Глинистые грунты. Классификация песчаных и глинистых грунтов Чем характеризуется вид и состояние глинистых грунтов

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.

Разновидность глинистых грунтов	Число пластичности I p	Содержание песчаных Частиц (2-0,5мм), % по массе
Супеси:
— песчанистая	1 — 7	50
— пылеватая	1 — 7	< 50
Суглинок:
— легкий песчанистый	7 -12	40
— легкий пылеватый	7 – 12	< 40
— тяжелый песчанистый	12 – 17	40
— тяжелый пылеватый	12 – 17	< 40
Глина:
— легкая песчанистая	17 – 27	40
— легкая пылеватая	17 — 27	< 40
— тяжелая	> 27	Не регламентируется

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.

Число пластичности и показатель текучести пылевато-глинистого грунта.

Для пылевато-глинистых грунтов первостепенное значение имеет не общий зерновой (гранулометрический) состав, а содержание мелких и мельчайших частиц (плоскочешуйчатых или тонкоигольчатых мономинеральных частиц размером не менее 0,005 мм ) и, главное, диапазон влажности, в котором грунт будет пластичным.

Этот диапазон влажности характеризуется так называемым числом пластичности J Р и равен разности между двумя влажностями, соответствующими двум состояниям грунта: на границе текучести W L и на границе раскатывания (пластичности) W P:

J Р = W L – W P .

Граница текучести W L соответствует влажности, при которой грунт переходит в текучее состояние, а граница раскатывания W P – влажности, при которой грунт теряет свою пластичность.

В зависимости от числа пластичности выделяются три типа пылевато-глинистых грунтов: супесь , суглинок и глина (таблица 2 ГОСТ 25100-82).

Характерные влажности достаточно хорошо определяют физическое состояние пылевато-глинистых грунтов, которое в зависимости от содержания воды меняется в значительных пределах и может быть твердым, пластичным и текучим. Характеристикой состояния является консистенция, под которой понимается густота и в известной мере вязкость глинистых грунтов, обуславливающие их способность сопротивляться пластическому изменению формы. Числовой характеристикой консистенции является показатель текучести – J L , определяющий выражением

где W – влажность грунта в естественном состоянии.

Разновидность пылевато-глинистых грунтов по показателю текучести определяется по таблице 2 ГОСТ 25100-82.

Показателем текучести пользуются при выборе глубины заложения фундаментов, определении условного расчетного давления на грунты оснований по таблицам СНиП и в других случаях.

Необходимое оборудование и материалы:

o грунт (сухой и влажный);

o эксикатор, шпатель (нож);

o колба с водой, бюксы – 2 шт;

o балансирный конус;

o стандартный металлический стаканчик с подставкой;

o технический вазелин, чашка;

o весы с разновесами.

Подготовительные работы

Проба грунта была высушена до воздушно-сухого состояния, размельчена в фарфоровой ступке пестиком с резиновым наконечником и просеяна через сито с отверстиями 1 мм . Часть грунта была увлажена водой до состояния густого теста при перемешивании шпателем и выдержана в эксикаторе не менее 2 часов для равномерного распределения влаги.

Определение границы текучести

Граница текучести характеризуется влажностью (в долях единицы) грунтового теста, при которой стандартный конус погружается в него под собственным весом на глубину 10 мм за 5 секунд . Определение границы текучести и состоит в подборе такой влажности грунта.

Балансирный конус (рис. 3) с углом при вершине 30 °С имеет на расстоянии 10 мм от острия круговую риску. К основанию конуса прикреплено балансирное устройство в виде двух металлических грузов на концах стального прута. Общий вес прибора составляет 76 г .

Рисунок 3 - Приборы для определения границы текучести

Ход работы:

1. Грунтовое тесто тщательно перемешивают шпателем и укладывают небольшими порциями (без образования пустот) в металлический стаканчик; поверхность грунта выравнивают шпателем в уровень с краями стаканчика, который затем устанавливают на подставку.

2. К поверхности грунта подносят острие конуса, смазанное тонким слоем вазелина, и опускают, позволяя ему погрузиться в грунт в течение 5 с под собственным весом.

