Описание грунтов их происхождение

Добавил пользователь Владимир З.
Обновлено: 19.09.2024

Грунт (нем. Grund — основа, почва) — любые горные породы, почвы, осадки, техногенные (антропогенные) образования, представляющие собой многокомпонентные, динамичные системы, являющиеся компонентами геологической среды и объектом инженерно-хозяйственной деятельности человека.

скальные и полускальные грунты — монолитные грунты с жесткими структурными связями; — раздельнозернистые грунты без жестких структурных связей: связные — глинистые, и несвязные — песчаные и крупнообломочные.

Грунты могут быть использованы в качестве оснований зданий и различных инженерных сооружений, материала для сооружений (дорог, насыпей, плотин), среды для размещения подземных сооружений (тоннелей, трубопроводов, хранилищ) и др.

Содержание

Термины и определения

Ниже приведены термины, определенные в ГОСТ 25100-95. [1]

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 (Rc ≥ 5 МПа — скальные грунты, Rc = 1.

Песок — несвязный минеральный грунт, в котором масса частиц размером меньше 2 мм составляет более 50 % (Ip = 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 >= 0,9, текучую консистенцию I% 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 IL > 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) εsw >= 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 εsl >= 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 εfh >= 0,01.

Степень засоленности — характеристика, определяющая количество воднорастворимых солей в грунте Dsal, %.

Степень морозной пучинистости — характеристика, отражающая способность грунта к морозному пучению, выражается относительной деформацией морозного пучения εfh, д. е., которая определяется по формуле

$\varepsilon_<fh> = \frac-h_o>$
, (A.1)

где ho, f — высота образца мерзлого грунта, см;

ho — начальная высота образца талого грунта до замерзания, см.

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

Плотность скелета грунта — плотность сухого грунта ρd, г/см3, определяемая по формуле

$\rho_d = \frac<\rho> $
, (A.2)

где ρ — плотность грунта, г/см3;

W — влажность грунта, д. е.

Коэффициент выветрелости Кwr, д.е. — отношение плотности выветрелого грунта к плотности монолитного грунта.

Коэффициент размягчаемости в воде Кsof, 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, qsr, г/л.

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

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

Степень неоднородности гранулометрического состава Cu — показатель неоднородности гранулометрического состава. Определяется по формуле

$C_u = \frac<d_<60> >>$
, (А.3)

где d60, d10 — диаметры частиц, мм, меньше которых в грунте содержится соответственно 60 и 10 % (по массе) частиц.

Число пластичности Ip — разность влажностей, соответствующая двум состояниям грунта: на границе текучести WL и на границе раскатывания Wp, WL и Wp определяют по ГОСТ 5180-84.

Показатель текучести IL — отношение разности влажностей, соответствующих двум состояниям грунта: естественному W и на границе раскатывания Wp, к числу пластичности Ip.

Относительная деформация набухания без нагрузки εsw, д.е. — 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 εs, д.е. — отношение разности высот образцов, соответственно, природной влажности и после его полного водонасыщения при определенном давлении к высоте образца природной влажности. Определяется по ГОСТ 23161-78.

Коэффициент водонасыщения Sr, д.е. — степень заполнения объема пор водой. Определяется по формуле

$S_r = \frac<W\rho_s> $
, (A.4)

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

Коэффициент пористости е определяется по формуле

$e = \frac<\rho_s - \rho_d> $
, (A.5)

где ρs — плотность частиц грунта, г/см3;

ρd — плотность сухого грунта, г/см3.

Степень плотности песков ID определяется по формуле

$I_D = \frac -e>-e_>$
, (A.6)

где е — коэффициент пористости при естественном или искусственном сложении;

emax — коэффициент пористости в предельно-плотном сложении;

emin — коэффициент пористости в предельно-рыхлом сложении.

Коэффициент выветрелости крупнообломочных грунтов Кwr, д.е., определяется по формуле

$K_<wr> = \frac$
, (А.7)

где К1 — отношение массы частиц размером менее 2 мм к массе частиц размером более 2 мм после испытания на истирание в полочном барабане;

К0 — то же, в природном состоянии.

