Характеристики грунтов
Прочность, устойчивость и нормальная эксплуатация зданий и сооружений определятся не только конструктивными особенностями сооружения, но и свойствами грунтов, на которых они возводятся. Состав, строение и свойства грунтов разных строительных площадок определены природой и могут существенно различаться, требуя каждый раз специального изучения. Разнообразие состава, строения и состояния грунтов делает неизбежным введение значительного числа различных физических характеристик. Некоторые из них непосредственно применяются в расчетах оснований, другие – для классификации грунтов.
Измеряемые характеристики
Удельный вес грунта
Удельным весом грунта γ называется вес единицы объема грунта, измеряется в кН/м³.
Удельный вес грунта вычисляется через его плотность: γ = g·ρ
- ρ ‑ плотность грунта, т/м³;
- g ‑ ускорение свободного падения, принимаемое равным 9,81 м/с².
Плотность сухого (скелета) грунта
Плотность сухого (скелета) грунта ρd ‑ природная плотность за вычитанием массы воды в порах, г/см³ или т/м³.
Устанавливается расчетом: ρd= ρ / (1+0,01W)
- где W ‑ природная (естественная) весовая влажность грунта, %;
- ρ ‑ природная (естественная) весовая плотность грунта, г/см³ (т/м³)
Пористость грунта
Предел прочности на сжатие
Влажность грунта
Влажность грунта, W % — массовое (весовое) W или объёмное Wn относительное содержание воды в порах грунта. Объёмная влажность Wn изменяется от 0 до 100 %. Расчитывается по формуле: p = m / V
Источник
1 ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ
Настоящий стандарт распространяется на все грунты и устанавливает их классификацию, применяемую при производстве инженерно-геологических изысканий, проектировании и строительстве.
К наименованиям грунтов и их характеристикам, предусмотренным настоящим стандартом, допускается вводить дополнительные наименования и характеристики, если это необходимо для более детального подразделения грунтов с учетом природных условий района строительства и специфики отдельных видов строительства.
Дополнительные наименования и характеристики грунтов не должны противоречить классификации, приведенной в настоящем стандарте, и должны основываться на частных классификациях отраслевого и регионального назначения, установленных соответствующими нормативными документами.
В настоящем стандарте грунт рассматривается как однородный по составу, строению и свойствам элемент грунтового массива (образец).
2 НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ
В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие стандарты:
ГОСТ 5180-84 Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик
ГОСТ 10650-72 Торф. Метод определения степени разложения
ГОСТ 11306-83 Торф и продукты его переработки. Методы определения зольности
ГОСТ 12536-79 Грунты. Методы лабораторного определения зернового (гранулометрического) состава
ГОСТ 23161-78 Грунты. Метод лабораторного определения характеристик просадочности
ГОСТ 23740-79 Грунты. Методы лабораторного определения содержания органических веществ
ГОСТ 24143-80 Грунты. Методы лабораторного определения характеристик набухания и усадки
ГОСТ 25584-90 Грунты. Метод лабораторного определения коэффициента фильтрации
3 ОПРЕДЕЛЕНИЯ
4 ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
4.1 Классификация грунтов включает следующие таксономические единицы, выделяемые по группам признаков:
— класс — по общему характеру структурных связей;
— группа — по характеру структурных связей (с учетом их прочности);
— подгруппа — по происхождению и условиям образования;
— тип — по вещественному составу;
— вид — по наименованию грунтов (с учетом размеров частиц и показателей свойств);
— разновидности — по количественным показателям вещественного состава, свойств и структуры грунтов.
4.2 Наименования грунтов должны содержать сведения об их геологическом возрасте в соответствии с местными стратиграфическими схемами, принятыми в установленном порядке.
4.3 К характеристикам грунтов по разновидностям, предусмотренным настоящим стандартом, допускается вводить дополнения и изменения в случаях появления новых количественных критериев выделения разновидностей грунтов в результате научно-технических разработок.
5 КЛАССИФИКАЦИЯ
* Грунты с отрицательной температурой, не имеющие криогенных структурных связей (не содержащие в своем составе лед), относят к классу природных дисперсных грунтов.