3. Погружение конуса за 5 сек на глубину менее 10 мм показывает, что влажность грунта еще не достигла границы текучести. В этом случае грунтовое тесто перекладывают в чашку и после добавления воды и тщательного перемешивания повторяют опыт. Если конус погрузился в глубину более 10 мм , следует добавить сухого грунта, перемешать его и повторить опыт.

Сравнение естественной влажности грунта с влажностью на границе раскатывания позволяет устанавливать его состояние по показателю текучести

, (1.11)

по которому глинистые грунты подразделяются на следующие разновидности:

твердая...................
< 0

пластичная.............от 0 до 1 включительно

текучая....................>1

Суглинки и глины:

твердые................................
< 0

полутвердые........................от 0 до 0,25

тугопластичные..................от 0,25 до 0,5

мягкопластичные................от 0,5 до 0,75

текучепластичные...............от 0,75 до 1

текучие.................................>1

Максимальная плотность и оптимальная влажность грунта

В процессе возведения земляных сооружений и планировки территорий приходится уплотнять грунты. При этом повышается прочность грунта, понижаются его водопроницаемость и капиллярность. Максимальная степень уплотнения необходима в верхних слоях насыпи, в которых возникают наибольшие напряжения от внешних нагрузок.

Степень уплотнения оценивается величиной коэффициента уплотнения. Уплотняя грунты с разной влажностью одной и той же работой уплотнения, получают различные значения величины плотности сухого грунта. Влажность, при которой достигается максимальная плотность сухого грунта
при стандартном уплотнении, называетсяоптимальной W opt .

В лабораторных условиях W opt и
определяют, используя прибор Союздорнии (рис. 1.7). Метод заключается в установлении зависимости плотности сухого грунта от его влажности при уплотнении образцов грунта с постоянной работой уплотнения и последовательном увеличении влажности грунта. Проводят не менее 5 – 6 опытов при разной влажности грунтов. Грунт уплотняют в стакане прибора послойно ударами груза массой 2,5 кг, падающего с высоты 30 см. Каждый слой грунта (всего 3 слоя) уплотняют 40 ударами. После уплотнения в каждом опыте определяюти
и строят график зависимости
(рис. 1.8).

По графику определяют влажность, при которой стандартным уплотнением достигается максимальная плотность сухого грунта
. Степень уплотнения земляного сооружения оценивается величиной коэффициента уплотнения

, (1.12)

где
– коэффициент уплотнения грунта земляного сооружения;– плотность сухого грунта;
– максимальная плотность того же сухого грунта при стандартном уплотнении. Величина
задается проектом земляного сооружения в диапазоне от 0,92 до 1,00.

Контрольные вопросы

1.Определение грунта по ГОСТ 25100-95.

2.Какие существуют генетические типы континентальных отложений?

3.Из чего состоят грунты?

4.Что понимается под структурой и текстурой грунта?

5.Каковы особенности глинистых минералов?

6.В каком виде в грунтах встречается вода?

7.Какие структурные связи существуют в грунтах?

8.Каковы размеры крупнообломочных, песчаных, пылеватых и глинистых частиц?

9.Что называется гранулометрическим составом грунта?

10.Как определить коэффициент неоднородности грунта?

11.Какие физические характеристики грунта являются основными?

12.Как классифицируются песчаные грунты?

13.Что называется числом пластичности?

14.Как классифицируются связные грунты?

15.Что такое показатель текучести? В каких пределах он изменяется?

16.Для чего служит метод стандартного уплотнения грунта?

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 небольших пределах и практически не влияет на прочностные и деформационные свойства этих грунтов.

Характеристики пластичности пылевато-глинистых грунтов - это влажности на границах текучести w L и раскатывания w p , определяемые в лабораторных условиях, а также число пластичности I p и показатель текучести I L вычисляемые по формулам (см. табл. 1.3). Характеристики w L , w p и I р 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).

