Kievuz

ОСНОВЫ ГРУНТОВЕДЕНИЯ

Основы грунтоведения Грунтоведение – наука о грунтах

ОСНОВЫ ГРУНТОВЕДЕНИЯ

Грунтоведение – наука о грунтах. Грунты – это любые горные породы и почвы, которые изучаются как многокомпонентные системы, изменяющиеся во времени, с целью познания их как объекта инженерной деятельности человека. Классификация грунтов (ГОСТ 25100-95).

Скальные, дисперсные (связные и несвязные), мерзлые, техногенные. Основные физико-механические свойства грунтов. Инженерно-геологическая характеристика грунтов особого состава, состояния и свойств (заторфованные, засоленные, илы, просадочные, набухающие), особенности строительства.

Вопросы для самопроверки:

  1. Определите класс, группу, подгруппу, тип для гнейса и алевролита по ГОСТ 25100-95.
  2. Дайте понятие плотности и пористости грунта.
  3. Что такое пластичность, и какие грунты обладают пластичностью?
  4. Деформационные свойства грунтов, от каких показателей зависят?
  5. Прочностные свойства грунтов, основные показатели.
  6. В каких грунтах может возникнуть процесс набухания, в каких грунтах могут возникнуть просадки?
  7. Что такое торф, особенности строительства на заторфованных грунтах.

1.3.1. Классификация подземных вод

Подземные воды – воды, находящиеся в верхней части земной коры. Наука о подземных водах, их происхождении, условиях залегания, законах движения, физических и химических свойствах, связях с атмосферными и поверхностными водами называют гидрогеологией.

Для строителей подземные воды в первом случае – источник водоснабжения, во втором – фактор, затрудняющий производство земляных и горных работ, в условиях притока подземных вод в котлованы и горные выработки. Также подземные воды вызывают коррозию строительных материалов, используемых для строительства подземных частей сооружений (фундаментов).

В результате взаимодействия подземных вод и горных пород в основании сооружений происходит изменение физико-механических свойств пород, как правило, приводящее к уменьшению прочности. Подземные воды являются одной из причин, вызывающих такие геологические процессы, как просадки лёссовых пород, пучение, оползни, карст, суффозию и другие.

Необходимо уяснить условия образования различных типов подземных вод и особенности их режима, причем особое внимание обратить на верховодку и грунтовые воды. Подземные воды первых от поверхности водоносных горизонтов чаще всего влияют на инженерно-геологические условия местности.

Наиболее четко и строго знать вопросы, посвященные химическому и газовому составу подземных вод, их жесткости и агрессивности, а также образованию и классификации.

Интенсивность водообмена подземных вод (зоны интенсивного, замедленного и весьма замедленного водообмена). Водный баланс. Происхождение подземных вод.

Виды воды в горных породах и минералах. Водоупорные и водоносные породы, водоносный горизонт. Водно-физические свойства горных пород (влажность, влагоемкость, водоотдача, водопроницаемость). Физические (органолептические) свойства подземных вод. Химический состав подземных вод, основные анионы и катионы, минерализация. Жесткость подземных вод.

Типы агрессивности подземных вод к бетонным и железным конструкциям. Воды зоны аэрации. Грунтовые воды. Артезианские воды. Трещинные воды. Карстовые воды. Подземные воды зоны многолетней мерзлоты. Промышленные (рудничные) воды. Родники.

Вопросы для самопроверки:

  1. В какой зоне водообмена располагаются пресные подземные воды?
  2. Какая теория объясняет образование подземных вод просачиванием вглубь Земли атмосферных осадков и поверхностных вод?
  3. Какие горные породы (грунты) при коэффициенте фильтрации Кф >1 м/сутки являются водопроницаемыми?

Какие горные породы (грунты) при коэффициенте фильтрации Кф < 0,001м/сутки являются водонепроницаемыми?