Таблица 1 — I КЛАСС ПРИРОДНЫХ СКАЛЬНЫХ ГРУНТОВ
Скальные (с жесткими структурными связями — кристаллизационными и цементационными)
Перидотиты, дуниты, пироксениты
1 пределу прочности на одноосное сжатие в водонасыщенном состоянии;
2 плотности скелета грунта;
3 коэффициенту выветрелости;
4 степени размягчаемости;
5 степени растворимости;
6 степени водопроницаемости;
7 степени засоленности;
8 структуре и текстуре;
Габбро, нориты, анортозиты, диабазы, диабазовые порфириты, долериты
Диориты, сиениты, порфириты, ортоклазовые порфиры
Граниты, гранодиориты кварцевые, сиениты, диориты, кварцевые порфиры, кварцевые порфириты
Андезиты, вулканогенно-обломочные грунты*, обсидианы, трахиты
Липариты, дациты, риолиты
Гнейсы, сланцы, кварциты
Мраморы, роговики, скарны
Песчаники, конгломераты, брекчии, туффиты
Аргиллиты, алевролиты, песчаники
Опоки, трепела, диатомиты
Мела, мергели, известняки*
* Грунты одного вида, отличающиеся по значению прочности на одноосное сжатие.
Таблица 2 — II КЛАСС ПРИРОДНЫХ ДИСПЕРСНЫХ ГРУНТОВ
Дисперсные (с механическими и водно-коллоидными структурными связями)
1 гранулометрическому составу (крупнообломочные грунты и пески);
2 числу пластичности и гранулометрическому составу (тинистые грунты и илы);
3 степени неоднородности гранулометрического состава (пески);
4 показателю текучести (глинистые грунты);
5 относительной деформации набухания без нагрузки (глинистые грунты);
6 относительной деформации просадочности (глинистые грунты);
7 коэффициенту водонасыщения (крупнообломочные грунты и пески);
пески;
крупнообломочные грунты;
12 относительному содержанию органического вещества (пески и тинистые грунты);
торфы;
15 степени засоленности;
16 относительной деформации пучения;
Примечание — Почвы (щебенистые, дресвяные, песчаные, глинистые, торфяные и др.) выделяются по совокупности признаков как соответствующий вид и разновидность грунта.
Таблица 3 — III КЛАСС ПРИРОДНЫХ МЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ
Мерзлые (с криогенными структурными связями)
Те же, что и для скальных грунтов
1 льдистости за счет видимых ледяных включений;
2 температурно-прочностным свойствам;
3 степени засоленности;
4 криогенной текстуре
Те же, что и для дисперсных грунтов
Льды — сегрегационные, инъекционные, ледниковые
Льды — наледные, речные, озерные, морские, донные, инфильтрационные (снежные)
Льды — жильные, повторножильные, пещерные
Таблица 4 — IV КЛАСС ТЕХНОГЕННЫХ ГРУНТОВ (СКАЛЬНЫХ, ДИСПЕРСНЫХ И МЕРЗЛЫХ)
Природные образования, измененные в условиях естественного залегания
Измененные физическим воздействием
Те же, что и для природных скальных грунтов
Те же, что и для природных скальных грунтов
Выделяются как соответствующие разновидности классов природных грунтов с учетом специфических особенностей и свойств техногенных грунтов
Измененные физико-химическим воздействием
Природные образования, измененные в условиях естественного залегания
Измененные физическим воздействием
Те же, что и для природных дисперсных и скальных грунтов (раздробленных)
Те же, что и для природных дисперсных и скальных грунтов (раздробленных)
Измененные физико-химическим воздействием
Природные перемещенные образования
Отходы производственной и хозяйственной деятельности
Промышленные отходы: строительные отходы, шлаки, шламы, золы, золошлаки и др.
