Грунт — любая горная порода , почва , осадок и техногенные минеральные образования, рассматриваемые как многокомпонентные динамичные системы и часть , изучаемые в связи с инженерно-хозяйственной деятельностью .

Грунты используют в качестве оснований зданий и сооружений, материалов для строительства дорог, насыпей и плотин, среды для размещения подземных сооружений (тоннелей, трубопроводов, хранилищ) и другого. Грунты изучаются в инженерной геологии .

Классификация

Классы грунтов

По природе структурных связей между частицами они разделены на три класса :

• скальные — с жёсткими кристаллизационными и цементационными связями;
• дисперсные — с физическими, физико- химическими и механическими связями. Для дисперсных грунтов выделяются подклассы связанных и несвязанных грунтов.
• мерзлые — c дополнительными связями.

Типы грунтов

По генезису (происхождению) выделяются следующие типы грунтов:

• скальные: магматические интрузивные , магматические эффузивные, метаморфические , осадочные , вулканогенно-осадочные, элювиальные , техногенные ;
• дисперсные : осадочные , вулканогенно-осадочные, элювиальные , техногенные ;
• мёрзлые :

Скальные грунты

К классу скальных грунтов относят грунты, у которых преобладают химические структурные связи, образующие два основных типа структур, выделенных в два подкласса — кристаллизационные и цементационные .

Дисперсные грунты

Состоят из минеральных частиц разного размера, слабосвязанных друг с другом. Дисперсные грунты образуются при выветривании скальных грунтов с последующим переносом продуктов выветривания водным или эоловым путём и переотложением.

Мёрзлые грунты

Имеют отрицательную или нулевую температуру в течение многих лет, содержат включения льда и(или) цементирующий лёд, содержат дополнительные криогенные структурные связи.

Классы грунтов в военно-инженерном деле

В армии, в инженерном деле также есть своя классификация грунтов, которая в основном упрощённо отражает сложность обустройства в этих грунтах полевых инженерных сооружений: окопов, землянок и так далее.

Грунт по плотности и твёрдости делится на слабый, средний и твёрдый.

К слабым относятся грунты, легко отрываемые малой лопатой (песок, рыхлая земля); к средним - растительная земля, к твёрдым - глина, каменистые породы и другие грунты, разработка которых производится с помощью кирко-мотыг, клиньев и взрывов .

Свойства грунтов

Физические свойства

Плотность грунта ρ , г/см ³ — это отношение общей массы образца грунта при естественной влажности и строении, к занимаемому образцом объёму. Плотность грунта зависит от минералогического состава, влажности и пористости .

${\displaystyle \rho ={\frac {m}{V}}}$

где:

ρ — плотность грунта, г/см ^3;

m — масса грунта с естественной влажностью и сложением, г;

V — объём, занимаемый грунтом, см ³ .

Плотность скелета грунта ρ _d — плотность сухого грунта, г/см ³ , определяемая по формуле

${\displaystyle \rho _{d}={\frac {\rho }{1+W}}}$

где

• ρ — плотность грунта, г/см ³ ;
• W — влажность грунта, д. ед.

Коэффициент пористости е определяется по формуле:

${\displaystyle e={\frac {\rho _{s}-\rho _{d}}{\rho _{d}}}}$

где

• ρ _s — плотность частиц грунта, г/см ³ ;
• ρ _d — плотность сухого грунта, г/см ³ .

Предел прочности грунта на одноосное сжатие R _c , МПа — отношение нагрузки, при которой происходит разрушение образца, к площади первоначального поперечного сечения.

Водно-физические свойства

Влажность грунта , W % — массовое(весовое) W или объёмное W _n относительное содержание воды в порах грунта. Объёмная влажность W _n изменяется от 0 до 100 %.

${\displaystyle \rho ={\frac {m}{V}}}$

Коэффициент водонасыщения S _r , д. ед. — степень заполнения объёма пор водой. Определяется по формуле:

${\displaystyle S_{r}={\frac {W\rho _{s}}{e\rho _{w}}}}$

где

• W — природная влажность грунта, д. ед.;
• е — коэффициент пористости;
• ρ s — плотность частиц грунта, г/см ³ ;
• ρ w — плотность воды, принимаемая равной 1 г/см ³ .

Число пластичности Ip — разность влажностей, соответствующая двум состояниям грунта: на границе текучести WL и на границе раскатывания Wp.

${\displaystyle I_{p}=W_{L}-W_{p}}$

WL и Wp определяют по ГОСТ 5180-84.

Количественные характеристики гранулометрического состава

Степень неоднородности гранулометрического состава C _u — показатель неоднородности гранулометрического состава. Определяется по формуле

${\displaystyle C_{u}={\frac {d_{60}}{d_{10}}}}$ , (А.3)

где d ₆₀ , d ₁₀ — диаметры частиц, мм, меньше которых в грунте содержится соответственно 60 и 10 % (по массе) частиц.

Кэффициент выветрелости К _wr , д. ед. — отношение плотности выветрелого грунта к плотности монолитного грунта.

Коэффициент выветрелости крупнообломочных грунтов К _wr , д. ед. , определяется по формуле

${\displaystyle K_{wr}={\frac {K_{1}-K_{0}}{K_{1}}}}$

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. ед., определяется по формуле:

${\displaystyle K_{fr}={\frac {q_{1}}{q_{0}}}}$

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).