  • Как называется свойство подземной воды, обусловленное содержанием в ней ионов кальция Са2+ и магния Мg2+.

  • Как называется агрессивность подземных вод по отношению к бетону при повышенном содержании диоксида углерода СО2?
  • Для каких водоносных горизонтов характерна свободная поверхность, питание по всей площади распространения, нестабильный режим.

  • Как называется уровень, который характеризует линия, соединяющая края наклонного или складчатого водоносного слоя, залегающего между двумя водоупорами и определяющая напор воды.

  • Какие полезные ископаемые добывают из промышленных вод?
    Раздел гидрогеологии, изучающий движения подземных вод, называется динамикой подземных вод.

    Подземные воды двигаются согласно определенным законам, которые учитываются при гидрогеологических расчетах для устройства водозаборов или для понижения уровня грунтовых вод на строительных площадках.

    Студенту необходимо ознакомиться с методами стационарных наблюдений за режимом подземных вод, а также с составленными на основании этих наблюдений картами гидроизогипс, гидроизопьез, гидроизобат, с помощью которых можно устанавливать направление и скорость движения подземных вод, глубину их залегания и другие параметры водоносных горизонтов.

    В процессе изучения этой темы необходимо получить представление о коэффициенте фильтрации как основном показателе, характеризующем степень водонепроницаемости горных пород, об основных видах и законах движения подземных вод. Следует познакомиться с классификацией подземных потоков и их гидродинамическими параметрами.

  • При изучении плоских потоков подземных вод рекомендуется рассмотреть методы подсчета расхода при горизонтальном и наклонном залегании водоупора. Особое внимание необходимо обратить на усвоение полевых и лабораторных методов определения коэффициента фильтрации, расчета водопритока как к отдельным скважинам и котлованам, так и к взаимодействующим вертикальным и наклонным дренам. Источники и виды загрязнения подземных вод, меры борьбы. Зоны санитарной охраны.

    Вопросы для самопроверки:

    1. Как называется вода, заполняющая поры грунта и передвигающаяся под влиянием силы тяжести, т.е.

      под влиянием разности напоров?

    2. Как называется движение подземного потока, при котором струйки воды передвигаются без завихрения, параллельно друг другу?
    3. Как называются линии, соединяющие точки с равными абсолютными отметками поверхности (зеркала) подземных вод?
    4. Как называется изменение во времени уровня, химического состава, температуры и расхода подземных вод?
    5. При каком движении все элементы фильтрационного потока (скорость, расход, направление и др.) не изменяются во времени или эти изменения настолько малы, что для практических целей ими можно пренебречь?
    6. Как называется объем воды, выдаваемый скважиной или другим водозаборным сооружением в единицу времени?
    7. При каком режиме движения фильтрация подземных вод в полностью водонасыщенных грунтах подчиняется закону Дарси: Q = Kф∙F∙I.
    8. Как называются сооружения, с помощью которых происходит захват (забор) подземных вод для водоснабжения, отвод их с территории строительства?
    9. Как называются водозаборные сооружения, вскрывающие водоносный горизонт на полную его мощность?
    10. Как называют разность между статическим и динамическим уровнем подземных вод в скважине, т.е. величину на которую понижается уровень воды?
    11. Как называется загрязнение, характеризуемое попаданием в подземные воды различных примесей, содержащихся в сточных водах (песок, шлак и пр.), преимущественно по крупным трещинам и пустотам?
    12. Какие колодцы называются поглощающими и с какой целью их применяют?