Коэффициент истираемости крупнообломочных грунтов Кfr, д.е., определяется по формуле

$K_<fr> = \frac$
, (A.8)

где q1 — масса частиц размером менее 2 мм после испытания крупнообломочных фракций грунта (частицы размером более 2 мм) на истирание в полочном барабане;

q0 — начальная масса пробы крупнообломочных фракций (до испытания на истирание).

Относительное содержание органического вещества Ir, д.е. — отношение массы сухих растительных остатков к массе абсолютно сухого грунта.

Степень разложения торфа Ddp, д.е. — 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 зольности торфа Dds, д.е. — характеристика, выражающаяся отношением массы минеральной части грунта ко всей его массе в абсолютно сухом состоянии. Определяется по ГОСТ 11306-83 * .

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 охлажденный — засоленный 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 δf — относительная деформация мерзлого грунта под нагрузкой.

Степень заполнения объема пор мерзлого грунта льдом и незамерзшей водой Sr, д.е., определяется но формуле

$S_r = \frac<(1,1W_<ic> +W_w)\rho_s>< e_f \rho_w>$
, (A.9)

где Wic — влажность мерзлого грунта за счет порового льда, цементирующего минеральные частицы (лед-цемент), д.е.;

Ww — влажность мерзлого грунта за счет содержащейся в нем при данной отрицательной температуре незамерзшей воды, д.е.;

ρs — плотность частиц грунта, г/см3;

еf — коэффициент пористости мерзлого грунта;

ρw — плотность воды, принимаемая равной 1 г/см3.

Суммарная льдистость мерзлого грунта itot, д.е. — отношение содержащегося в нем объема льда к объему мерзлого грунта. Определяется по формуле

Льдистость грунта за счет видимых ледяных включений ii, д.е. — отношение содержащегося в нем объема видимых ледяных включений к объему мерзлого грунта. Определяется по формуле

где iic — льдистость грунта за счет льда-цемента (порового льда), д.е.;

Wtot — суммарная влажность мерзлого грунта, д.е.;

ρi — плотность льда, принимаемая равной 0,9 г/см3;

ρf — плотность мерзлого грунта, г/см3;

Wm — 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. s

Классификация грунтов [1]

Классификация грунтов включает следующие таксономические единицы, выделяемые по группам признаков:

Магматические горные породы образовались в результате остывания магмы, а также в результате горнообразовательных процессов. Вследствие физического и химического выветривания они постепенно превращались в рыхлые горные породы. Раздробленные частицы горных пород перемещались в пониженные части поверхности земли, где откладывались, образуя осадочные горные породы. Если в процессе горообразования они оказались близко к поверхности земли, то под воздействием химического выветривания образовывали крупноскелетные или мелкодисперсные грунты.

Грунтами строители называют верхние слои коры выветривания литосферы и относят к ним скальные, полускальные и рыхлые горные породы.

В большинстве случаев верхние слои земной коры сложены крупнообломочными, песчаными, пылевато-глинистыми, органогенными и техногенными грунтами. Ниже поверхности земли эти дисперсные грунты имеют почти повсеместное распространение. Большая часть дисперсных грунтов образовалась в результате накопления продуктов физического и химического выветривания. Некоторые грунты возникли вследствие отложения органических веществ (например, торф), а также в результате искусственной отсыпки или намыва различных материалов (техногенные отложения). В процессе физического выветривания образовались крупнообломочные и песчаные грунты. Результатом химического и частично биологического выветривания являются минералы, составляющие мелкодисперсную часть пылевато-глинистых грунтов.

Составные части грунтов

В большинстве случаев грунты состоят из трех компонентов: твердых частиц, воды и воздуха (или иного газа), т. е. составные части грунта находятся в трех состояниях: твердом, жидком или газообразном. Соотношение этих компонентов обусловливает многие свойства грунтов.

Если грунт состоит из твердых частиц, все поры между которыми заполнены водой, то он является двухфазной системой. В большинстве случаев в грунте кроме твердых частиц и воды имеется воздух или иной газ, либо растворенный в воде, либо находящийся в виде пузырьков. Такой грунт является трехфазной системой.