Природные образования, измененные в условиях естественного залегания
Измененные физическим (тепловым) воздействием
Те же, что и для природных мерзлых грунтов
Все виды природных скальных грунтов
Выделяются как соответствующие разновидности классов природных грунтов с учетом специфических особенностей и свойств техногенных грунтов
Измененные химико-физическим воздействием
Природные образования, измененные в условиях естественного залегания
Измененные физическим (тепловым) воздействием
Те же, что и для природных мерзлых грунтов
Все виды природных дисперсных грунтов
Измененный химико-физическим воздействием
Природные перемещенные образования
Измененные физическим (тепловым) или химико-физическим воздействием
Промышленные отходы: строительные отходы, шлаки, шламы, золы, золошлаки и др.
ПРИЛОЖЕНИЕ А
ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Грунт — горные породы, почвы, техногенные образования, представляющие собой многокомпонентную и многообразную геологическую систему и являющиеся объектом инженерно-хозяйственной деятельности человека.
Грунты могут служить:
1) материалом оснований зданий и сооружений;
2) средой для размещения в них сооружений;
3) материалом самого сооружения.
Грунт скальный — грунт, состоящий из кристаллитов одного или нескольких минералов, имеющих жесткие структурные связи кристаллизационного типа.
Грунт полускальный — грунт, состоящий из одного или нескольких минералов, имеющих жесткие структурные связи цементационного типа.
Условная граница между скальными и полускальными грунтами принимается по прочности на одноосное сжатие ( R c ³ 5 МПа — скальные грунты, R c 5 МПа — полускальные грунты).
Грунт дисперсный — грунт, состоящий из отдельных минеральных частиц (зерен) разного размера, слабосвязанных друг с другом; образуется в результате выветривания скальных грунтов с последующей транспортировкой продуктов выветривания водным или эоловым путем и их отложения.
Структура грунта — пространственная организация компонентов грунта, характеризующаяся совокупностью морфологических (размер, форма частиц, их количественное соотношение), геометрических (пространственная композиция структурных элементов) и энергетических признаков (тип структурных связей и общая энергия структуры) и определяющаяся составом, количественным соотношением и взаимодействием компонентов грунта.
Текстура грунта — пространственное расположение слагающих грунт элементов (слоистость, трещиноватость и др).
Состав грунта вещественный — категория, характеризующая химико-минеральный состав твердых, жидких и газовых компонентов.
Органическое вещество — органические соединения, входящие в состав грунта в виде неразложившихся остатков растительных и животных организмов, и также продуктов их разложения и преобразования.
Грунт глинистый — связный минеральный грунт, обладающий числом пластичности I p ³ 1.
Песок — несвязный минеральный грунт, в котором масса частиц размером меньше 2 мм составляет более 50 % ( I p = 0).
Грунт крупнообломочный — несвязный минеральный грунт, в котором масса частиц размером крупнее 2 мм составляет более 50 %.
Ил — водонасыщенный современный осадок преимущественно морских акваторий, содержащий органическое вещество в виде растительных остатков и гумуса. Обычно верхние слои ила имеют коэффициент пористости е ³ 0,9, текучую консистенцию I L > 1, содержание частиц меньше 0,01 мм составляет 30 — 50 % по массе.
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 коэффициент пористости е > 3, как правило, текучую консистенцию I L > 1, высокую дисперсность — содержание частиц крупнее 0,25 мм обычно не превышает 5 % по массе.
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.
Грунт заторфованный — песок и глинистый грунт, содержащий в своем составе в сухой навеске от 10 до 50 % (по массе) торфа.
Почва — поверхностный плодородный слой дисперсного грунта, образованный под влиянием биогенного и атмосферного факторов.
Грунт набухающий — грунт, который при замачивании водой или другой жидкостью увеличивается в объеме и имеет относительную деформацию набухания (в условиях свободного набухания) e sw ³ 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.
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.
Степень засоленности — характеристика, определяющая количество воднорастворимых солей в грунте D sal , % .
Степень морозной пучинистости — характеристика, отражающая способность грунта к морозному пучению, выражается относительной деформацией морозного пучения e fn , д. е., которая определяется по формуле
( A .1)
где h 0, f — высота образца мерзлого грунта, см;
h 0 — начальная высота образца талого грунта до замерзания, см.