    Источник: http://reforef.ru/outozu/%D0%A3%D1%87%D0%B5%D0%B1%D0%BD%D0%BE-%D0%BC%D0%B5%D1%82%D0%BE%D0%B4%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%BE%D0%B5+%D0%BF%D0%BE%D1%81%D0%BE%D0%B1%D0%B8%D0%B5+%D0%BA+%D1%81%D0%B0%D0%BC%D0%BE%D1%81%D1%82%D0%BE%D1%8F%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D0%BE%D0%B9+%D1%80%D0%B0%D0%B1%D0%BE%D1%82%D0%B5+%D1%81%D1%82%D1%83%D0%B4%D0%B5%D0%BD%D1%82%D0%BE%D0%B2+%D0%B2%D1%81%D0%B5%D1%85+%D1%84%D0%BE%D1%80%D0%BC+%D0%BE%D0%B1%D1%83%D1%87%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D1%8F+%D0%BF%D0%BE+%D0%BD%D0%B0%D0%BF%D1%80%D0%B0%D0%B2%D0%BB%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D1%8E+%D0%BF%D0%BE%D0%B4%D0%B3%D0%BE%D1%82%D0%BE%D0%B2%D0%BA%D0%B8+%D0%B1%D0%B0%D0%BA%D0%B0%D0%BB%D0%B0%D0%B2%D1%80%D0%BE%D0%B2+270800.+62+%C2%AB%D0%A1%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%B8%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8C%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%BE%C2%BBc/part-3.html

    Грунтоведение. Определение, задачи, направления исследований

    ОСНОВЫ ГРУНТОВЕДЕНИЯ
    АБВГДЕЖЗИКЛМНОПРСТУФХЦЧШЩЭЮЯ

    / Энциклопедия / Термин, определение и понятие

    Грунтоведение – это базовое направление инженерной теологии, изучающее природу, эволюцию, трансформацию вещественного состава, структурных признаков и свойств (прочность, деформируемость, устойчивость, влагоемкость, водопроницаемость) различных генетических и петрографических типов горных пород (грунтов), закономерности их пространственно-временных изменений под влиянием постгенетических процессов, в том числе гипергенеза и техногенеза.

    Исследования основываются на оценках генетических особенностей и петрографического состава грунтов, это дает основания некоторым исследователям называть грунтоведение «инженерной петрологией».

    Грунтоведение основывается на данных по минералогии, литологии, петрохимии и геохимии, тесно связано с мерзлотоведением, почвоведением, палеопедологией, гидрогеологией. Связь со строительной и горной науками осуществляется через механику грунтов.

    По своему генезису, физическому состоянию, сложению и свойствам грунты как компонент теологической среды весьма разнообразны. При изучении одних используются методы физики твердого тела (скальные и полускальные массивные и трещиноватые), для др.

    — методы физической и коллоидной химии (грунты дисперсные без жесткой связи и рыхлые — глинистые, лессовые, песчаные, крупнообломочные несцементированные, биогенные, техногенные).

    Задачи и приоритетные направления грунтоведения

    Задачи грунтоведения — исследования техногенных изменений грунтов в зонах влияния сооружений и в массивах горных пород при инженерно-хозяйственной деятельности.

    Приоритетным направлением грунтоведения является прогноз эволюционных изменений вещественного состава и физико-механических свойств; в течение теологической истории, а также при искусственном улучшении прочностных и деформационных свойств массивов с использованием цементации, уплотнения, замораживания, метода геокомпозита и др.

    Приоритетная задача грунтоведения — инженерно-теологическая характеристика искусственных грунтов (культурные слои, грунты насыпные, намывные, улучшенные при строительных работах и пр.).

    Трансформация горных пород устанавливается по внешнему облику, физическому состоянию, по данным лабораторных и полевых определений физико-механических свойств; структурных признаков на макро- и микроуровнях — плотности, пористости, прочности, упругости, деформируемости в природном состоянии и при водонасыщении.

    При региональных работах изучение физического состояния и свойств грунтов, закономерностей их изменения или улучшения несущей способности проводится с учетом генетических особенностей пород.

    Данные изучения грунтов в элементарных разрезах генерализуются для теологических массивов, сходных по теологическим и инженерно-теологическим признакам.

    Особое место отводится инженерно-теологической характеристике современных почв — особенностям их состава, строения и структуры в различных климатических зонах.

