Классификация песчаного и глинистого грунта

Классификация песчаного и глинистого грунта

Классификация песчаного и глинистого грунта

Для оценки строительных свойств грунтов производиться их классификация согласно СТБ 943-2007, включающая следующие таксономические единицы, выделяемые по группам признаков:

-       класс - по характеру структурных связей;

-       группа - по происхождению;

-       подгруппа - по условию образования;

-       тип - по петрографическому и гранулометрическому составу, числу пластичности;

-       вид - по структуре, текстуре, составу цемента и примесей, содержанию заполнителя и включений, гранулометрическому составу и степени его неоднородности, пористости, относительному содержанию органического вещества, степени зольности, по способу преобразования, степени уплотнения от собственного веса, давности намыва;

-       разновидность - по физическим, механическим, химическим свойствам и состоянию.

Песчаные - несвязанные грунты, сложенные угловатыми и окатанными обломками минералов размером от 2 до 0,05 мм. Основная масса состоит из кварца и полевых шпатов. Песчаные грунты подразделяются:

-       по гранулометрическому составу (гравелистый, крупный, средний, мелкий, пылеватый);

-       по показателю максимальной неоднородности U_max (однородный (U_max ≤ 4), среднеоднородный (4 < U_max ≤ 20), неоднородный (20 < U_max ≤40), повышенной неоднородности (U_max > 40));

-       степени влажности (маловлажные (0 < S_r ≤0,5); влажные (0,5 < S_r ≤0,8); водонасыщенные (0,8 < S_r ≤1));

-       прочности (сопротивлению грунта при зондировании) (прочный, средней прочности, малопрочный).

Для определения классификации песчаного грунта рассчитаем степень влажности S_r по формуле

 (1.1)

где w - природная влажность в долях единиц;

 - плотность частиц грунта;

е - коэффициент пористости;

 - плотность воды.

Так же определим коэффициент пористости е по формуле

 (1.2)

где  - плотность частиц грунта;

р - плотность грунта;

w - влажность.

Подставив значения в формулы (1.2)

при:  =2,67 г/см³

 = 2,14 г/см³

w = 0,17

Так же подставим значения в формулу (1.1)

при: e = 0,46

 = 2,67 г/см³

 = 1 г/см³

Рассчитав степень влажности песчаного грунта, определим классификацию песчаного грунта по водонасыщению при помощи таблицы 1.1

Таблица 1.1 - Классификация песчаного грунта по водонасыщению

По данным таблицы 1.1 можно сделать вывод, что данный песок относится к классу водонасыщенные.

Определим плотность сложения песка при помощи коэффициента пористости по таблице 1.2

Таблица 1.2 - Подразделение песчаных грунтов по коэффициенту пористости

Так как коэффициент пористости равен 0,46 и песок мелкий, то данный песок является плотным. Исходя из всех расчетов, определим условное расчетное сопротивление R₀ песчаных грунтов при помощи таблицы 1.3

Таблица 1.3 - Условное расчетное сопротивление R₀ песчаных грунтов

Так как песок мелкий и водонасыщенный, а коэффициент пористости е равен 0,46, то расчетное сопротивление будет равно 300 кПа.

Построение геологической колонки

Средне-, крупномасштабные и детальные геологические карты обычно сопровождаются геологическими разрезами и стратиграфической колонкой.

Осадочные, вулканические и метаморфические горные породы обычно залегают слоями, или пластами. Слоем называется более или менее однородный, первично обособленный осадок (или горная порода), ограниченный поверхностью наслоения. Помимо термина "слой", в практике часто употребляется термин "пласт", который обычно применяется по отношению к полезным ископаемым, например к углю, известняку и т.д. Пласт может заключать в себе несколько слоев. Однородность слоев может быть выражена в составе, окраске, текстурных признаках, присутствии одинаковых включений или окаменелостей. Когда говорят о слоистых толщах, подразумевают чередование слоев. Переход от одного слоя к другому может быть резким или постепенным. Поверхности, разграничивающие слои или пласты, обычно бывают неровными. Они носят название поверхностей наслоения. Верхняя из них называется кровлей слоя, нижняя - подошвой. Расстояние между кровлей и подошвой слоя (или пласта) характеризует его мощность.