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 I р < 1 %).ТАБЛИЦА 1.5. КЛАССИФИКАЦИЯ КРУПНООБЛОМОЧНЫХ И ПЕСЧАНЫХ ГРУНТОВ ПО ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОМУ СОСТАВУ

Крупнообломочные и песчаные грунты классифицируются по гранулометрическому составу (табл. 1.5) и по степени влажности (табл. 1.6).

ТАБЛИЦА 1.6. ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ КРУПНООБЛОМОЧНЫХ И ПЕСЧАНЫХ ГРУНТОВ ПО СТЕПЕНИ ВЛАЖНОСТИ S r

Свойства крупнообломочного грунта при содержании песчаного заполнителя более 40 % и пылевато-глинистого более 30 % определяются свойствами заполнителя и 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 с и условному сопротивлению грунта при динамическом зондировании q d (табл. 1.7).

При относительном содержании органического вещества 0,03 < I от ≤ 0,1 песчаные грунты называют грунтами с примесью органических веществ. По степени засоленности крупнообломочные и песчаные грунты подразделяют на незасоленные и засоленные. Крупнообломочные грунты относятся к засоленным, если суммарное содержание легко- и среднерастворимых солей (% от массы абсолютно сухого грунта) равно или более:

− 2 % - при содержании песчаного заполнителя менее 40 % или пылевато-глинистого заполнителя менее 30 %

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

− 5 % - при содержании пылевато-глинистого заполнителя 30 % и более.

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

Пылевато-глинистые грунты подразделяют по числу пластичности I p (табл. 1.8) и по консистенции, характеризуемой показателем текучести I L (табл. 1.9).ТАБЛИЦА 1.7. ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ ПЕСЧАНЫХ ГРУНТОВ ПО ПЛОТНОСТИ СЛОЖЕНИЯ

Песок	Подразделение по плотности сложения
плотный	средней плотности	рыхлый
По коэффициенту пористости
Гравелистый, крупный и средней крупности	e < 0,55	0,55 ≤ e ≤ 0,7	e > 0,7
Мелкий	e < 0,6	0,6 ≤ e ≤ 0,75	e > 0,75
Пылеватый	e < 0,6	0,6 ≤ e ≤ 0,8	e > 0,8
По удельному сопротивлению грунта, МПа, под наконечником (конусом) зонда при статическом зондировании
	q c > 15	15 ≥ q c ≥ 5	q c < 5
Мелкий независимо от влажности	q c > 12	12 ≥ q c ≥ 4	q c < 4
Пылеватый: маловлажный и влажный водонасыщенный	q c > 10 q c > 7	10 ≥ q c ≥ 3 7 ≥ q c ≥ 2	q c < 3 q c < 2
По условному динамическому сопротивлению грунта МПа, погружению зонда при динамическом зондировании
Крупный и средней крупности независимо от влажности	q d > 12,5	12,5 ≥ q d ≥ 3,5	q d < 3,5
Мелкий: маловлажный и влажный водонасыщенный	q d > 11 q d > 8,5	11 ≥ q d ≥ 3 8,5 ≥ q d ≥ 2	q d < 3 q d < 2
Пылеватый маловлажный и влажный	q d > 8,8	8,5 ≥ q d ≥ 2	q d < 2

ТАБЛИЦА 1.8. ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ ПЫЛЕВАТО-ГЛИНИСТЫХ ГРУНТОВ ПО ЧИСЛУ ПЛАСТИЧНОСТИ

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.

ТАБЛИЦА 1.9. ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ ПЫЛЕВАТО-ГЛИНИСТЫХ ГРУНТОВ ПО ПОКАЗАТЕЛЮ ТЕКУЧЕСТИ

ТАБЛИЦА 1.10. ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ ИЛОВ ПО КОЭФФИЦИЕНТУ ПОРИСТОСТИ

Пылевато-глинистые грунты (супеси, суглинки и глины) называют грунтами с примесью органических веществ при относительном содержании этих веществ 0,05 < I от ≤ 0,1. По степени засоленности супеси, суглинки и глины подразделяют на незаселенные и засоленные. К засоленным относятся грунты, в которых суммарное содержание легко- и среднерастворимых солей составляет 5 % и более.