    Направления исследований в грунтоведении

    Грунтоведение как наука ведет исследования в трех направлениях: общее грунтоведение, техническая мелиорация грунтов и региональное грунтоведение.

    Общее грунтоведение изучает состав, структуры, текстуры и свойства (физико-механические, водные и деформационные) горных пород и почв для обеспечения устойчивости пород и грунтовых массивов.

    Общее грунтоведение — теоретическая база для регионального грунтоведения и технической мелиорации, поскольку изучает процессы формирования прочности пород на основе базовых разработок их геолого-петрографических и физико-химических особенностей.

    Устанавливаются закономерности изменения свойств пород при увлажнении и водонасыщении в аспекте оценки изменения устойчивости (прочности) в природных и техногенных условиях.

    Техническая мелиорация грунтов разрабатывает проблемы искусственного улучшения деформационных свойств грунтов в строительных целях — для дорожного, гражданского, гидротехнического и др. видов строительства и закрепления горных пород в условиях их естественного залегания (к примеру, методом геокомпозита).

    Региональное грунтоведение изучает инженерно-теологические особенности и закономерности пространственного размещения всех типов грунтов, почв и совокупности природных особенностей территории с целью обоснования проектов строительного и хозяйственного освоения земель.

    Исследуя вещественный состав, строение, плотностные деформационные свойства и трансформацию грунтов под воздействием гипергенеза и техногенеза, грунтоведение обеспечивает их характеристику как объекта инженерной деятельности и в качестве оснований зданий и сооружений для комфортного существования среды обитания и деятельности человека.

    Источники: Инженерная петрология. Ломтадзе В.Д. —Л., 1984; Грунтоведение. 4-е изд., переработанное. Сергеев Е.М. и др. —М., 1973.

    Источник: https://fireman.club/inseklodepia/gruntovedenie/

    Основы грунтоведения

    ОСНОВЫ ГРУНТОВЕДЕНИЯ

    Грунт – горные породы, почвы, техногенные образования, являющиеся объектом инженерно-хозяйственной деятельности человека.

    Различают грунты: скальные – монолиты или трещиноватые массивы, рыхлые (нескальные) – крупнообломочные, песчаные и глинистые породы.

    Грунты могут служить:

    – материалом оснований сооружений,

    – материалом самого сооружения (дорог, насыпей, плотин),

    – средой для размещения в них сооружений (тоннелей, трубопроводов, хранилищ) и др.

    Классы грунтов

    Природные скальные грунты с жесткими структурными связями (кристаллизационными и цементационными).

    Природные дисперсные – грунты с механическими и водноколлоидными структурными связями.

    Природные мерзлые – грунты с криогенными структурными связями.

    Техногенные (скальные, дисперсные и мерзлые) – грунты с различными структурными связями, образованными в результате деятельности человека.

    Термины и определения

    Грунт скальный, состоящий из кристаллов одного или нескольких минералов, имеющих жесткие структурные связи кристаллизационного типа (прочность на одноосное сжатие Rс>5 Мпа).

    Грунт полускальный – грунт, состоящий из кристаллов одного или нескольких минералов, имеющих жесткие структурные связи цементационного типа (прочность на одноосное сжатие Rс≤5 Мпа).

    Грунт дисперсный – грунт, состоящий из отдельных зерен разного размера, слабосвязанных друг с другом – результат выветривания скальных грунтов, транспортировки продуктов выветривания водным или эоловым путем и их отложения.

    2.2. Физические свойства грунтов

    Плотность (объемный вес) – один из наиболее важных показателей: масса единицы объема грунта с естественной влажностью и ненарушенным сложением, зависит от минералогии. У дисперсных грунтов ρ0=1,3–2,0 г /см3, ρ0=2,5–3,3 г /см3 у скальных.

                                                              ρ0=m/V,                                                     (2)

    где, m – масса с естественной влажностью, V – объем грунта ненарушенного сложения.