В мерзлом грунте, кроме того, содержится лед. Он придает грунту специфические свойства, которые приходится учитывать, особенно при строительстве в районах распространения вечномерзлых грунтов. Мерзлый грунт является четырехфазной системой.

В некоторых грунтах присутствуют органические вещества в виде растительных остатков или гумуса. Наличие даже сравнительно небольшого количества таких веществ в грунте существенно отражается на его свойствах.

Виды воды в грунтах и их свойства

Вода в пылевато-глинистых грунтах в значительной степени предопределяет свойства грунта, которые зависят в первую очередь от ее относительного содержания.

Наличие между частицами пылевато-глинистого грунта связанной воды определяет ее пластичность. При этом, чем толще пленка воды, тем меньше прочность грунта, и наоборот. Изменение толщины пленок воды приводит к изменению его состояния от почти жидкого до твердого.
Увлажнение пылевато-глинистого грунта приводит к увеличению толщины пленок воды между частицами и сопровождается увеличением объемов грунта.

Физико-механические свойства грунтов

Зерновой (гранулометрический) состав. Под зерновым составом содержание по массе групп частиц грунта различной крупности по отношению к общей массе абсолютно сухого грунта. По данным зернового состава породы может быть получена приблизительная характеристика водопроницаемости песчаных пород; по тем же данным могут быть даны оценка возможности вымывания мелких песчаных частиц породы из-под основания сооружений и другие приблизительные показатели. На основании данных анализа зернового состава может быть дана оценка пород в качестве материала для бетона, земляных плотин, дамб и др.

Для определения зернового состава применяются следующие виды анализа:

• Механический анализ производят путем разделения пород на ряд фракций, которые отличаются диаметром частиц. После разделения на фракции определяют процентное содержание частиц каждой фракции в исследуемой породе.

• Ситовый анализ заключается в просеивании частиц через набор сит с отверстиями различного диаметра. Этот способ служит для анализа песков.

• Метод Сабанина, основанный на принципе разделения фракций по скорости падения частиц, взвешенных в спокойной жидкости, служит для определения глинистых и пылеватых песчаных пород.

• Пипеточный метод, принцип которого заключается в отборе пипеткой проб частиц, не успевших в определенные сроки осесть в процессе отстаивания; применяется для анализа глинистых пород.

• Ареометрический метод заключается в измерении специальным ареометром плотности взмученных в воде частиц породы, изменяющейся по мере осаждения их в водной среде.

• Метод Рутковского, основанный на способности глинистых фракций набухать в воде и на различной скорости падения частиц в воде в зависимости от их размеров. Пользуясь этим методом, можно выделить в породе три группы фракций: глинистую, пылеватую и песчаную.
Механический анализ применяется для связных и несвязных пород, имеющих размер частиц не свыше20 мм.

Плотность и пористость породы являются важной физической характеристикой. Плотность породы есть отношение массы породы, включая массу воды в ее порах, к занимаемому этой породой объему.

Плотностью частиц грунта называют отношение массы сухого грунта к объему твердой части этого грунта. Плотность частиц грунта у горных пород изменяется в пределах от 2,6 до 2,75 г/см3 и для каждой группы пород определяется только ее минералогическим составом. Величина плотности зависит от минералогического состава, влажности, пористости.

Пористость пород представляет собой пустоты или свободные промежутки между минеральными частицами, составляющими породу. Пористость n обычно выражают в виде процентного отношения объема пустот к общему объему породы.

Влажностью породы называют отношение массы воды, содержащейся в порах, к массе сухой породы. Влажность породы является очень важной характеристикой физического состояния породы, определяющей ее прочность и другие свойства при использовании в инженерных целях.

Пластичностью называют способность породы изменять под действием внешних сил свою форму, т. е. деформироваться без разрыва сплошности и сохранять полученную форму, когда действие внешней силы прекратилось.

Деформируемость глинистых пород под действием давления зависит от их консистенции (относительной влажности). Для того, чтобы выразить в числовых показателях пределы влажности породы, при которой она обладает пластичностью, введены понятия о верхнем и нижнем пределах пластичности.