Предел прочности грунта на одноосное сжатие R c , МПа — отношение нагрузки, при которой происходит разрушение образца, к площади первоначального поперечного сечения.
Плотность скелета грунта — плотность сухого грунта r d , г/см 3 , определяемая по формуле
( A .2)
где r — плотность грунта, г/см 3 ;
W — влажность грунта, д. е.
Коэффициент выветрелости К wr , д. е. — отношение плотности выветрелого грунта к плотности монолитного грунта.
Коэффициент размягчаемости в воде К so r , д. е. — отношение пределов прочности грунта на одноосное сжатие в водонасыщенном и в воздушно-сухом состоянии.
Степень растворимости в воде — характеристика, отражающая способность грунтов растворяться в воде и выражающаяся в количестве воднорастворимых солей, q sr , г/л.
Степень неоднородности гранулометрического состава C u — показатель неоднородности гранулометрического состава. Определяется по формуле
(А.3)
где d 60 , d 10 — диаметры частиц, мм, меньше которых в грунте содержится соответственно 60 и 10 % (по массе) частиц.
Показатель текучести I L — отношение разности влажностей, соответствующих двум состояниям грунта: естественному W и на границе раскатывания W p , к числу пластичности I p .
Коэффициент водонасыщения S r , д. е. — степень заполнения объема пор водой. Определяется по формуле
(A.4)
где W — природная влажность грунта, д. е.;
е — коэффициент пористости;
r s — плотность частиц грунта, г/см 3 ;
r w — плотность воды, принимаемая равной 1 г/см 3 .
Коэффициент пористости е определяется по формуле
( A .5)
где r s — плотность частиц грунта, г/см 3 ;
r d — плотность сухого грунта, г/см 3 .
Степень плотности песков I D определяется по формуле
( A .6)
где е — коэффициент пористости при естественном или искусственном сложении;
e max — коэффициент пористости в предельно-плотном сложении;
e min — коэффициент пористости в предельно-рыхлом сложении.
Коэффициент выветрелости крупнообломочных грунтов К wr , д . е ., определяется по формуле
(А.7)
где К 1 — отношение массы частиц размером менее 2 мм к массе частиц размером более 2 мм после испытания на истирание в полочном барабане;
К 0 — то же, в природном состоянии.
Коэффициент истираемости крупнообломочных грунтов
К fr , д. е., определяется по формуле
( A .8)
где q 1 — масса частиц размером менее 2 мм после испытания крупнообломочных фракций грунта (частицы размером более 2 мм) на истирание в полочном барабане;
q 0 — начальная масса пробы крупнообломочных фракций (до испытания на истирание).
Относительное содержание органического вещества I r , д. е. — отношение массы сухих растительных остатков к массе абсолютно сухого грунта.
Грунт мерзлый — грунт, имеющий отрицательную или нулевую температуру, содержащий в своем составе видимые ледяные включения и (или) лед-цемент и характеризующийся криогенными структурными связями.
Грунт многолетнемерзлый (синоним — грунт вечномерзлый ) — грунт, находящийся в мерзлом состоянии постоянно в течение трех и более лет.
Грунт сезонномерзлый — грунт, находящийся в мерзлом состоянии периодически в течение холодного сезона.
Грунт морозный — скальный грунт, имеющий отрицательную температуру и не содержащий в своем составе лед и незамерзшую воду.
Грунт сыпучемерзлый (синоним — «сухая мерзлота» ) — крупнообломочный и песчаный грунт, имеющий отрицательную температуру, но не сцементированный льдом и не обладающий силами сцепления.
Грунт охлажденный — засаленный крупнообломочный, песчаный и глинистый грунты, отрицательная температура которых выше температуры начала их замерзания.
Грунт мерзлый распученный — дисперсный грунт, который при оттаивании уменьшает свой объем.
Грунт твердомерзлый — дисперсный грунт, прочно сцементированный льдом, характеризуемый относительно хрупким разрушением и практически несжимаемый под внешней нагрузкой.
Грунт пластичномерзлый — дисперсный грунт, сцементированный льдом, но обладающий вязкими свойствами и сжимаемостью под внешней нагрузкой.
Температура начала замерзания (оттаивания) Т ( Т ) — температура, ° С, при которой в порах грунта появляется (исчезает) лед.
Криогенные структурные связи грунта — кристаллизационные связи, возникающие во влажных дисперсных и трещиноватых скальных грунтах при отрицательной температуре в результате сцементирования льдом.
Криогенная текстура — совокупность признаков сложения мерзлого грунта, обусловленная ориентировкой, относительным расположением и распределением различных по форме и размерам ледяных включений и льда-цемента.
Лед (синоним — грунт ледяной ) — природное образование, состоящее из кристаллов льда с возможными примесями обломочного материала и органического вещества не более 10 % (по объему), характеризующееся криогенными структурными связями.
Коэффициент сжимаемости мерзлого грунта d r — относительная деформация мерзлого грунта под нагрузкой.
Степень заполнения объема пор мерзлого грунта льдом и незамерзшей водой S r , д. е., определяется по формуле
( A .9)
где W ic — влажность мерзлого грунта за счет перового льда, цементирующего минеральные частицы (лед-цемент), д. е.;
W w — влажность мерзлого грунта за счет содержащейся в нем при данной отрицательной температуре незамерзшей воды, д. е.;
r s — плотность частиц грунта, г/см 3 ;
е f — коэффициент пористости мерзлого грунта;
r w — плотность воды, принимаемая равной 1 г/см 3 .
Суммарная льдистость мерзлого грунта i tot , д. е., — отношение содержащегося в нем объема льда к объему мерзлого грунта. Определяется по формуле
( A .10)
Льдистость грунта за счет видимых ледяных включений i i , д. е., — отношение содержащегося в нем объема видимых ледяных включений к объему мерзлого грунта. Определяется по формуле
( A .11)
где i ic — льдистость грунта за счет льда-цемента (порового льда), д. е.;
W tot — суммарная влажность мерзлого грунта, д. е.;
r i — плотность льда, принимаемая равной 0,9 г/см 3 ;
r f — плотность мерзлого грунта, г/см 3 ;
W m — влажность мерзлого грунта, расположенного между ледяными включениями, д. е .
Техногенные грунты — естественные грунты, измененные и перемещенные в результате производственной и хозяйственной деятельности человека, и антропогенные образования.
Антропогенные образования — твердые отходы производственной и хозяйственной деятельности человека, в результате которой произошло коренное изменение состава, структуры и текстуры природного минерального или органического сырья.
Природные перемещенные образования — природные грунты, перемещенные с мест их естественного залегания, подвергнутые частично производственной переработке в процессе их перемещения.
Природные образования, измененные в условиях естественного залегания , — природные грунты, для которых средние значения показателей химического состава изменены не менее чем на 15 % .
Грунты, измененные физическим воздействием , — природные грунты, в которых техногенное воздействие (уплотнение, замораживание, тепловое воздействие и т. д.) изменяет строение и фазовый состав.
Грунты, измененные химико-физическим воздействием, — природные грунты, в которых техногенное воздействие изменяет их вещественный состав, структуру и текстуру.
Насыпные грунты — техногенные грунты, перемещение и укладка которых осуществляются с использованием транспортных средств, взрыва.
Намывные грунты — техногенные грунты, перемещение и укладка которых осуществляются с помощью средств гидромеханизации.
Бытовые отходы — твердые отходы, образованные в результате бытовой деятельности человека.
Промышленные отходы — твердые отходы производства, полученные в результате химических и термических преобразований материалов природного происхождения.
Шлаки — продукты химических и термических преобразований горных пород, образующиеся при сжигании.
Шламы — высокодисперсные материалы, образующиеся в горнообогатительном, химическом и некоторых других видах производства.
Золы — продукт сжигания твердого топлива.
Золошлаки — продукты комплексного термического преобразования горных пород и сжигания твердого топлива.
Источник