    Плотность частиц грунта (удельный вес) – отношение массы сухого грунта, исключая массу воды в порах, к объему твердой части, ρs=2,2–3,2 г /см3.

    ρs=(m–mв)/V–Vпор,                                             (3)

    где, mв – масса воды, Vпор – объем пор.

    Естественная влажность (W) – все количество воды, содержащееся в порах грунта в естественном залегании. Определяют высушиванием грунта при tº=105º–107º  в течение 8 часов, определяется как отношение массы воды к массе сухой породы.

    Удельный вес (γ) – отношение веса грунта и воды, содержащейся в порах, к объему грунта.

    Пористость (n) – отношение объема пор к объему грунта, измеряется в %, обычно 30–60 %, но чаще в расчетах используется величина приведенной пористости – коэффициент пористости (е) – отношение объема пор к объему твердых минеральных частиц.

    Физические значения плотности применяются:

    1. для характеристики физических свойств породы как основания или строительного материала.

    2. для расчетов при динамических нагрузках.

    2.3. Водно-физические свойства грунтов

    Водно-физические свойства грунтов являются важнейшими характеристиками физического состояния определяющие прочность и деформируемость.

    Природная влажность – отношение массы воды, содержащейся в в порах породы, к массе сухой породы, W, д.е.

                                                        W=(m–m1)/m1,                                                (4)

    где m – масса грунта вместе с содержащейся в ней водой, m1 – масса высушенного грунта, г.

    Полная влагоемкость – максимальное содержание воды, содержащееся в породе, Wп, д.е.

                                                             Wп,=n/ρd,                                                    (5)

    где, n – пористость грунта, ρd – плотность сухого грунта.

    Коэффициент водонасыщения грунта (степень влажности) – степень заполнения объема пор водой, Sr, д.е.

                                                          Sr=W·ρs/eρw,                                                  (6)

    где, W – природная влажность грунта, д.е.; е – коэффициент пористости; ρs – плотность частиц грунта, г/см3; ρw – плотность воды, 1 г/см3.

    Критерий физического состояния глинистых грунтов (Jp; JL)

    Пластическими свойствами обладают дисперсные связные грунты – глины, суглинки и супеси.

    Пластичность – способность пород изменять под действием внешних сил (давление) свою форму без разрыва сплошности и сохранять полученную форму, после того как действие внешней силы прекратилось – характеристика определяемая деформируемость.

    Чтобы выразить пределы влажности, при которых грунты обладают пластичностью, вводят понятие верхнего и нижнего предела пластичности.

    WL – граница текучести соответствует такой влажности, при незначительном увеличении которой, грунт переходит в текучее состояние (определяется опытным путём).

    Wp – граница раскатывания соответствует такой влажности, при незначительном уменьшении которой, грунт переходит в твёрдое состояние (определяется опытным путём). Определение характерных влажностей WL и Wp для глинистых грунтов является кропотливым лабораторным процессом и требует определенных навыков и даже профессиональной подготовки.

    Число пластичности Jp=WL–Wp.

    Показатель текучести JL=(W–Wp)/(WL–Wp).

    Таблица 6

    Зависимость расчетного сопротивления R глинистых

    (связных) грунтов нагрузкам от величины JL, (табл. СНиП 2.02.01–83).

    Твердое состояние

    Пластичное состояние

    Текучее состояние

    JL < 0

    0 < JL < 1

    JL ≥ 1

    R ≈ 4 кг/см2 = 0,4 МПа

    R ≈ 0,2 МПа

    R ≈ 0 (строить практически невозможно)

    2.4. Деформационные свойства

    Деформационные свойства – характеризуют поведение грунта под нагрузками, не превышающими критические.

    Деформационные свойства дисперсных грунтов определяются их сжимаемостью под нагрузкой, в результате смешения минеральных частиц относительно друг друга и зависит от пористости породы.