Нижним пределом пластичности называется такая степень влажности глинистой породы, при которой глинистое тесто, замешанное на дистиллированной воде, при раскатывании его в жгутик диаметром в 3 мм начинает крошиться вследствие потери пластических свойств.

Верхним пределом пластичности называется такая степень влажности глинистой породы, при которой глинистое тесто, положенное в чашку и разрезанное глубокой бороздой, сливается после трех легких толчков чашки ладонью. При большей степени влажности тесто течет без встряхивания или при одном или двух толчках.

Набуханием называется способность глинистых пород при насыщении водой увеличивать свой объем. Возрастание объема породы сопровождается развитием в ней давления набухания. Набухание зависит от содержания в породе глинистых и пылевых частиц и их минералогического состава, а также от химического состава воды.

Набухание учитывают при строительных работах. Явление набухания породы наблюдается в котлованах, выемках, а также при строительстве плотин и водохранилищ, когда изменяются гидрогеологические условия района сооружений и увеличивается влажность пород за счет вновь поступающей воды.

Усадкой породы называется уменьшение объема породы под влиянием высыхания, зависящее от ее естественной влажности: чем больше влажность, тем больше усадка.

Размоканием называется способность глинистых пород в соприкосновении со стоячей водой терять связность и разрушаться - превращаться в рыхлую массу с частичной или полной потерей несущей способности. Размокание породы имеет большое значение для характеристики ее строительных качеств. Скорость размокания пород определяет степень ее устойчивости под водой.

Для характеристики размокания пород обычно используют два показателя: время размокания, в течение которого образец породы, помещенный в воду, теряет связность и распадается на структурные элементы разного размера; характер размокания, отражающий качественную картину распада образца породы.

Большая часть пород с кристаллизационными ионно-ковалентными структурными связями является практически неразмокаемой. В противоположность им дисперсные породы (у них эти связи отсутствуют) размокают. Плотные суглинки и глины, не размокающие в воде, размываются лишь при длительном воздействии текучей воды. Размокаемые связные породы, характеризующиеся слабыми структурными связями, размываются быстро, причем их размываемость обусловливается сопротивлением размоканию.

Сжимаемость

Глинистые породы под влиянием нагрузки деформируются не разрушаясь. Свойства деформации характеризуются модулем деформации, коэффициентом Пуассона, коэффициентами сжимаемости и консолидации, модулями сдвига и объемного сжатия.

Деформационные свойства дисперсных грунтов определяются их сжимаемостью под нагрузкой, обусловленной смещением частиц относительно друг друга и соответственно уменьшением объема пор, вследствие деформации частиц породы, воды, газа.

При определении сжимаемости грунтов различают показатели, характеризующие зависимость конечной деформации от нагрузки и изменение деформации грунта во времени при постоянной нагрузке. К первой характеристике показателей относятся коэффициент уплотнения, коэффициент компрессии, модуль осадки , ко второй – коэффициент консолидации.

Сцепление. Сопротивление грунтов сдвигу – их важнейшее прочностное свойство, знание которого необходимо для решения инженерно-геологических задач. Под действием некоторой внешней нагрузки в определенных зонах грунта связи между частицами разрушаются, и происходит смещение одних частиц относительно других – грунт приобретает способность неограниченно деформироваться под данной нагрузкой. Разрушение грунта происходит в виде перемещения одной части массива относительно другой.

Главная задача курса освоение методик расчета грунтовых оснований.

Практические задачи, связанные с оценкой поведения грунтов, обычно осложняются тремя обстоятельствами:

- грунты очень многообразны и неоднородны;

- поведение грунтов лишь приближенно следует законам механики простейших идеализированных сред (сыпучей, упругой, пластичной и т.д.), в связи с чем точность расчетов оснований в основном ниже, чем расчетов надземных конструкций;

- неправильное прогнозирование поведения грунтов по своим последствиям может быть намного опасней ошибок в оценке надземных конструкций.

Связь геотехнических дисциплин с

дисциплинами механико-математического цикла

Краткая история развития фундаметостроения.

В 13-19 веке фундаментостроение начало переходить на научную основу.Большая заслуга в этом принадлежала таким ученым-инженерам, как Ш. Кулон, К. Моор. в России- В.М. Карлович, А.И. Красовский.

