2020-04-12
1656Гранулометрический состав грунта - процентное содержание первичных (не агрегированных) частиц различной крупности по фракциям, выраженное по отношению их массы к общей массе грунта.
Гранулометрический состав является одним из важнейших показателей, определяющих физические свойства грунта.
Гранулометрический (механический) состав характеризует соотношение и размеры слагающих грунт частиц, разделенных или полученных с помощью выбранного метода подготовки к анализу, и используется в инженерно-геологических целях:
- для классификации грунтов;
- для оценки неоднородности;
- для анализа условий формирования;
- для расчетов устойчивости грунтов в горных выработках;
- для косвенной характеристики различных инженерно-геологических свойств (сжимаемости, водопроницаемости, пластичности и др.);
- для оценки возможности суффозии;
- для оценки как материала для строительства плотин, дорог, приготовления оптимальных смесей, добавок, глинистых растворов, керамического сырья и т. п.
|
|
|
Характеристика и использование гранулометрического состава нескальных (крупнообломочных, песчаных, глинистых) и скальных грунтов существенно отличаются. Гранулометрический состав нескальных грунтов характеризуется весовым содержанием частиц различной крупности в процентах по отношению к исходной сухой навеске.
В грунтоведении принято следующее разделение частиц по размерам:
- больше 2 мм - крупнообломочные;
- от 2 до 0,05 мм - песчаные;
- от 0,05 до 0,002 мм - пылеватые,
- меньше 0,002 мм - глинистые.
Для определения гранулометрического состава песчано-глинистых грунтов используются ситовой, ареометрический или пипеточный методы, крупнообломочных - грохочение и ситовой.
Блоки скальных грунтов, разделенные трещинами, измеряются рулеткой, линейкой, специальными приспособлениями.
Как правило, грунт содержит частицы разных размеров и его гранулометрический состав нельзя определить одним методом и выразить одним показателем.
Поэтому при анализах используют комбинации различных методов, а для представления результатов наиболее наглядные графические модели: суммарные кривые, диаграммы-треугольники, ромбы, циклограммы, гистограммы.
Из них для нескальных грунтов наибольшее распространение получили суммарные кривые и диаграммы-треугольники.
Кривые наглядно в компактной форме позволяют выразить гранулометрический состав любого нескального грунта, могут сравниваться, характеризуют условия формирования грунта, позволяют определить диаметры, необходимые для вычисления показателя неоднородности Сu - показателя неоднородности гранулометрического состава.
|
|
|
Для построения кривых последовательно суммируются процентные содержания выделенных фракций, начиная с наиболее мелких, и сопоставления полученной суммы с классификационными градациями.
Полученные значения наносят на график: по оси абсцисс - логарифмы диаметров частиц, по оси ординат суммарное процентное содержание частиц.
Например, грунт имеет следующий гранулометрический состав:
2-1 – 3 %
1-0,5 – 5 %
0,5-0,25 - 30 %
0,25-0,1 - 60 %
0,1 - 2 %
Последовательно суммируя процентное содержание фракций, начиная с самой крупной, и, сопоставляя их с табличными значениями, находим, что в нашем случае единственно удовлетворяет табличному значению градация > 0,1 – 98 %, что соответствует наименованию разновидности - песок мелкий.
Степень неоднородности гранулометрического состава Сu, д.е.; определяют по формуле:
Cu = 
, (1.13)
где d60 – диаметр частиц, меньше которого в грунте содержится 60% частиц по массе; d10 - диаметр, меньше которого в грунте содержится 10% по массе.
В соответствии с ГОСТ 25100-2011 однородными считаются песчаные и крупнообломочные грунты при Cu < 3, глинистые при Cu < 5.
По размерам слагающие дисперсный грунт элементы и их фракции подразделяют в соответствии с таблицей 1.
Таблица 1. Классификация дисперсных грунтов по размерам слагающие элементы и их фракции
| Элементы грунта | Фракции | Размер фракций, мм |
| Валуны (глыбы) | Крупные | >800 |
| Средние | 400-800 | |
| Мелкие | 200-400 | |
| Галька (щебень) | Крупные | 100-200 |
| Средние | 60-100 | |
| Мелкие | 10-60 | |
| Гравий (дресва) | Крупные | 5-10 |
| Мелкие | 2-5 | |
| Песчаные частицы | Грубые | 1-2 |
| Крупные | 0,5-1 | |
| Средние | 0,25-0,5 | |
| Мелкие | 0,10-0,25 | |
| Тонкие | 0,05-0,10 | |
| Пылеватые частицы | Крупные | 0,01-0,05 |
| Мелкие | 0,002-0,01 | |
| Глинистые частицы | - | <0,002 |
По гранулометрическому составу крупнообломочные грунты и пески подразделяют на разновидности в соответствии с таблицей 2.
Таблица 2. Классификация крупнообломочных грунтов и песков по гранулометрическому составу /ГОСТ 25100-2011/
| Разновидность крупнообломочных грунтов и песков | Размер частиц d, мм | Содержание частиц, % по массе |
| Крупнообломочные: | ||
| - валунный (при преобладании неокатанных частиц - глыбовый) | >200 | >50 |
| - галечниковый (при неокатанных гранях - щебенистый) | >10 | >50 |
| - гравийный (при неокатанных гранях - дресвяный) | >2 | >50 |
| Пески: | ||
| - гравелистый | >2 | >25 |
| - крупный | >0,50 | >50 |
| - средней крупности | >0,25 | >50 |
| - мелкий | >0,10 | ≥75 |
| - пылеватый | >0,10 | <75 |
| Примечание - При наличии в крупнообломочных грунтах песчаного заполнителя более 40% или глинистого заполнителя более 30 % от общей массы воздушно-сухого грунта в наименование крупнообломочного грунта включают наименование вида заполнителя и указывают характеристики его состояния (влажность, плотность, показатель текучести). Вид заполнителя устанавливают после удаления из крупнообломочного грунта частиц крупнее 2 мм. Если обломочный материал представлен ракушкой в количестве 50% и более, грунт называют ракушечным, если от 25 % до 50 %, то к наименованию грунта добавляют слова "с ракушкой". | ||
Контрольное задание
1. Построить суммарные кривые гранулометрического состава по таблицам 3 и 4.
2. Вычислить степень неоднородности Cu.
3. Классифицировать грунты по гранулометрическому составу.
Таблица 3. Показатели инженерно-геологических свойств глинистых грунтов
| № образца | Естественная влажность, W | Плотность грунта, r | Плотность частиц грунта, rs | Показатели пластичности | Гранулометрический состав, % | |||||||
| Граница текучести, WL | Граница раскатывания, Wp | Число пластичности, Ip | > 0,25 мм | 0,25-0,1 мм | 0,1 -0,05 мм | 0,05-0,01 мм | 0,01-0,002 мм | < 0,002 мм | ||||
| 1 | 0,22 | 1,96 | 2,68 | 0,32 | 0,24 | 0,08 | 9,2 | 65,5 | 9,3 | 2,8 | 4,2 | 9,0 |