Среди пылевато-глинистых грунтов необходимо выделять грунты, проявляющие специфические неблагоприятные свойства при замачивании: просадочные и набухающие. К просадочным относятся грунты, которые под действием внешней нагрузки или собственного веса при замачивании водой дают осадку (просадку), и при этом относительнаяпросадочность ε sl ≥ 0,01. К набухающим относятся грунты, которые при замачивании водой или химическими растворами увеличиваются в объеме, и при этом относительное набухание без нагрузки ε sw ≥ 0,04.

5. Песчаные грунты состоят из частиц зерен кварца и других минералов крупностью от 0,1 до 2 мм, содержащие глины не более 3% и не обладают свойством пластичности. Пески разделяют по зерновому составу и размеру преобладающих фракций на гравелистые лески d>2 мм, крупные d>0,5 мм, средней крупности d>0,25 мм,мелкие d>0,1 мм и пылеватые d=0,05 - 0,005 мм.

Частицы грунта крупностью от d=0,05 - 0,005 мм называют пылеватыми . Если в песке таких частиц от 15 до 50 %, то их относят к категории пылеватых . Когда в грунте пылеватых частиц больше, чем песчаных, грунт называют пылеватым .

Чем крупнее и чище пески, тем большую нагрузку может выдержать слой основания из него. Сжимаемость плотного песка невелика, но скорость уплотнения под нагрузкой значительна, поэтому осадка сооружений на таких основаниях быстро прекращается. Пески не обладают свойством пластичности.

Гравелистые , крупные и средней крупности пески значительно уплотняются под нагрузкой, незначительно промерзают.

Тип крупнообломочных и песчаных грунтов устанавливается по гранулометрическому составу, разновидность – по степени влажности.

Глинистые – связные грунты, состоящие из частиц крупностью менее 0,005 мм, имеющих в основном чешуйчатую форму, с небольшой примесью мелких песчаных частиц. В отличие от песков глины имеют тонкие капилляры и большую удельную поверхность соприкосновения между частицами. Так как поры глинистых грунтов в большинстве случаев заполнены водой, то при промерзании глины происходит ее пучение.

Глинистые грунты делятся в зависимости от числа пластичности на глины (с содержанием глинистых частиц более 30%), суглинки (10...30%) и супеси (З...10%).

Несущая способность глинистых оснований зависит от влажности, которая определяет консистенцию глинистых грунтов. Сухая глина может выдерживать довольно большую нагрузку.

Тип глинистого грунта зависит от числа пластичности, разновидность – от показателя текучести.

Классификация грунтов по величине частиц.

6. По крупности минеральных частиц грунта, их взаимной связи и механической прочности грунты делят на пять классов: скальные, полускальные, крупнообломочные, песчаные (несвязные) и глинистые (связные).

К скальным грунтам относятся сцементированные водоустойчивые и практически несжимаемые породы (граниты, песчаники, известняки и т. п.), залегающие обычно в виде сплошных или трещиноватых массивов.

К полускальным грунтам относятся сцементированные породы, способные к уплотнению (мергели, алевролиты, аргиллиты и т. п.) и неводостойкие (гипс, гипсоносные конгломераты).

Крупнообломочные грунты состоят из несцементированных кусков скальных и полускальных пород; обычно содержат более 50 % обломков пород размером свыше 2 мм.

Песчаные грунты состоят из несцементированных частиц пород размером 0,05...2 мм; представляют собой, как правило, естественно разрушившиеся и преобразованные в различно степени скальные грунты; не обладают пластичностью.

Глинистые грунты также являются продуктом естественного разрушения и преобразования первичных горных пород, составляющих скальные грунты, но с преобладающим размером частиц менее 0,005 мм.

Классификация песчаных грунтов по степени влажности.

7. КРУПНООБЛОМОЧНЫе И ПЕСЧАНЫе ГРУНТЫ ПО СТЕПЕНИ ВЛАЖНОСТИ ПОДРАЗДЕЛЯЮТСЯ.