В XX веке механика грунтов оформилась как самостоятельная научная дисциплина. Особую роль в этом сыграл австрийский ученый К. Терцаги, которого многие называют создателем механики грунтов. Немалый вклад в эту науку внесли отечественные специалисты Н.М. Герсеванов, П.А. Минаев, Н.П. Пузыревский, Н.А. Цытович и др. В отечественной практике раньше, чем за рубежом стала применяться теория упругости, раньше осуществлен переход на расчеты по предельным состояниям. Высокого уровня достигли теоретические исследования в сфере статики сыпучих сред.

В настоящее время фундаментостроение развивается в условиях, отличающихся от условий предшествующих веков, как в сторону усложнения, так и упрощения решаемых задач. Усложнения связаны с очень большими объемами строительных работ, сложностью конструкций возводимых объектов, необходимостью освоения районов со все более сложными инженерно-геологическими и природно-климатическими условиями. Упрощения же связаны с возможностью применения более совершенных машин, механизмов, новых эффективных материалов, которых предшествующие поколения строителей не знали.

Основные достижения советского фундаментостроения:

1. обоснование методов строительства на сжимаемых грунтах;

2. строительство на просадочных грунтах;

3. строительство на вечномерзлых грунтах.

Грунтовые основания. Происхождение грунтов.

Здание или сооружение покоится на основанииОснование может быть различным,

а)однослойное б) двухслойное

Грунтами строители называют верхние слои коры выветривания литосферы. Это всякая горная порода, которая используется при строительстве в качестве оснований сооружения или материала для сооружения.

Горная порода – это совокупность минералов, которая характеризуется составом, структурой и текстурой.

Состав – это перечень минералов, составляющих породу.

Структура – этот размер, форма и количественное соотношение слагающих породу частиц.

Текстура – это пространственное расположение элементов грунта, определяющее его строение.

Все закономерности состава и строения грунтов тесно связаны с условиями их происхождения. Происхождение положено в основу классификации грунтов .

Магматические (изверженные) горные породы образовались при медленном остывании магмы в верхних слоях земной коры (это интрузивные породы - граниты, диориты, габбро и др.), а так же при быстром остывании излившегося на поверхность земли расплава магмы (это эффузивные - базальты, порфир и др.).

Осадочные горные породы – образуются в результате выветривания, перемещения, осаждения и уплотнения продуктов разложения исходных магматических и метаморфических пород. В зависимости от степени упрочнения различают сцементированные (песчаники, доломиты алевролиты и т.п.) и не сцементированные осадочные породы (крупнообломочные, песчаные, глинистые грунты, лессы, илы, торфы, почвы и т.п.).

Метаморфические горные породы образуются в недрах из осадочных, магматических или метаморфических пород путем их перекристаллизации под воздействием высоких давлений и температур (сланцы, мраморы, кварциты, гнейсы).

Горные породы магматического, метаморфического происхождения и сцементированные осадочные породы относятся к классу скальных грунтов.Осадочные несцементированные породы относятся к классу нескальных пород.

В самых верхних слоях земной коры (зона естественного выветривания) под влиянием колебаний температуры, изменения состава и состояния воды, газов, деятельности растительных и животных организмов и т.п. развиваются процессы выветривания - физического, химического, органического разрушения минералов и горных пород. Продукты выветривания перемещаются водой или воздухом на большие расстояния и вновь откладываются.

Генезис.

Аллювиальные – отложения постоянно действующих водотоков (рек, крупных ручьев); подразделяются на русловые (преимущественно пески и галечниковые грунты), пойменные (как правило, суглинки), старичные (ил, торф)

Морские – отложения морей; подразделяются на прибрежные, или литоральные (песок, гравий, галька); шельфовые (ил, известняк); осадки ложа океана или абиссальные (ил)

Элювиальные – продукты выветривания скальных горных пород оставшиеся на месте образования и сохранившие в той или иной степени структуру и текстуру исходных пород (супеси, пылеватые пески, реже суглинки с примесями дресвы и щебня)

