Состав, строение и компоненты грунта

Состав грунта. В общем случае грунт состоит из трех компонент (иногда их называют фазами): твердой, жидкой и газообразной.

Твердая фаза грунта может состоять из инертных (по отношению к воде), растворимых в воде и глинистых частиц.

В грунте различают прочносвязанную, рыхлосвязанную и свободную воду.

Свободную воду подразделяют на гравитационную и капиллярную.

Газ в грунте подразделяют на свободный (сообщается с атмосферой) и защемленный.

Под минеральным составом понимают перечень минералов, составляющих породу.

Структура – это пространственная организация компонентов грунта, характеризующаяся совокупностью морфологических (размер, форма частиц, их количественное соотношение), геометрических (пространственная композиция структурных элементов) и энергетических признаков (тип структурных связей и общая энергия структуры) и определяющаяся составом, количественным соотношением и взаимодействием компонентов грунта.

Текстура – это пространственное расположение элементов грунта, определяющее его строение (например, слоистая, трещиноватая и т.д.).

Вещественный состав грунта – категория, характеризующая химико-минеральный состав твердых, жидких и газовых компонентов.

Классификация грунта производится по таким таксономическим единицам:

– классам;

– группам;

– подгруппам;

– типам;

видам;

– разновидностям.

Класс грунта определяют по общему характеру структурных связей.

Группы грунта различают по характеру структурных связей (с учетом их прочности).

Подгруппы грунтов различают по происхождению и условиям образования грунта.

Тип грунта определяют по вещественному составу.

Вид выявляют по наименованию грунтов (с учетом размеров частиц и показателей их свойств).

Разновидности различают по количественным показателям вещественного состава, свойств и структуры грунтов.

Детальная классификация и описание различных типов грунтов представлены в курсе “ Инженерная геология”.

Физические характеристики грунта подразделяют на экспериментальные и расчетные.

Экспериментальные физические характеристики грунта –это удельный вес, плотность, весовая влажность, удельный вес частиц грунта,

удельная плотность частиц грунта, влажность на границе раскатывания, влажность на границе текучести.

Расчетные физические характеристики грунта – удельный вес сухого грунта, плотность сухого грунта, пористость, относительное содержание твердых частиц вединице объема, коэффициент пористости грунта, соответствующей полному водонасыщению, влажность, степень влажности (иногда ее называют степенью водонасыщения), число пластичности и показатель текучести.

Удельный вес грунта – это вес единицы объема грунта.

Под плотностью грунта понимают массу единицы его объема.

Весовая влажность грунта – это отношение веса воды в порах грунта к весу твердых частиц

Удельный вес частиц грунта – это вес единицы объема твердых частиц грунта.

Удельная плотность частиц грунта – это масса единицы объема твердых частиц грунта.

Под влажностью на границе раскатывания понимают влажность на границе между твердым и пластичным состоянием глинистого грунта.

Под влажностью на границе текучести понимают влажность на границе между пластичным и текучим состоянием глинистого грунта.

Под удельным весом сухого грунта понимают вес единицы объема сухого грунта.

Под плотностью сухого грунта понимают массу единицы объема сухого грунта.

Пористость грунта – это отношение объема пор ко всему объему грунта, что соответствует объему пор в единице объема грунта.

Под относительным содержанием твердых частиц вединице объема грунта понимают отношение объема твердых частиц к общему объему грунта.

Под коэффициентом пористости грунта понимают отношение объема пор грунта к объему его твердых частиц.

Под влажностью, соответствующей полному водонасыщению , понимают такую влажность, при которой поры грунта полностью заполнены водой.

Под степенью влажности (иногда ее называют степенью водонасыщения) понимают отношение объема воды в порах грунта к полному объему пор.

Под числом пластичности понимают разность между влажностями на границе текучести и раскатывания.

Под показателем текучести понимают отношение разности между влажностью грунта и влажностью на границе раскатывания
(числитель) и числом пластичности (знаменатель).

Под коэффициентом трещинной пустотности (КТП) понимают отношение объема трещин к объему скальных блоков. Для скальных грунтов КТП обычно составляет сотые, и даже тысячные доли единицы.

Модуль трещиноватости (М_ТР) – это количество трещин на один метр длины обнажения скального грунта. Максимальные значения этого показателя приближаются к 100, а минимальные составляют доли единицы.

Механические характеристики грунта включают в себя прочностные (предел прочности на одноосное сжатие, угол внутреннего трения, удельное сцепление и т.д.) и деформационные (коэффициент Пуассона, модуль упругости, модуль общей деформации и др.) характеристики.

Их также подразделяют на нормативные и расчетные.

Особые виды грунтов с неустойчивыми структурными связями – это мерзлые, вечномерзлые, лёссовые, набухающие, слабые водонасыщенные глинистые, засоленные, насыпные грунты, торфы и заторфованные грунты.

Мерзлыми называют грунты всех видов в том случае, если они имеют отрицательную температуру и содержат в своем составе лед.

Если в условиях природного залегания грунт находится в мерзлом состоянии без оттаивания в течение трех и более лет, его называют вечномерзлым.

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.

Набухающий – это грунт, который при замачивании водой или другой жидкостью увеличивается в объеме и имеет относительную деформацию набухания (в условиях свободного набухания) .

Просадочный – это 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 .

Пучинистый – это дисперсный грунт, который при переходе из талого в мерзлое состояние увеличивается в объеме вследствие образования кристаллов льда и имеет относительную деформацию морозного пучения .

Илами называют водонасыщенные современные осадки водоемов, образовавшиеся при наличии микробиологических процессов. Различают морские, лагунные, озерные, речные, болотные илы.

Ленточными глинами называют – грунтовые толщи со слоистой текстурой, состоящие из чередующихся друг с другом прослоек песка, супеси, суглинка и глины. При этом толщины прослоек колеблются от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров.

Модели грунтов подразделяют на математические и физические.

Под физическими моделями понимают приближенное описание каких–либо свойств оснований с использованием ограниченного числа известных законов физики. Основные физические модели грунта:

– прочностные;

– деформационные;

– реологические

– комбинированные.

Под математическими моделями понимают приближенное описание каких– либо явлений с использованием математической символики. Основные математические модели:

–линейные модели оснований;

–нелинейные модели оснований.

Нелинейные модели оснований делят на:

– геометрически нелинейные;

– физически нелинейные.

Под материальными константами грунта понимают некоторые общие для разных его видов в качественном отношении, но различные в количественном отношении свойства (например, плотность, модуль общей деформации, коэффициент Пуассона и др.).

Расчетная схема основания – это описание расчетной области основания с указанием нагрузок и условий движения компонентов грунта на ее границе.

Основные расчетные схемы основания – это схемы компрессионного сжатия, полупространства, пространства, полуплоскости, плоскости и слоя конечной толщины.

Под напряжением понимают силу, отнесенную к площади. Различают нормальные, касательные и главные напряжения.

Главными называют действующие по главным площадкам напряжения. Под главными понимают такие площадки элементарного объема грунта, по которым касательные напряжения равны нулю, а нормальные, в общем случае, отличны от нуля.

В механике грунтов и фундаментостроении под термином «деформация» понимают относительные деформации основания, а также осадки, крены, прогибы, выгибы фундаментов и т.д.

Для определения относительных деформаций служат меры:

– Алманси;

– Генки;

– Грина;

– Коши;

– Свейнгера.

Кроме того, различают нормальные и угловые относительные деформации.