Состояния пылевато-глинистых грунтов. Современные проблемы науки и образования Могут ли набухать обычные пылевато глинистые грунты

Влажность грунтов определяют высушива­нием пробы грунта при температуре 105°С до постоянной массы. Отношение разности масс пробы до и после высушивания к массе абсо­лютно сухого грунта дает значение влажности, выражаемое в процентах или долях единицы. Долю заполнения пор грунта водой - степень влажности S r рассчитывают по формуле (см. табл. 1.3). Влажность песчаных грунтов (за исключением пылеватых) изменяется в неболь, ших пределах и практически не влияет на прочностные и деформационные свойства этих грунтов.

Характеристики пластичности пылевато-глинистых грунтов - это влажности на грани­цах текучести Wl и раскатывания ш Р, опреде­ляемые в лабораторных условиях, а также число пластичности /р и показатель текучести II, вычисляемые по формулам (см. табл. 1.3). Характеристики w L , w P и Ip являются косвен­ными показателями состава (гранулометриче­ского и минералогического) пылевато-глинис­тых грунтов. Высокие значения этих характе­ристик свойственны грунтам с большим содер­жанием глинистых частиц, а также грунтам, в минералогический состав которых входит монтмориллонит.

1.3. КЛАССИФИКАЦИЯ ГРУНТОВ

Грунты оснований зданий и сооружений подразделяются на два класса : скальные (грунты с жесткими связями) и нескальные (грунты без жестких связей).

В классе скальных грунтов выделяют маг­матические, метаморфические и осадочные по­роды, которые подразделяются по прочности, размягчаемости и растворимости в соответст­вии с табл. 1.4. К скальным грунтам, прочность которых в водонасыщенном состоянии менее 5 МПа (полускальные), относятся глинистые сланцы, песчаники с глинистым цементом, алевролиты, аргиллиты, мергели, мелы. При водонасыщении прочность этих грунтов может снижаться в 2-3 раза. Кроме того, в классе скальных грунтов выделяются также искусст­венные- закрепленные в естественном залега­нии трещиноватые скальные,и нескальные грунты. Эти грунты подразделяются по спо­собу закрепления (цементация, силикатизация,

битумизация, смолизация, обжиг и др.) и по нределу прочности на одноосное сжатие после закрепления так же, как и скальные грунты (см. табл. 1.4).

Нескальные грунты подразделяют на крупнообломочные, песчаные, пылевато-глинис­тые, биогенные и почвы.

■ К крупнообломочным относятся несцемен­тированные грунты, в которых масса обломков крупнее 2 мм составляет 50 % и более. Песча­ные - это грунты, содержащие менее 50 % частиц крупнее 2 мм и не обладающие свой­ством пластичности (число пластичности /р<

Свойства крупнообломочного грунта при содержании песчаного заполнителя более 40,% и пылевато-глинистого более 30 % опре­деляются свойствами заполнителя в могут устанавливаться по испытанию заполнителя. При меньшем содержании заполнителя свойст­ва крупнообломочного грунта устанавливают испытанием грунта в целом. При определении свойств песчаного заполнителя учитывают сле­дующие его характеристики - влажность, плотность, коэффициент пористости, а пылева­то-глинистого заполнителя - дополнительно число пластичности и консистенцию.

Основным показателем песчаных грунтов, определяющим их прочностные и деформаци­онные свойства, является плотность сложения. По плотности сложения пески подразделяются по коэффициенту пористости е, удельному со­противлению грунта при статическом зонди­ровании q c и условному сопротивлению грун­та при динамическом зондировании q& (табл. 1.7).

При относительном содержании органи­ческого вещества 0,03

0,5 % ■- при содержании песчаного запол­нителя 40 % и более;

Песчаные грунты относятся к засоленным, если суммарное содержание указанных солей составляет 0,5 % и более.

Пылевато-глинистые грунты подразделяют во числу пластичности h (табл. 1.8) и по кон-

систенции, характеризуемой показателем теку­чести 1 L (табл. 1.9). Среди пылевато-глинистых грунтов необходимо выделять лёссовые грунты и илы. Лёссовые грунты - это макропористые грунты, содержащие карбонаты кальция и спо­собные при замачивании водой давать под на­грузкой просадку, легко размокать и размы­ваться. Ил - водонасыщенный современный осадок водоемов, образовавшийся в результа­те протекания микробиологических процессов, имеющий влажность, превышающую влажность на границе текучести, и коэффициент пористо­сти, значения которого приведены в табл. 1.10.

Пылевато-глинистые грунты (супеси, су­глинки и глины) называют грунтами с приме­сью органических веществ при относительном содержании этих веществ 0,05

Среди пылевато-глинистых грунтов необ­ходимо выделять грунты, проявляющие специ­фические неблагоприятные свойства при зама­чивании: просадочные и набухающие. К про-садочным относятся грунты, которые под дей­ствием внешней нагрузки или собственного ве­са при замачивании водой дают осадку (про­садку), и при этом относительная просадоч-ность Ss/>0,01. К набухающим относятся грун­ты, которые при замачивании водой или хими­ческими растворами увеличиваются в объеме, и при этом относительное набухание без на­грузки e S ! »>0,04.

В особую группу в нескальных грунтах вы­деляют грунты, характеризуемые значитель­ным содержанием органического вещества: биогенные (озерные, болотные, аллювиально-болотные). В состав этих грунтов входят за-торфованные грунты, торфы и сапропели. К за-торфованным относятся песчаные и пылевато-глинистые грунты, содержащие в своем соста­ве 10-50 % (по массе) органических веществ. При содержании органических веществ 5Q % и

более грунт называется торфом. Сапропели (табл. 1.11)-пресноводные илы,-содержащие более 10 % органических веществ и имеющие коэффициент пористости, как правило, более 3, а показатель текучести более 1.

Почвы - это природные образования, слагающие поверхностный слой земной коры и обладающие плодородием. Подразделяют почвы по гранулометрическому составу так же, как крупнообломочные и песчаные грунты, а по числу пластичности, как пылевато-глинистые грунты.

К нескальным искусственным грунтам от­носятся грунты, уплотненные в природном за­легании различными методами (трамбованием, укаткой, виброуплотнением, взрывами, осуше­нием и др.), насыпные и намывные. Эти грун­ты подразделяются в зависимости от состава и характеристик состояния так же, как и при­родные нескальные грунты.

Скальные и нескальные грунты, имеющие отрицательную температуру и содержащие в своем составе лед, относятся к мерзлым грун­там, а если они находятся в мерзлом состой-нии от 3 лет и более, то к вечномерзлым.

1.4. ДЕФОРМИРУЕМОСТЬ ГРУНТОВ ПРИ СЖАТИИ

Характеристикой деформируемости грун­тов при сжатии является модуль деформаций, который определяют в полевых и лаборатор­ных условиях. Для предварительных расчетов, а также и окончательных расчетов оснований зданий и сооружений II и III класса допуска­ется принимать модуль деформации по табл. 1.12 и 1.13.

Модуль деформации определяют испыта­нием грунта статической нагрузкой, передавае­мой на штамп . Испытания проводят в шур­фах жестким круглым штампом площадью

5000 см 2 , а ниже уровня грунтовых вод и на больших глубинах - в скважинах штампом площадью 600 см 2 . Для определения модуля деформации используют график зависимости осадки от давления (рис. 1.1), на котором вы­деляют линейный участок, проводят через него осредняющую прямую и вычисляют модуль де­формации Е в соответствии с теорией линей­но-деформируемой среды по формуле

При испытании грунтов необходимо, что­бы толщина слоя однородного грунта под штампом была не менее двух диаметров штампа.

Модули деформации изотропных грунтов можно определять в скважинах с помощью прессиометра (рис. 1.2) . В результате ис­пытаний получают график зависимости прира­щения радиуса скважины от давления на ее стенки (рис. 1.3). Модуль деформации опреде­ляют на участке линейной зависимости дефор­мации от давления между точкой р\, соответ­ствующей обжатию неровностей стенок сква­жины, и точкой р2, после которой начинается интенсивное развитие пластических деформа­ций в грунте. Модуль деформации вычисляют

ПО ftlOnMVJlft

Коэффициент k определяется, как правило, путем сопоставления данных прессиометрии с результатами параллельно проводимых испы­таний того же грунта штампом. Для сооруже­ний II в III класса допускается принимать в зависимости от глубины испытания h следую­щие значения коэффициентов к в формуле (1.2): при ft<5 м 6 = 3; при 5мk = 2; при 10 м

Для песчаных и пылевато-глинистых грун­тов допускается определять модуль деформа­ции" на основе результатов статического и ди­намического зондирования грунтов. В качест­ве показателей зондирования принимают: при статическом зондировании - сопротивление грунта погружению конуса зонда q c , а при ди­намическом зондировании - условное динами, ческое сопротивление грунта погружению кону­са qa, Для суглинков и глин E-7q c и Я-6#<*; для песчаных грунтов E-3q c , а значения £ по данным динамического зондирования приведе­ны в табл. 1.14. Для сооружений I и II класса

является обязательным сопоставление данных зондирования с результатами испытаний тех же грунтов штампами. Для сооружений III класса допускается определять Е только по результатам зондирования.

1.4.2. Определение модуля деформации в лабораторных условиях

В лабораторных условиях применяют компрессионные приборы (одометры), в кото­рых образец грунта сжимается без возможно­сти бокового расширения. Модуль деформации вычисляют на выбранном интервале давлений Др = Р2-Pi графика испытаний (рис. 1.4) по формуле

Давление pi соответствует природному, а р2 - предполагаемому давлению под подош­вой фундамента.

Значения модулей деформации по компрес­сионным испытаниям получаются для всех грунтов (за исключением сильносжимаемых) заниженными, поэтому они могут использовать­ся для сравнительной оценки сжимаемости

грунтов площадки или для оценки неоднород­ности по сжимаемости. При расчетах осадки эти данные следует корректировать на основе сопоставительных испытаний того же грунта в полевых условиях штампом. Для четвертичных супесей, суглинков и глин можно принимать корректирующие коэффициенты т (табл. 1.16), при этом значения Еовц необходимо определять в интервале давлений 0,1-0,2 МПа.

1.5. ПРОЧНОСТЬ ГРУНТОВ

Сопротивление грунта срезу характеризу­ется касательными напряжениями в предель­ном состоянии, когда наступает разрушение грунта . Соотношение между предельными касательными т и нормальными к площадкам сдвига а напряжениями выражается условием прочности Кулона-Мора

1.5.1. Определение прочностных характеристик в лабораторных условиях

В практике исследований грунтов приме­няют метод среза грунта по фиксированной

плоскости в приборах одноплоскостного сре­за. Для получения <р и с необходимо провести срез не менее трех образцов грунта при раз­личных значениях вертикальной нагрузки. По полученным в опытах значениям сопротивле­ния срезу т строят график линейной зависимо­сти T = f(a) и находят угол внутреннего тре­ния ф и удельное сцепление с (рис. 1.5). Раз-

личают две основные схемы опыта: медленный срез предварительно уплотненного до полной консолидации образца грунта (консолидиро-ванно-дренированное испытание) и быстрый срез без предварительного уплотнения (некой-солидированно-недренированное испытание).

Глав-а 2. ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ИЗЫСКАНИЯ

Пылевато-глинистые грунты в зависимости от количества содержащейся в них воды могут иметь консистенцию (густоту теста) от твердой до текучей. Для определения консистенции находят характерные влажности пылевато-глинистых грунтов, которые называются границей раскатывания и границей текучести .

Границей раскатывания называется влажность грунта, при которой он теряет способность раскатываться в шнур диаметром 2..3 мм.

Границей текучести называется влажность грунта, при которой стандартный конус погружается в образец на глубину 10 мм.

Рис. 1.4. Определение границы раскатывания грунтов

Числом пластичности грунта называется разность между границей текучести и границей раскатывания:

(1.18)

Консистенция пылевато-глинистого грунта оценивается по показателю текучести :

(1.19)

Таблица 1.5. Состояние глин и суглинков

Для супесей вследствие малой точности определения значений и различают только три состояния: твердое, пластичное и текучее.

Таблица 1.6. Состояние супесей

В группе пылевато-глинистых грунтов выделяются лессовые грунты и илы - обладают специфическими неблагоприятными свойствами.

Лессовые грунты содержат более 50% пылеватых частиц с наличием солей, в основном карбоната кальция, обладают преимущественно макропористой структурой и относятся к категории структурно-неустойчивых просадочных грунтов. Просадкой называется быстро развивающаяся осадка, вызванная резким изменением структуры грунта. Значительные осадки при нарушении структуры просадочных грунтов обусловлены тем, что в природных условиях они бывают недоуплотненными. В процессе их образования не происходит полного уплотнения от действия собственного веса вследствие образования новых структурных связей. Такие грунты становятся макропористыми и при некоторых внешних воздействиях (замачивание, вибрация), разрушающих возникшие связи, могут доуплотняться, что вызывает их значительные осадки. Возможность проявления просадочных свойств грунтов предварительно оценивается степенью их влажности и показателем просадочности , который определяется по формуле:

где: е - коэффициент пористости природного грунта; - коэффициент пористости, соответствующий влажности на границе текучести (1.16).

Если в грунте содержится достаточно большое количество глинистых частиц, то он называется глинистым. Глинистые грунты обладают свойством связанности, которое выражается в способности грунта сохранять форму благодаря наличию глинистых частиц.
Если глинистых частиц немного (меньше 10% по весу), грунт называют супесью . Супесь обладает небольшой связанностью и часто практически не отличается от песка. Супесь трудно скатать в жгут или шарик. Если супесь растереть на влажной ладони, то можно увидеть частицы песка, после стряхивания грунта на ладони видны следы от глинистых частиц. Комки супеси в сухом состоянии легко рассыпаются и крошатся от удара. Супесь непластична, в ней преобладают песчаные частицы, почти не скатываются в жгут. Шар, скатанный из увлажненного грунта, при легком давлении рассыпается.
Грунт, в котором содержание глинистых частиц достигает 30% от веса, называют суглинком . Суглинок обладает большей связанностью, чем супесь и способен сохраняться в крупных кусках, не распадаясь на мелкие кусочки. Куски супеси в сухом состоянии менее тверды, чем глина. При ударе рассыпаются на мелкие куски. Во влажном состоянии мало пластичны. При растирании чувствуются песчаные частицы, комки раздавливаются легче, присутствуют более крупные песчинки на фоне более мелкого песка. Жгут, раскатанный из сырого грунта, получается коротким. Шар, скатанный из увлажненного грунта, при нажатии образует лепешку с трещинами по краям.
При содержании в грунте глинистых частиц больше 30%, грунт называют глиной . Глина имеет большую связанность.Глина в сухом состоянии — твердая, во влажном — пластичная, вязкая, прилипает к пальцам. При растирании пальцами песчаных частиц не чувствуется, раздавить комки очень трудно. Если кусок сырой глины разрезать ножом, то срез имеет гладкую поверхность, на которой не видно песчинок. При сдавливании шарика, скатанного из сырой глины , получается лепёшка, края которой не имеют трещин.
Наибольшее влияние на свойства глинистых грунтов оказывает присутствие глинистых частиц, поэтому грунты принято классифицировать по содержанию глинистых частиц и числом пластичности. Число пластичности I p — разность влажностей, соответствующая двум состояниям грунта: на границе текучести W L и на границе раскатывания W p , W L и W p определяют по ГОСТ 5180.
Таблица 1. Классификация глинистых грунтов по содержанию глинистых частиц.

Большинство глинистых грунтов в природных условиях в зависимости от содержания в них воды могут находиться в различном состоянии. Строительный стандарт (ГОСТ 25100-95 Классификация грунтов) определяет классификацию глинистых грунтов в зависимости от их плотности и влажности. Состояние глинистых грунтов характеризует показатель текучести I L — отношение разности влажностей, соответствующих двум состояниям грунта: естественному W и на границе раскатывания W p , к числу пластичности I p . В таблице2 приведена классификация глинистых грунтов по показателю текучести.
Таблица 2. Классификация глинистых грунтов по показателю текучести.

По гранулометрическому составу и числу пластичности I p глинистые группы подразделяют согласно таблице 3.
Таблица 3.

По наличию твердых включений глинистые грунты подразделяют согласно таблице 4.

Таблица 4. Содержание твердых частиц в глинистых грунтах.

В таблице 5 приведены способы, с помощью которых можно визуально определить характеристики глинистых грунтов.
Таблица 5. Определение механического состава глинистых грунтов.

Среди глинистых грунтов должны быть выделены:
грунт заторфованный;
просадочные грунты;
набухающие (пучинистые) грунты.
Грунт заторфованный – песок и глинистый грунт, содержащий в своем составе в сухой навеске от 10 до 50 % (по массе) торфа.
По относительному содержанию органического вещества Ir глинистые грунты и пески подразделяют согласно таблице 6.
Таблица 6.

Грунт набухающий — грунт, который при замачивании водой или другой жидкостью увеличивается в объеме и имеет относительную деформацию набухания (в условиях свободного набухания) больше 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.
По относительной деформации набухания без нагрузки e sw глинистые грунты подразделяют согласно таблице 7.
Таблица 7.

По относительной деформации просадочности e sl глинистые грунты подразделяют согласно таблице 8.
Таблица 8.

Глинистые грунтыявляются одним из наиболее распространенных типов горных пород. В состав глинистых грунтов входят очень мелкие глинистые частицы, размер которых меньше 0,01 мм и песчаные частицы. Глинистые частицыимеют форму пластин или чешуек.Глинистые грунты имеют большое количество пор.Отношение объема пор к объему грунта называется пористостью и может колебаться от 0,5 до 1,1. Пористость характеризует степень уплотнения грунта.Глинистый грунт очень хорошо поглощает и удерживает воду, которая при замерзании превращается в лед и увеличивается в объеме, увеличивая объем всего грунта. Это явление называется пучением. Чем больше в грунтах содержится глинистых частиц, тем сильнее они подвержены пучению.

Глинистые грунты обладают свойством связанности, которое выражается в способности грунта сохранять форму благодаря наличию глинистых частиц. В зависимости от содержанияглинистых частиц грунтыклассифицируют на глину, суглинки и супеси.

Способность грунта деформироваться под действием внешних нагрузок без разрываи сохранять форму после прекращения нагрузки называется пластичностью.

Число пластичности Ip — разность влажностей, соответствующая двум состояниям грунта: на границе текучести WL и на границе раскатывания W p , W L и W p определяют по ГОСТ 5180.

Таблица 1. Классификация глинистых грунтов по содержанию глинистых частиц.

Число пластичности глинистых грунтов определяет их строительные свойства: плотность, влажность, сопротивление сжатию. С уменьшением влажности плотность возрастает и сопротивление сжатию увеличивается. С увеличением влажности плотность уменьшается и сопротивление сжатию также уменьшается.

Супесь.

Супесь содержит не более 10 % глинистых частиц, остальной объем этого грунта составляют песчаные частицы. Супесь практически не отличается от песка. Супесь бывает двух видов: тяжелая и легкая. Тяжелая супесь содержит от 6 до 10% глиняных частиц, в легкой содержание глинистых частиц от 3 до 6%.. При растирании супеси на влажной ладони можно увидеть частицы песка, после стряхивания грунта на ладони видны следы от глинистых частиц. Комки супеси в сухом состоянии легко рассыпаются и крошатся от удара. Супесь почти не скатываются в жгут. Шар, скатанный из увлажненного грунта, при легком давлении рассыпается.

Из-за высокого содержания песка супесь имеет сравнительно низкую пористость – от 0,5 до 0,7 (пористость — отношение объема пор к объему грунта), поэтому она может содержать меньше влаги и, следовательно, быть меньше подвержена пучению. Чем меньше пористость сухой супеси, тем больше ее несущая способность: при пористости 0,5 равна 3 кг/см 2 , при пористости 0,7 – 2,5 кг/см 2 . Несущая способность супеси не зависит от влажности, поэтому этот грунт можно считать непучинистым.

Суглинок.

Грунт, в котором содержание глинистых частиц достигает 30% от веса, называют суглинком. В суглинке, как и в супеси содержание песчаных частиц больше, чем глинистых. Суглинок обладает большей связанностью, чем супесь и может сохраняться в крупных кусках, не распадаясь на мелкие. Суглинки бывают тяжелыми (20% -30% глинистых частиц) и легкими (10% — 20% глинистых частиц).

Куски грунта в сухом состоянии менее тверды, чем глина. При ударе рассыпаются на мелкие куски. Во влажном состоянии мало пластичны. При растирании чувствуются песчаные частицы, комки раздавливаются легче, присутствуют более крупные песчинки на фоне более мелкого песка. Жгут, раскатанный из сырого грунта, получается коротким. Шар, скатанный из увлажненного грунта, при нажатии образует лепешку с трещинами по краям.

Пористость суглинка выше, чем супеси и колеблется от 0,5 до 1. Суглинок может содержать больше воды и, следовательно, больше, чем супесь, подвержен пучению.

Суглинки отличаются достаточно высокой прочностью, хотя подвержены к небольшой просадке и образованию трещин. Несущая способность суглинка – 3 кг/см 2 , в увлажненном – 2,5 кг/см 2 . Суглинки в сухом состоянии являются непучинистыми грунтами, При увлажнении глинистые частицы впитывают воду, которая в зимнее время превращается в лед, увеличиваясь в объеме, что приводит к пучению грунта.

Глина.

В состав глины входят больше 30% глинистых частиц. Глина имеет большую связанность. Глина в сухом состоянии — твердая, во влажном — пластичная, вязкая, прилипает к пальцам. При растирании пальцами песчаных частиц не чувствуется, раздавить комки очень трудно. Если кусок сырой глины разрезать ножом, то срез имеет гладкую поверхность, на которой не видно песчинок. При сдавливании шарика, скатанного из сырой глины, получается лепёшка, края которой не имеют трещин.

Пористость глины может достигать 1,1, она сильнее всех остальных грунтов подвержена морозному пучению. Глина в сухом состоянии имеет несущую способность 6 кг/см 2 , Глина, насыщенная водой, зимой может увеличиваться в объеме на 15%, теряя несущую способность до 3 кг/см 2 . При насыщении водой глина может перейти из твердого состояния в текучее.

В таблице 2 приведены способы, с помощью которых можно визуально определить вид и характеристики глинистых грунтов.

Таблица 2. Определение механического состава глинистых грунтов.

Классификация глинистых грунтов.

Большинство глинистых грунтов в природных условиях в зависимости от содержания в них воды могут находиться в различном состоянии. Строительный стандарт (ГОСТ 25100-95 Классификация грунтов) определяет классификацию глинистых грунтов в зависимости от их плотности и влажности. Состояние глинистых грунтов характеризует показатель текучести IL — отношение разности влажностей, соответствующих двум состояниям грунта: естественному W и на границе раскатывания Wp , к числу пластичности Ip. В таблице 3 приведена классификация глинистых грунтов по показателю текучести.

Таблица 3. Классификация глинистых грунтов по показателю текучести.

По гранулометрическому составу и числу пластичности Ip глинистые группы подразделяют согласно таблице 4.

Таблица 4. Классификация глинистых грунтов по гранулометрическому составу и числу пластичности

По наличию твердых включений глинистые грунты подразделяют согласно таблице 5.

Таблица 5. Содержание твердых частиц в глинистых грунтах .

Среди глинистых грунтов должны быть выделены:

Грунт заторфованный;

Просадочные грунты;

Набухающие (пучинистые) грунты.

Грунт заторфованный – песок и глинистый грунт, содержащий в своем составе в сухой навеске от 10 до 50 % (по массе) торфа.

По относительному содержанию органического вещества Ir глинистые грунты и пески подразделяют согласно таблице 6.

Таблица 6.Классификация глинистых грунтов по содержанию органических веществ

Грунт набухающий — грунт, который при замачивании водой или другой жидкостью увеличивается в объеме и имеет относительную деформацию набухания (в условиях свободного набухания) больше 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.

В зависимости от просадки и собственного веса при замачивании просадочные грунты подразделяются на два типа:

• тип 1 - когда просадка грунта от собственного веса не превышает 5 см;
• тип 2 - когда просадка грунта от собственного веса более 5 см.

По относительной деформации просадочности e sl глинистые грунты подразделяют согласно таблице 7.

Таблица 7. Относительная деформация просадочности глинистых грунтов.

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. Эти грунты не пригодны для строительства, их необходимо удалить и заменить грунтом с хорошей несущей способностью

По относительной деформации набухания без нагрузки e sw глинистые грунты подразделяют согласно таблице 8.

Таблица 8. Относительная деформация набухания глинистых грунтов.

В данной статье изложены результаты лабораторных исследований характеристик консистенции глинистых грунтов согласно российской и германской стандартным методикам, проведенных в институте механики грунтов Брауншвейгского технического университета. Рассмотрена проблематика разности в классификации глинистых грунтов и методик определения характеристик консистенции грунта согласно российским и германским нормативным стандартам. Проведен сравнительный анализ влияния характеристик консистенции на классификацию пылевато-глинистых грунтов по российским и германским стандартам. Установлено, что интервал пластичности в соответствии с немецкими нормами больше, чем интервал пластичности согласно отечественным стандартам для одного и того же грунта, поскольку влажность на границе текучести, определенная по DIN выше, чем влажность на границе текучести, определенная по ГОСТ. Выведена корреляционная зависимость между этими значениями верхнего предела пластичности.

консистенция

граница текучести

граница раскатывания

число пластичности

показатель текучести

1. ГОСТ 5180-84. Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик.

2. ГОСТ 25100-2011. Грунты. Классификация.

3. DIN 18121-1 (April 1998). Baugrund, Untersuchung von Bodenproben. Wassergehalt. Teil 1: Bestimmung durch Ofentrocknung.

4. DIN 18121-2 (August 2001). Baugrund, Untersuchung von Bodenproben. Wassergehalt. Teil 2: Bestimmung durch Schnellverfahren.

5. DIN 18122-1 (Juli 1997). Baugrund, Untersuchung von Bodenproben. Zustandsgrenzen (Konsistenzgrenzen). Teil 1: Bestimmung der Flieβ- und Ausrollgrenze.

6. DIN 18122-2 (September 2000). Baugrund, Untersuchung von Bodenproben. Zustandsgrenzen (Konsistenzgrenzen). Teil 2: Bestimmung der Schrumpfgrenze.

8. DIN ISO/TS 17892-12 (Januar 2005). Geotechnische Erkundung und Untersuchung – Laborversuche an Bodenproben – Teil 12: Bestimmung der Zustandsgrenzen.

В процессе интеграции инженерных школ и общности решаемых геотехнических задач на территории разных стран возникает вопрос о правильности применения тех или иных характеристик грунтов, используемых в геотехнических расчетах, определяемых по различным методикам, а также о трактовке полученных результатов.

Основой для описания и классификации грунтов как в отечественных, так и в зарубежных нормах являются физические характеристики, которые в силу дисперсности грунтов и исторических геотехнических традиций могут по-разному трактоваться в различных странах.

Поскольку дисперсность грунта оказывает значительное влияние на его пластичность, то по показателю пластичности I Р с определенной достоверностью можно характеризовать литологические разности глинистых грунтов. Это допущение и лежит в основе российской классификации. К супесям относятся грунты с I Р от 1 до 7 включительно, к суглинкам - от 7 до 17, к глинам - более 17.

В германских же стандартах существует несколько иная классификация. Согласно DIN глинистый грунт подразделяют на: суглинок, глину, суглинок с песком, глину с песком, т.е. нет выделения такой разновидности глинистого грунта, как супесь. Разновидность грунта определяется по графику пластичности (рис. 6). График представляет собой прямолинейную зависимость (А-линия), выраженную функцией I Р =0,73·(W L -20), где W L - в %. Значения I Р ≤ 4% или ниже А-линии характеризуют суглинок, значения I Р ≥ 7% и выше А-линии - глину. При этом, если значение W L менее 35% - слабопластичный грунт, если W L лежит пределах от 35% до 50% - среднепластичный грунт, если W L больше 50% - сильнопластичный грунт.

Для количественной оценки состояния консистенции грунта используется показатель текучести I L . В германских стандартах существует еще и показатель консистенции Ic , который является обратным показателю I L и используется как основной показатель для описания состояния консистенции грунта. Классификация грунтов по показателям текучести и консистенции представлена в таблицах 1 и 2.

Таблица 1

Значения I L для различных состояний консистенции глинистого грунта согласно ГОСТ

Таблица 2

Значения I L и I c для различных состояний консистенции глинистого грунта согласно DIN

В немецких нормах текучепластичное состояние представлено большим интервалом по отношению к российским стандартам, что ведет к несоответствию остальных интервалов состояний консистенции. Для определения твердого состояния согласно DIN существует еще одна граница переходного состояния - граница перехода из полутвердого состояния в твердое Ws . Твердое состояние принимается, если значение I с больше, чем значение I с , соответствующее Ws , на графике зависимости I с /I L от влажности (рис. 1). Ws определяется согласно DIN по формуле:

V d - объем сухого грунта, см 3 ;

m d - масса сухого грунта, г;

ρ s - плотность частиц грунта, г/см 3 ;

ρ w - плотность воды, г/см 3 .

Рис. 1. Графическое представление классификации состояний глинистого грунта согласно немецким нормам

Отличие в классификации и разность методик определения характеристик консистенции могут давать и разные значения классификационных показателей, а, следовательно, и иное представление о данном грунте.

Для определения параметров консистенции и сравнения результатов был проведен ряд опытов в лаборатории института Механики грунтов Брауншвейгского технического университета по российской и германской технологиям. Характеристики консистенции определялись для двух видов глинистого грунта: суглинка текучего и глины полутвердой согласно классификации в соответствии с ГОСТ.

По российской технологии граница текучести была определена в соответствии с ГОСТ с помощью балансирного конуса (Васильева). Верхний предел пластичности соответствует такому состоянию грунта, при котором стандартный конус за 5 с погружается под действием собственного веса на глубину 1 см.

По германской методике для определения границы текучести использовались приборы Fließgrenzegerät согласно DIN и Fallkegelgerät согласно DIN.

Основным методом определения границы текучести в Германии является метод, описанный в DIN, с использованием прибора Fließgrenzegerät, но, поскольку этот метод во многом зависит от человеческого фактора, от правильности тарировки прибора и, кроме того, обладает большой трудоемкостью, в другом стандарте DIN предлагается заменить его на способ определения границы текучести с помощью прибора Fallkegelgerät.

Прибор Fließgrenzegerät представляет собой блок из твердой резины, на котором установлена чаша из медно-цинкового сплава с ударным устройством. Чаша заполняется грунтом, в котором нарезается борозда. Затем ударное устройство приводится в действие, и чаша быстро поднимается и опускается. Далее фиксируется число соударений, при которых борозда закрывается не менее чем на 1 см (рис. 2).

Рис. 2.Определение границы текучести в приборе Fließgrenze gerä t:

Таких испытаний проводится минимум 4 с постепенным высушиванием или доувлаженением грунта, после каждого опыта отбирается проба грунта массой 15-20 г для определения влажности и строится график зависимости количества ударов от влажности (рис. 3). График представляет собой прямую, по которой и определяется значение влажности на границе текучести, соответствующее 25 ударам.

Рис. 3.График зависимости количества ударов от влажности:

а, б - соответственно, для суглинка и глины согласно российской классификации по

При испытаниях с использованием прибора Fallkegelgerät, так же как и при испытаниях согласно ГОСТ, измеряется глубина, на которую конус погрузился за 5 с под действием собственного веса. Прибор представляет собой штатив, на котором установлены опускающийся конус, штангенциркуль для измерения осадки конуса, специальная чаша для проведения испытаний (рис. 4).

Рис. 4.Определение границы текучести в приборе Fallkegelgerä t:

а) до испытания, б) после испытания

Проводится не менее 4 испытаний с постепенным высушиванием или доувлажнением грунта. Строится график зависимости глубины погружения конуса от влажности, по которому и определяется граница текучести, соответствующая глубине погружения 20 мм (рис. 5).

Рис. 5. График зависимости глубины погружения конуса от влажности:

а, б - соответственно для суглинка и глины согласно российской классификации по

Влажность на границе раскатывания как по ГОСТ, так и по DIN определяется одинаково. Нижний предел пластичности соответствует такому состоянию грунта, при котором он начнет распадаться на мелкие кусочки, если раскатать его в шнур диаметром 3 мм.

Влажность грунта определялась эталонным методом как в соответствии с ГОСТ, так и в соответствии с DIN высушиванием до постоянной массы в сушильном шкафу при температуре 105°С. Существующие в германских стандартах экспресс-методы определения влажности, описанные в DIN, не применялись.

График пластичности представлен на рисунке 6.

Рис. 6. График пластичности:

* разновидность грунта в зависимости от I Р согласно российской классификации в соответствии с ГОСТ

ST - смесь глины с песком, SU - смесь суглинка с песком,

TL - слабопластичная глина, UL - слабопластичный суглинок,

TM - среднепластичная глина, UM - среднепластичный суглинок,

TA - сильноспластичная глина, UA - сильнопластичный суглинок;

Значения, полученные с использованием прибора Fallkegelgerät, соответственно, для суглинка и глины согласно российской классификации по ,

Значения, полученные при использовании прибора Fließgrenzegerät, соответственно, для суглинка и глины согласно российской классификации по .

Результаты и классификация сведены в таблицы 3 и 4.

Таблица 3

Полученные результаты испытаний для суглинка текучего согласно российской классификации по

Таблица 4

Результаты испытаний для глины полутвердой согласно российской классификации по

Для сопоставления классификационных показателей, определяемых различными методиками и имеющих разные значения, в ГОСТ приведена корреляционная зависимость между границей текучести согласно международному стандарту (LL ) и границей текучести по ГОСТ (W L ):

LL =1,48·W L - 8,3 (2)

В результате проведенного анализа полученных данных функция зависимость между этими же стандартами имеет несколько другой вид:

LL =1,2·W L - 4,21 (3)

Однако аналогично полученная зависимость между DIN и ГОСТ очень близка к функции (2):

LL =1,47·W L -7,45 (4)

Следует учесть, что результаты получены на ограниченном количестве экспериментальных данных. Для более точных результатов необходимы дальнейшие расширенные исследования.

Основные выводы

1. График пластичности, используемый в немецких нормах для классификации глинистого грунта, зависит от двух показателей: W L и I p , что дает возможность определить не только разновидность грунта, но и его способность проявлять пластичные свойства. Это способствует более точной оценке и классификации грунта. При этом отсутствует такая разновидность грунта, как супесь. Вместо этого на графике пластичности соответствующая область обозначена как смесь глины с песком либо смесь суглинка с песком.
2. Влажность на границе текучести W L имеет различные значения в зависимости от того, согласно какому нормативному стандарту она определяется. Так, например, W L для глины согласно российской классификации по ГОСТ, определенная в соответствии с ГОСТ, меньше на 6,5 %, чем W L того же грунта, определенная по DIN, и на 16,2 % меньше, чем W L , определенная по DIN. Для суглинка согласно российской классификации по ГОСТ W L меньше на 1,7 % и на 5,6 % соответственно.
3. Существенные отличия значений W L говорят о разной пластичности грунта I p , а следовательно, могут характеризовать один и тот же грунт по-разному. Кроме того, отличие показателя текучести I L и несоответствие классификации дают иное представление о состоянии грунта и, как следствие, о его характеристиках прочности и деформируемости и работе под действием нагрузок и воздействий в целом.

Рецензенты:

Миронов В.В., д.т.н., профессор, ФГБОУ ВПО ТюмГАСУ, г. Тюмень;

Чекардовский М.Н., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой теплогазоводоснабжения и вентиляции, ФГБОУ ВПО ТюмГАСУ, г. Тюмень.

Библиографическая ссылка