Эоловые – продукты осаждения частиц, переносимых ветром (пески, лессы)

Пролювиальные – отложения в зоне конуса выноса временных или постоянных водотоков (крупнообломочные породы с примесью песка и глины)

Озерные – образуются осаждением частиц на дне озер (сапропели, илы)

Делювиальные – отложения, перенесенные к основанию склона дождевыми и талыми водами (песчаные и глинистые грунты с включениями гальки и щебня)

Ледниковые – отложения рыхлых пород, перенесенных ледником (от песков до суглинков с прослойками и включениями разного состава)

Флювиогляциальные (водно-ледниковые) – отложения, сформировавшиеся потоками воды, образующимися при таянии ледника (пески, реже супеси, суглинки, гравий и галька)

Лимногляциальные(озерно-ледниковые) – отложения, образовавшиеся на дне ледниковых озер (илы, ленточные слоистые глины)

В ходе проведения обследования грунтов и горных пород предполагаемой или существующей площадки строительства, зачастую возникает необходимость их визуальной оценки с целью предотвращения негативных процессов, связанных с качественным составом и физико-механическими характеристиками, которыми обусловлены свойствами грунтов и грунтовых строительных материалов.

Устойчивость и надежность фундаментов, качество дорог, целостность вертикальных конструкций различных сооружений характеризуются физическими особенностями применяемого грунта, которые, в свою очередь напрямую зависят от его происхождения.

В соответствии с ГОСТ 25100-2012 грунты, в зависимости от их происхождения классифицируют:

1. ПО ПРИРОДЕ СТРУКТУРНЫХ СВЯЗЕЙ

Горные породы можно разделить на 2 класса грунтов, которые резко отличаются по физическим и механическим свойствам. Это породы, в которых преобладают кристаллизационные и структурные связи, и породы для которых роль подобных связей невелика.

Для первых употребляют термин – СКАЛЬНЫЕ, а для вторых – ДИСПЕРСНЫЕ (рыхлые) грунты.

2. ПО ПРОИСХОЖДЕНИЮ (ГЕНЕЗИСУ)

По генезису грунты делят на следующие типы:

a) Магматические горные породы – первичные породы, образовавшиеся при излитии и затвердевании (кристаллизации) лавы или магмы. Магматические горные породы делятся на интрузивные (глубинные) и эффузивные (излившиеся на поверхность).

Глубинные горные породы характеризуются отсутствием пор, высокой прочностью, твердостью и морозостойкостью. К таким породам, например, относится гранит, который широко применяется в строительстве.

Метаморфические породы (видоизмененные) – это горные породы, образованные в толще земной коры, под действием метаморфизма. Т.е. образуются при изменении осадочных и магматических под действием высоких температур, давлений, а также под влиянием газо-водных растворов (химических метаморфизм) в земной коре. Примеры метаморфизма: гнейсы, сланцы, мраморы.

b) Осадочные - самая большая группа г.п. –. Это вид горных пород, образованных в условиях низких давлений и температур вследствие преобразования континентальных или морских осадков. Иными словами, осадочные породы – вторичные и образовываются входе выветривания магматических пород.

Осадочные горные породы разделяют:

По месту образования

В зависимости от условия и места образования осадочные породы подразделяют на

КОНТИНЕНТАЛЬНЫЕ ОТЛОЖЕНИЯ – это отложения, образованные на суше или во внутриматериковых водоемах.

Как правило, осадочные горные породы образуются в ходе выветривания материнской породы и видоизменяясь под влиянием факторов внешней среды, при помощи водных потоков и ветров переносятся на участки з.к., где существуют благоприятные условия для его накопления.

Осадочные образования на дне современных и древних морей и океанов. Их формирование началось с появление первых водоёмов более 3,5-4 млрд. лет назад. Это в основном известняки, песчаники и глины. Часто включают в себя останки ископаемой фауны и примеси легкорастворимых солей.

По условиям образования:

Обломочные (терригенные) – осадочные горные породы, состоящие из обломков различных пород, вследствие чего они могут значительно отличаться по составу, размерам частиц и степени их окатанности.