Различают три вида мощностей: истинную, видимую и неполную

Рисунок 1.1 - Схема определения мощности пласта

А - различные виды мощности слоя (пласта): аа - истинная, бб, вв - видимая, гг, дд - неполная; Б - определение мощности горизонтально залегающего слоя: h- истинная мощность; а - видимая мощность; б - ширина выхода слоя; α - угол наклона поверхности; цифры - абсолютные отметки кровли и подошвы слоя.

Пример: истинная мощность h = 187м - 163м = 14м или h= sin α

Истинной мощностью называется кратчайшее расстояние между кровлей и подошвой. Любое другое расстояние между кровлей и подошвой представляет собой видимую мощность. Если измеряют расстояние от кровли или от подошвы слоя (или пласта) до любой поверхности, находящейся внутри слоя (или пласта), говорят о неполной его мощности. При горизонтальном залегании и выровненном рельефе земной поверхности для определения мощности пород проводятся выработки или бурятся скважины. Если рельеф неровный, то истинную мощность горизонтального слоя можно получить путем вычисления: установив тем или иным способом абсолютные высотные отметки кровли и подошвы пласта, вычисляют разность между ними, которая и будет составлять истинную мощность (187м-163м=14м). Можно определить также истинную мощность, измерив предварительно видимую мощность (расстояние по склону между кровлей и подошвой) и угол наклона склона. Истинная мощность будет равна видимой мощности, умноженной на синус угла наклона склона (h = a sinα). Кратчайшее расстояние между кровлей и подошвой слоя на геологической карте называется шириной выхода слоя.

До начала проектирования любого здания или сооружения необходимо:

-       изучить местный опыт строительства;

-       по отчету инженерно-геологических изысканий ознакомиться с напластованием грунтов и положением уровня подземных (грунтовых) вод на строительной площадке и ожидаемым во время строительства и эксплуатации сооружения;

-       установить нормативные и расчетные характеристики грунтов каждого слоя для расчета по предельным состояниям;

-       с учетом напластования грунтов наметить наиболее рациональное размещение (если оно не задано) сооружения на участке строительства.

По данным изысканий оцениваются инженерно-геологические условия, приводимые в отчете или заключении. Напластование грунтов оценивается по разрезам и колонкам скважин.

Характерными напластованиями грунтов являются:

-       однородный слой грунта в пределах большой глубины;

-       слоистое напластование, когда слои грунта относительно горизонтальны и каждый подстилающий слой менее сжимаем, чем несущий;

-       сложное, когда слои грунта выклиниваются, залегают линзообразно или имеются сильно сжимаемые грунты.

Особое внимание должно уделяться оценке уровня грунтовых вод, его сезонным колебаниям, возможным изменениям вследствие возведения сооружения, их агрессивности по отношению к материалу фундаментов. Масштаб геологической колонки принимаем 1:100. Абсолютная отметка устья скважины (точка пересечения ствола скважины с поверхностью земли) равна +135,6 м. Мощность первого слоя равна глубине залегания его подошвы. Абсолютные отметки подошвы слоев определяют как разность абсолютной отметки устья скважины и глубины залегания подошвы соответствующего слоя. В середине графы двумя линиями обозначают ствол скважины и с обеих сторон от ствола показывают условными обозначениями литологический состав пород каждого слоя. Ствол скважин в интервалах развития водоносных слоев затемняют. Исходные данные (таблицы 1-2).

Tаблица1.1- Физические характеристики песчаного грунта(слой№1)

Таблица1.2- Физические характеристики глинистого грунта(слой№2)

Классификация глинистого грунта

Пылевато-глинистые грунты - группа осадочных пород с преобладанием тонких фракций(<0,01 мм). Состоят из глинистых минералов, а также минералов обломочного(слюда, кварц, полевые шпаты) и химического(карбонаты, сульфаты) происхождения. Занимают около 60% объёма осадочных пород. Происхождение- обломочно-химическое.

Пылевато-глинистые грунты подразделяются:

-       по числу пластичности I_p:

супесь- 1≤ I_p≤7; суглинок- 7< I_p≤17; глина- I_p>17;

-       по показателю текучести I_l:

супеси бывают:

ü  твердые, I_l < 0;

ü  пластичные, 0 ≤ I_l ≤ 1;

суглинки и глины бывают:

ü  твердые, I_l < 0;

ü  полутвердые, 0 < I_l ≤ 0,25;

ü  тугопластичные, 0,25 < I_l ≤0,5;

ü  мягкопластичные, 0,5 < I_l ≤0,75;

ü  текучепластичные, 0,75 < I_l ≤ 0,1

ü  текучие, I_l ≥ 1;

-       по прочности (очень прочные, прочные, средней прочности и слабые)

Для определения характеристик глиняного грунта определим число пластичности и показатель текучести.

Определим число пластичности по формуле

I_p = w_l - w_p (3.1)

где w_l - влажность на границе текучести, %;

w_p - влажность на границе раскатывания, %;

Подставим значения в формулу (3.1)

при w_p = 18%

w_l = 35%

получим I_p = 35 - 18 = 17

Зная процентное число пластичности можно определить к какой классификации грунтов относится наш глинястый грунт . Т.к. I_p= 17 то грунт состоит из суглинка.

Определим показатель текучести по формуле

I_l =  (3.2)

где w_l - влажность на границе текучести, %;

w_p - влажность на границе раскатывания, %;

w - природная влажность, %.

при w_p = 18%

w_l = 35%

w = 23%

получим что

I_l =  = 0,29

Зная показатель текучести определим классификацию глинистого грунта по консистенции, т.к. I_l = 0,29, то суглинок относится к тугопластичным.

Для определения расчетного сопротивления R₀ необходимо знать также коэффициент пористости е:

 (3.3)

грунт песчаный глинистый пористость

где  - плотность частиц грунта;

р - плотность грунта;

w - влажность.

Подставим значения:

 = 2,71 г/см³

р = 1,95 г/см³

w = 23%

тогда:

Расчетное сопротивление R₀ находится для значения е = 0,71 путем интерполяции сначала по коэффициенту пористости е между е = 0,7 и е = 1 при I_l = 2,5, затем интерполяция по показателю текучести I_l между I_l = 0 и I_l = 1 для значения I_l = 0,29. Данные для определения расчетного давления глинистого грунта приведены в таблице 3.1.

Таблица 3.1 - Условные расчетные сопротивления глинистых грунтов (только для суглинка).

Интерполяция по е при I_l = 0:

изменение ∆е = 1 - 0,7 = 0,3 соответствует изменению

∆ R₀ = 25 - 20 = 5;

изменение ∆е = 0,71 - 0,7 = 0,01 соответствует изменению

∆ R₀ =

R₀ = 25 - 0,17 = 24,83 МПа.

Интерполяция по е при I_l = 1: изменение ∆е = 1 - 0,7 = 0,3 соответствует изменению ∆ R₀ = 18 - 10 = 8; изменение ∆е = 0,71 - 0,7 = 0,01 соответствует изменению

∆ R₀ =

R₀ = 18 - 0,27 = 17,73 МПа.

Интерполяция по I_l = 1 при е = 0,71 ∆ I_l = 1 - 0 соответствует 24,83 - 17,73 = 7,1.

∆ R₀ =  R₀ = 24,83 - 2,059 ≈ 22,771 МПа.

Составим таблицу (3.2).