    Сжимаемость – способность грунтов деформироваться под влиянием внешней нагрузки, не подвергаясь разрушению, определяется модулем общей деформации Е, МПа зависит:

    – от гранулометрического состава,

    – минералогического состава,

    – структуры и текстуры пород.

    2.5. Прочностные свойства

    Прочность грунтов – характерное поведение грунта под нагрузками, равными или превышающими критические и определяются только при разрушении грунта.

    Для дисперсных грунтов прочность характеризуется сопротивлением грунтов сдвигу, τ, МПа.

                                                           Τ=Рtgφ+С,                                                   (7)

    где, τ – предельное сдвигающее напряжение, Мпа; Р – нормальное давление, МПа, tgφ – коэффициент внутреннего трения; φ – угол внутреннего трения, град., С – сцепление, МПа.

    Величины φ и С – параметры зависимости сопротивления грунта сдвигу, и применяются для расчета прочности и устойчивости массива грунтов.

    Для скальных грунтов прочность характеризует предел прочности на одноосное сжатие Rс (МПа).

    2.6. Классификационные показатели глинистых грунтов

    По содержанию глинистых частиц (30 %;

    Суглинки – 10–30 %;

    Супесь – 10–2 %;

    Песок – 17

    Примечание: Илы подразделяются по значениям числа пластичности, указанным в таблице, на супесчаные, суглинистые и глинистые.

    Набухание – способность глинистых пород при насыщении водой увеличивать свой объем. Возрастание объема породы сопровождается развитием в ней давления набухания (глины и тяжелые суглинки).

    Набухание зависит:

    – от содержания глинистых и пылеватых частиц, их минералогического состава,

    – от химического состава воды, взаимодействующей с породой. Бентонитовая глина V увеличивается на 80 %, каолиновая – 25 %.

    Таблица 9

    По относительной деформации набухания без нагрузки εsw глинистые грунты подразделяются

    Разновидность глинистых грунтов

    Относительная деформация набухания без нагрузки εsw

    Ненабухающий

    Слабонабухающий

    Средненабухающий

    Сильнонабухающий

    0,12

    Просадочностьсвойство лессовых грунтов уменьшать свой объем без изменения давления и давать просадку при замачивании.

    Лессы – пылеватые суглинки, супеси (фракции 0,05-0,005 мм >50 %), в сухом состоянии держат вертикальные откосы, быстро размокают в воде, пористость > 40%, высокое содержание карбонатов, засоление легко растворимыми солями.

    По относительной деформации просадочности εsl глинистые грунты разделяются: просадочные εsl ≥ 0,01 и непросадочные εsl 50 %

    Масса частиц крупнее 0,25 мм > 50 %

    Масса частиц крупнее 0,1 мм ≥ 75%

    Масса частиц крупнее 0,1 мм < 75 %

    Примечания. Для установления наименования грунта последовательно суммируются проценты содержания частиц: сначала – крупнее 200 мм, затем крупнее 10 мм и т.д.

    При наличии в крупнообломочном грунте песчаного заполнителя более 40 % или глинистого более 30 % от общей массы воздушно-сухого грунта, добавляется наименование вида заполнителя и указывается характеристика его состояния.

    Например, дресва с заполнителем суглинком полутвердым.

    По степени влажности крупнообломочные и песчаные грунты разделяются на: насыщенные водой Sr≥0,8; средней степени насыщения 0,8>Sr>0,5;малой степени насыщения Sr3.

    По коэффициенту выветрелости крупнообломочных грунтов: невыветрелые 0 ≤КwsRс>3 МПа;

    – низкой прочности, 3>Rс>1 МПа;

    – очень низкой прочности, Rс0,9,

    выветрелые 0,9≥Кws>0,8,

    сильновыветрелые (рухляки) Кws0,75;

    – размягчаемые Кsof

    Источник: http://kursak.net/klassifikaciya-gruntov-gost-25100-95/

    ovdmitjb

    Add comment