Горные породы этой группы образовываются в ходе разрушения материнской породы различными факторами внешней среды, такими как ветер, лед, волны или водные потоки различного происхождения, и переносятся ими в места накопления, где аккумулируются и превращаются в твердую породу. Характерной особенностью их является сортированность (зональность) толщи по размерам частиц.

Органогенные – осадочные горные породы, состоящие из остатков животных и растений, и продуктов их жизнедеятельности. Породы этой группы покрывают дно мирового океана.

Хемогенные – осадочные горные породы, которые образовываются в ходе осаждения из водных растворов с последующим испарением воды, без участия биологических процессов.

c) Особая группа – техногенные грунты.

Техногенные грунты – это грунты, измененные, перемещенные или преобразованные в результате инженерно- хозяйственной деятельности человека.

По степени уплотнения различают два типа техногенных грунтов:

- грунты слежавшиеся (под собственным весом толщи процесс самоуплотнения закончился);

- грунты не слежавшиеся (процесс самоуплотнения продолжается).

Техногенные грунты (особенно не слежавшиеся) весьма разнородны по составу и строению, и, как следствие, за счет своей неоднородности, обладают неравномерной сжимаемостью, что влияет на их прочностные и деформационные свойства, а техногенные глинистые грунты при промерзании подвержены неравномерному пучению. Поэтому оценить их свойства корректно не всегда представляется возможным.

Горные породы играют важную роль при расчете, проектировании и последующем возведении фундамента. Грунты различного происхождения ведут себя по-разному под нагрузкой и в условиях сезонного изменения температур. Поэтому устойчивость фундамента напрямую зависит от физико-механических свойств грунтовой толщи.

Геологический разрез Московского региона весьма разнообразен и представлен грунтами различного генезиса, чем в свою очередь и обусловлена необходимость их изучения и дальнейшего испытания в условиях лаборатории.

Однако, представление о происхождении грунтов и горных пород дает возможность заранее оценить их примерные прочностные и деформационные характеристики, а также опасные процессы и явления, связанные с ними.

Граниты применяют для облицовки зданий, набережных, мостов, гранитный щебень используют, как балластный слой при укладке ж/д путей, а также в дорожном строительстве. Гранит обладает высокими прочностными и деформационными свойствами; кроме этого граниты очень морозостойки и устойчивы к агрессивным дождевым водам и многим химическим воздействиям.

Самая распространенная излившаяся порода - базальт. Обладает высокой плотностью, высокой морозостойкостью, устойчив к выветриванию. Базальт порода твердая, но хрупкая. Базальт часто применяют в архитектуре. В строительстве его используют в качестве сырья для щебня ил камня в дорожном строительстве.

Наибольший интерес для строителей представляю именно мрамор. Мрамор – пример метаморфизма известняка. Имеют высокую плотность и прочность, водопоглощение менее 1%. Широко применяются для внутренней отделки зданий. Однако, мрамор не рекомендуют использовать для наружной отделки, ввиду того, что он быстро изнашивается, т.к. его твердость достаточно низкая. При этом он хорошо поддается полировке.

Прочность известковых и доломитовых щебней ниже, чем у гранитных. Однако они повсеместно используются в дорожных работах, в качестве оснований.

Глинистые связные грунты и пески различной крупности и плотности, чаще всего являются основанием зданий и сооружений, дорог, применяются при обратных засыпках, а также для возведения насыпей при промышленном и гражданском строительстве.

Для песчаных грунтов важны такие параметры, как однородность и количество пылевато-глинистых частиц, так как именно эти параметры определяют фильтрационную способность песчаного грунта.

При использовании глинистых грунтов необходимо учитывать, что они способны изменять объем при замерзании-оттаивании – явление морозного пучения. Поэтому их применение для строительства не всегда возможно.

Техногенные грунты активно используются как материал насыпей и обратных засыпок. Однако, здания, возведенные на техногенных грунтах без предварительного расчета несущей способности основания, как правило, подвержены образованию деформационных трещин в конструкции фундамента, стен. Однако, очень сложно рассчитать оптимальные параметры, при которых следует уплотнять подобные грунты, поскольку их состав и свойства очень разнообразны.

Читайте также: