2,50 2,80 2,63 2,67 Плотность сухого грунта плотность скелета грунта) – отношение массы грунта после сушки к объему, занимаемому этим грунтом (включая объем пор. Плотность скелета грунта определяется экспериментально или чаще вычисляется по величинам плотности грунта р и влажности (о) и определяется по формуле ρ d = ρ / (о, г/см 3 (4.3) ρ - плотность грунта, г/см 3 ω о - влажность грунта, дед. По плотности сухого скелета) грунта скальные грунты подразделяют на разновидности очень плотный - ρ d ≥ 2,5; плотный - 2,5 > ρ d ≥ 2,10; средней плотности - 2,10 > ρ d ≥ 1,20; низкой плотности - ρ d < 1,20 Грунты, непригодные для строительства ρ d = 1,1-1,3 г/см 3 ; грунты прочные, пригодные для строительства ρ d = 1,6-1,8 г/см 3 Естественная влажность (о, % или дед) – количество воды в порах грунта в естественных условиях представляет собой отношение веса воды к весу минеральных частиц в данном объеме грунта (в процентах или дед. Естественная влажность определяется по формуле ω 0 = (g – g 0 ) g 0 ·100 (4.4) Сухие грунты имеют влажность до 5%, влажные - от 5 до 30%, мокрые - свыше 30%. В естественных условиях естественная влажность не всегда соответствует полной влагоемкости. В подобных случаях характеристикой степени заполнения пор водой служит степень влажности грунта коэффициент водонасыщения)(S r , дед) – степень заполнения пор водой, выраженная в долях единицы и определяемая по формуле 𝑆𝑟 е (4.5) где ω 0 – природная естественная влажность грунта, дед ρ s – плотность частиц грунта (плотность скелета грунта, г/см³ (т/м³); е - коэффициент пористости грунта, дед ρ ω – плотность воды, принимаемая равной 1 г/см 3 (т/м³). Таблица 4.3 Разновидность крупнообломочных грунтов и песков по степени влажности Грунт Степень влажности Маловлажный 0 < S r ≤ 0,5 Влажный 0,5 < S r ≤ 0,8 Насыщенный водой 0,8 < S r ≤ 1 Влажность, соответствующая полному заполнению всех пор грунта водой, называется полной влагоемкостью и определяется по формуле ее коэффициент пористости грунта ρ ω – плотность воды, принимаемая равной 1 г/см 3 ; ρ s – плотность частиц грунта, г/см 3 Пористость (n) – отношение объема пор к объему всего грунта, включая поры, %: 𝑛 = (1 − 𝜌𝑑 𝜌𝑠 ) ∙ 100 (4.7) ρ d – плотность сухого грунта ρ s – плотность частиц грунта. Таблица пористости грунтов Название грунта Пористость, % Дисперсные Гравий и галька мин. – 19, макс. – 55, ср. – 22-38 Песок мин. – 20, макс. – 81, ср. – 26-48 Супесь 40-45 Суглинок 45-50 Глина мин. – 22, макс. – 91, ср. – 32-60 Лессовидный мин. – 34, макс. – 64, ср. – 35-50 Илистый мин. – 35, макс. – 90, ср. – 38-70 Скальные Базальт 3-6 Габбро 0,02-1,5 Гранит 0,06-2 Диорит 0,1-3,5 Гранодиорит 0,2-5 Доломит 3,4-12,4 Известняк прочный 5-13,7 Известняк слабый 10-22 Кварцит 4,8-8,8 Мрамор 0,1-1 Опока 39-49 Пироксенит 0,1-1 Порфирит 0,4-4,3 Песчаник прочный 1,6-10 Песчаник слабый 16-26 Разновидности скальных грунтов по пористости n, %: - непористый 𝑛 <3; - слабо пористый 3 – 10; - среднепористый 10 – 30; - сильнопористый >30. Коэффициент пористости (e) – отношение объема пор в грунте к объему твердой части скелета грунта, деде плотность сухого грунта ρ s – плотность частиц грунта. По коэффициенту пористости определяют плотность песков, рассчитывают водопроницаемость и сжимаемость грунтов. Величина пористости колеблется 0,4 (пески) дои выше (глины ). По коэффициенту пористости пески подразделяют согласно таблице 4.4 Таблица 4.4 Коэффициент пористости грунта Разновидность песков Коэффициент пористости пески гравелистые, крупные и средней крупности пески мелкие пески пылеватые Плотный < 0,55 < 0,60 < 0,60 Средней плотности от 0,55 до 0,70 вкл. от 0,60 до 0,75 вкл от 0,60 до 0,80 вкл Рыхлый > 0,70 > 0,75 > 0,80 Задание Масса образца грунта объемом 50 см при естественной влажности равна g (г, после сушки на воздухе стала g 1 га после полного высушивания в термостате – g 0 г. Объем минеральной части грунта равен V S (см. Вычислите основные показатели, характеризующие свойства грунта плотность грунта, плотность частиц грунта, плотность сухого грунта естественную влажность, степень влажности, полную влагоёмкость, пористость, коэффициент пористости. По полученным данными табличным классификациям охарактеризовать и определить разновидность грунта заданного варианта Исходные данные № варианта g - масса грунта включая массу воды в его порах, г g 1 - масса грунта после сушки на воздухе, г g 0 - масса абсолютно сухого грунта, г V S - объем минеральной части грунта, см 1 87,52 81,58 81,09 30,48 2 84,32 71,20 69,88 24,54 3 86,14 76,30 75,62 28,22 4 88,35 73,28 72,41 26,82 5 94,46 72,03 70,34 25,67 6 99,67 79,89 78,48 28,85 7 89,67 82,73 82,12 31,24 8 78,29 69,37 67,33 21,86 9 79,88 70,18 68,64 23,97 10 77,61 68,84 67,51 20,77 11 85,53 74,73 73,52 22,24 12 86,87 78,24 76,87 29,41 13 84,11 72,40 70,56 25,14 14 88,92 73,47 71,28 27,78 15 91,18 85,77 84,62 30,24 16 95,36 73,14 71,96 31,52 17 92,61 70,20 68,84 27,36 18 93,75 81,38 80,05 28,15 19 98,55 88,27 87,52 29,97 20 79,34 71,76 70,76 25,47 21 78,47 68,29 67,43 20,81 |