| 2 | 0,10 | 1,76 | 2,73 | 0,30 | 0,26 | 0,04 | 6,9 | 74,9 | 5,7 | 5,0 | 3,5 | 4,0 |
| 3 | 0,23 | 2,01 | 2,68 | 0,32 | 0,27 | 0,05 | 0,1 | 10,2 | 80,0 | 2,9 | 4,0 | 2,8 |
| 4 | 0,24 | 2,02 | 2,68 | 0,37 | 0,26 | 0,11 | 1,5 | 72,0 | 7,5 | 5,4 | 9,1 | 4,5 |
| 5 | 0,26 | 1,98 | 2,70 | 0,36 | 0,29 | 0,07 | 3,5 | 69,0 | 9,2 | 5,8 | 5,0 | 7,5 |
| 6 | 0,22 | 1,93 | 2,72 | 0,32 | 0,26 | 0,06 | 2,6 | 73,8 | 10,1 | 1,5 | 6,5 | 5,5 |
| 7 | 0,25 | 1,99 | 2,73 | 0,31 | 0,29 | 0,02 | 16,7 | 48,3 | 21,5 | 4,0 | 9,5 | - |
| 8 | 0,20 | 1,95 | 2,68 | 0,31 | 0,26 | 0,05 | - | 13,6 | 68,3 | 5,6 | 0,4 | 12,1 |
| 9 | 0,25 | 1,98 | 2,68 | 0,34 | 0,29 | 0,05 | 1,3 | 71,8 | 11,9 | 8,5 | 6,5 | - |
| 10 | 0,26 | 2,00 | 2,68 | 0,39 | 0,29 | 0,10 | 1,3 | 68,0 | 9,7 | 8,0 | 13,0 | - |
| 11 | 0,25 | 1,98 | 2,71 | 0,37 | 0,24 | 0,13 | 1,8 | 68,8 | 8,9 | 4,1 | 16,4 | - |
| 12 | 0,26 | 1,94 | 2,64 | 0,38 | 0,28 | 0,10 | 9,7 | 66,2 | 8,6 | 1,1 | 7,4 | 7,0 |
| 13 | 0,25 | 1,98 | 2,72 | 0,38 | 0,24 | 0,14 | - | 8,0 | 68,5 | 9,0 | 4,3 | 10,2 |
| 14 | 0,26 | 1,93 | 2,68 | 0,31 | 0,24 | 0,07 | - | 45,2 | 35,6 | 9,3 | 0,9 | 9,0 |
| 15 | 0,23 | 2,04 | 2,68 | 0,38 | 0,30 | 0,08 | - | 5,4 | 69,5 | 6,1 | 3,5 | 15,5 |
Таблица 4. Показатели инженерно-геологических свойств аллювиальных песков
|
|
|
| № образца | Показатели физических свойств | Гранулометрический состав, % | |||||||||
| Естеств. влажность, W | Плотность грунта, r | Плотность частиц грунта, rs | 20-10 мм | 10-5 мм | 5-2 мм | 2-1 мм | 1-0,5 мм | 0,5-0,25 мм | 0,25-0,1 мм | 0,1-0,05 мм | |
| 1 | 0,11 | 1,80 | 2,66 | - | - | - | - | 0,2 | 37,8 | 60,0 | 2,0 |
| 2 | 0,11 | 1,87 | 2,66 | - | - | - | - | 0,1 | 36,3 | 62,5 | 1,1 |
| 3 | 0,11 | 1,80 | 2,65 | - | - | - | - | 0,1 | 4,8 | 93,4 | 1,7 |
| 4 | 0,11 | 1,89 | 2,66 | 0,9 | 0,9 | 4,4 | 8,3 | 20,0 | 52,6 | 12,6 | 0,3 |
| 5 | 0,11 | 1,93 | 2,66 | 2,5 | 1,1 | 0,6 | 1,0 | 6,8 | 76,9 | 10,6 | 0,5 |
| 6 | 0,12 | 1,92 | 2,66 | - | 5,0 | 0,8 | 1,9 | 6,3 | 75,3 | 10,5 | 0,2 |
| 7 | 0,12 | 1,94 | 2,66 | - | - | - | 2,2 | 7,8 | 62,5 | 25,0 | 2,5 |
| 8 | 0,11 | 1,86 | 2,65 | - | 0,2 | 0,3 | 1,4 | 14,4 | 53,2 | 30,0 | 0,5 |
| 9 | 0,11 | 1,85 | 2,65 | - | 0,5 | 0,3 | 0,5 | 5,0 | 68,8 | 24,4 | 0,5 |
| 10 | 0,11 | 1,87 | 2,65 | 0,4 | 0,5 | 2,2 | 6,0 | 13,5 | 41,4 | 35,2 | 0,8 |
| 11 | 0,11 | 1,90 | 2,65 | 6,1 | - | 0,2 | 0,3 | 1,4 | 28,7 | 59,7 | 3,6 |
| 12 | 0,12 | 1,85 | 2,65 | 0,9 | 0,7 | 0,7 | 1,5 | 5,9 | 31,1 | 56,9 | 2,3 |
| 13 | 0,10 | 1,95 | 2,65 | 10,8 | 1,8 | 0,7 | 1,6 | 5,4 | 38,5 | 40,7 | 0,5 |
| 14 | 0,10 | 1,87 | 2,65 | 2,9 | 2,0 | 2,1 | 5,5 | 10,8 | 41,8 | 33,8 | 1,1 |
| 15 | 0,11 | 1,87 | 2,65 | - | - | - | 1,5 | 5,4 | 53,4 | 38,5 | 1,2 |
Рис. 1. Суммарная кривая гранулометрического состава