Коэффициент размягчаемости в воде К _sof , д. ед. — отношение пределов прочности грунта на одноосное сжатие в водонасыщенном и в воздушно-сухом состоянии.

Коэффициент сжимаемости мёрзлого грунта δ _f — относительная деформация мёрзлого грунта под нагрузкой.

Льдистость грунта за счёт видимых ледяных включений i _i , д. ед. — отношение содержащегося в нём объёма видимых ледяных включений к объёму мёрзлого грунта. Определяется по формуле:

${\displaystyle i_{i}={\frac {\rho _{s}(W_{tot}-W_{m})}{\rho _{i}+\rho _{s}(W_{tot}-W_{w})}}}$

• ρ _s — плотность мёрзлого грунта, г/см ³ ;
• ρ _i — плотность льда, принимаемая равной 0,9 г/см ³ ;
• W _tot — суммарная влажность мёрзлого грунта, д. ед.;
• W _m — влажность мёрзлого грунта, расположенного между ледяными включениями, д. ед.
• W _w — влажность мёрзлого грунта за счёт содержащейся в нём при данной отрицательной температуре незамёрзшей воды, д. ед.

Относительная деформация набухания без нагрузки ε _sw , д. ед. — отношение увеличения высоты образца грунта после свободного набухания в условиях невозможности бокового расширения к начальной высоте образца природной влажности. Определяется по ГОСТ 24143-80.

Относительная деформация просадочности ε _s , д. ед. — отношение разности высот образцов, соответственно, природной влажности и после его полного водонасыщения при определённом давлении к высоте образца природной влажности. Определяется по ГОСТ 23161-78.

Относительное содержание органического вещества I _r , д. ед. — отношение массы сухих растительных остатков к массе абсолютно сухого грунта.

Показатель текучести I _L — отношение разности влажностей, соответствующих двум состояниям грунта: естественному W и на границе раскатывания W _p , к числу пластичности I _p .

Степень водопроницаемости — характеристика, отражающая способность грунтов пропускать через себя воду и количественно выражающаяся в коэффициенте фильтрации К _ф , м/сут. Определяется по ГОСТ 25584-90.

Степень заполнения объёма пор мёрзлого грунта льдом и незамёрзшей водой S _r , д. ед., определяется по формуле:

${\displaystyle S_{r}={\frac {(1,1W_{ic}+W_{w})\rho _{s}}{e_{f}\rho _{w}}}}$

где W _ic — влажность мёрзлого грунта за счёт порового льда, цементирующего минеральные частицы (лёд-цемент), д. ед.;
W _w — влажность мёрзлого грунта за счёт содержащейся в нём при данной отрицательной температуре незамёрзшей воды, д. ед.;
ρ _s — плотность частиц грунта, г/см3;
е _f — коэффициент пористости мёрзлого грунта;
ρ _w — плотность воды, принимаемая равной 1 г/см ³ .

Степень засолённости — характеристика, определяющая количество водорастворимых солей в грунте D _sal , %.

Степень зольности торфа D _ds , д. ед. — характеристика, выражающаяся отношением массы минеральной части грунта ко всей его массе в абсолютно сухом состоянии. Определяется по ГОСТ 11306-83 ^* .

Степень морозной пучинистости — характеристика, отражающая способность грунта к морозному пучению , выражается относительной деформацией морозного пучения ε _fh , д. ед. (доли единицы), которая определяется по формуле:

${\displaystyle \varepsilon _{fh}={\frac {h_{o,f}-h_{o}}{h_{o}}}}$

где

h _{o, f} — высота образца мёрзлого грунта, см;

h _o — начальная высота образца талого грунта до замерзания, см.

Степень плотности песков I _D определяется по формуле

${\displaystyle I_{D}={\frac {e_{max}-e}{e_{max}-e_{min}}}}$ , (A.6)

где е — коэффициент пористости при естественном или искусственном сложении;
e _max — коэффициент пористости песка в самом рыхлом сложении.
e _min — коэффициент пористости песка в самом плотном сложении.

Степень разложения торфа D _dp , д. ед. — характеристика, выражающаяся отношением массы бесструктурной (полностью разложившейся) части, включающей гуминовые кислоты и мелкие частицы негумицированных остатков растений, к общей массе торфа. Определяется по ГОСТ 10650-72.

Степень растворимости в воде — характеристика, отражающая способность грунтов растворяться в воде и выражающаяся в количестве воднорастворимых солей, q _sr , г/л.

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.

Суммарная льдистость мёрзлого грунта i _tot , д. ед. — отношение содержащегося в нём объёма льда к объёму мёрзлого грунта. Определяется по формуле:

${\displaystyle i_{tot}=i_{i}+i_{c}={\frac {\rho \cdot i}{\rho _{i}}}={\frac {\rho _{f}(W_{tot}-W_{w})}{\rho _{i}(1+W_{tot})}}}$ , (A.10)

Состав грунта вещественный — категория, характеризующая химико-минеральный состав твёрдых, жидких и газовых компонентов.

Текстура грунта — пространственное расположение слагающих грунт элементов (слоистость, трещиноватость и др.).

Гранулометрический состав — количественное соотношение частиц различной крупности в дисперсных грунтах. Определяется по ГОСТ 12536-79.

Примечания

Ссылки

• (неопр.) . Дата обращения: 19 декабря 2009. 23 февраля 2012 года.
• (неопр.) (doc). Дата обращения: 10 февраля 2010. 23 февраля 2012 года.