Современные проблемы науки и образования. Определение характерных влажностей пылевато-глинистого грунта Грунты: типы и свойства

Грунты: типы и свойства

Измеряемые характеристики грунтов

Скальные грунты

Дисперсионные грунты

Влажность грунта

Определение типа грунта на глаз

Тип фундамента от грунта

Гранулометрический состав и пластичность

Составы с различными примесями

Пластичность грунта

Крупнообломочные грунты

Конгломераты

Хрящеватые грунты

Песчаные грунты

Супеси

Глинистые грунты

Суглинки

Ил (илистые грунты)

Сапропель

Торф

Определение грунта по внешнему виду

Библиографическая ссылка

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.

Физические свойства грунтов, лежащих в основании, исследуют с точки зрения их способности нести нагрузку дома через его фундамент.

Физические свойства грунта меняются в зависимости от внешней среды. На них влияет: влажность, температура, плотность, неоднородность и многое другое, поэтому для оценки технической пригодности грунтов будем исследовать их свойства, которые неизменны и которые могут меняются при изменении внешней среды:

связанность (сцепление) между частицами грунта;
размер, форма частиц и их физические свойства;
однородность состава, наличие примесей и их воздействие на грунт;
коэффициент трения одной части грунта о другую (сдвиг пластов грунта);
водопроницаемость (водопоглощение) и изменение несущей способности при изменении влажности грунта;
водоудерживающая способность грунта;
размываемость и растворимость в воде;
пластичность, сжимаемость, разрыхляемость и т. д.

Классы грунтов

Грунты разделяют на три класса: скальные, дисперсионные и мерзлые (ГОСТ 25100-2011).

Скальные грунты - магматические, метаморфические, осадочные, вулканогенно-осадочные, элювиальные и техногенные породы обладающие жесткими кристаллизационными и цементационными структурными связями.
Дисперсионные грунты - осадочные, вулканогенно-осадочные, элювиальные и техногенные породы с водноколлоидными и механическими структурными связями. Эти грунты делятся на связные и несвязные (сыпучие). Класс дисперсионных грунтов подразделяют на группы:
- минеральные - крупнообломочные, мелкообломочные, пылеватые, глинистые грунты;
- органоминеральные - заторфованные пески, илы, сапропели, заторфованные глины;
- органические - торфы, сапропели.
Мерзлые грунты - это те же скальные и дисперсионные грунты, дополнительно обладающие криогенными (ледяными) связями. Грунты в которых присутствуют только криогенные связи называются ледяными.

По строению и составу грунты разделяют на:

скальные;
крупнообломочные;
песчаные;
глинистые (в том числе лессовидные суглинки).

В основном встречаются разновидности песчаных и глинистых разновидностей, которые весьма разнообразны как по крупности частиц, так и по физико-механическим свойствам.

По степени залегания грунты делятся на:

верхние слои;
средней глубины залегания;
глубокого залегания.

В зависимости от типа грунта основание может быть расположено в разных слоях грунта.

Верхние слои грунта подвергаются атмосферному воздействию (намокание и высыхание, выветривание, замерзание и оттаивание). Такое воздействие изменяет состояние грунта, его физические свойства и уменьшает противодействие нагрузкам. Исключением являются только скальные грунты и конгломераты.

Поэтому основание дома необходимо располагать на глубине с достаточными несущими характеристиками грунта.

Классификация грунтов по размеру частиц определена ГОСТом 12536

Частицы	Фракции	Размер, мм
Крупные обломки
Валуны*, глыбы	крупные	> 800
	средней крупности	400-800
	мелкие	200-400
Галька*, щебень	крупные	100-200
	средней крупности	60-100
	мелкие	10-60
Гравий*, дресва	крупные	4-10
Гравий*, дресва	мелкие	2-4
Мелкие обломки
Песок	очень крупные	1-2
	крупные	0,5-1
	средней крупности	0,25-0,5
	мелкие	0,1-0,25
	очень мелкие	0,05-0,1
Взвесь
Пыль (ил)	крупные	0,01-0,05
Пыль (ил)	мелкие	0,002-0,01
Коллоиды
Глина		< 0,002

* Названия крупных обломков с обкатанными гранями.

Для вычисления несущих характеристик грунта нам нужны измеряемые характеристики грунта. Вот некоторые из них.

Удельный вес грунта

Удельным весом грунта γ называется вес единицы объема грунта, измеряется в кН/м³.

Удельный вес грунта вычисляется через его плотность:

ρ ‑ плотность грунта, т/м³;
g ‑ ускорение свободного падения, принимаемое равным 9,81 м/с².

Плотность сухого (скелета) грунта

Плотность сухого (скелета) грунта ρ d ‑ природная плотность за вычитанием массы воды в порах, г/см³ или т/м³.

Устанавливается расчетом:

где ρ s и ρ d - соответственно плотность частиц и плотность сухого (скелета) грунта, г/см³ (т/м³).

Принимаемая плотность частиц ρ s (г/см³) для грунтов

Коэффициент пористости е, для песчаных грунтов разной плотности

Степени влажности грунта

Степень влажности грунта S r - отношение естественной (природной) влажности грунта W к влажности, соответствующей полному заполнению пор водой (без пузырьков воздуха):

где ρ s - плотность частиц грунта (плотность скелета грунта), г/см³ (т/м³);
е - коэффициент пористости грунта;
ρ w - плотность воды, принимаемая равной 1 г/см³ (т/м³);
W - природная влажность грунта, выраженная в долях единицы.

Грунты по степени влажности

class="h3_fon">

Пластичность грунта - его способность деформироваться под действием внешнего давления без разрыва сплошности массы и сохранять приданную форму после прекращения деформирующего усилия.

Для установления способности грунта принимать пластичное состояние определяют влажность, характеризующую границы пластичного состояния грунта текучести и раскатывания.

Граница текучести W L характеризует влажность, при которой грунт из пластичного состояния переходит в полужидкое - текучее. При этой влажности связь между частицами нарушается благодаря наличию свободной воды, вследствие чего частицы грунта легко смещаются и разъединяются. В результате этого сцепление между частицами становится незначительным и грунт теряет свою устойчивость.

Граница раскатывания W P соответствует влажности, при которой грунт находится на границе перехода из твердого состояния в пластичное. При дальнейшем увеличении влажности (W > W P) грунт становится пластичным и начинает терять свою устойчивость под нагрузкой. Границу текучести и границу раскатывания называют также верхним и нижним пределами пластичности.

Определив влажность на границе текучести и границе раскатывания, вычисляют число пластичности грунта I Р. Число пластичности представляет собой интервал влажности, в пределах которого грунт находится в пластичном состоянии, и определяется как разность между границей текучести и границей раскатывания грунта:

I Р = W L - W P

Чем больше число пластичности, тем более пластичен грунт. Минеральный и зерновой составы грунта, форма частиц и содержание глинистых минералов существенно влияют на границы пластичности и число пластичности.

Деление грунтов по числу пластичности и процентному содержанию песчаных частиц приведено в таблице.

Текучесть глинистых грунтов

Показать текучести I L выражается в долях единицы и используется для оценки состояния (консистенции) пылевато-глинистых грунтов.

Определяется расчетом из формулы:

I L =	W - W p
	I р

где W - природная (естественная) влажность грунта;
W p - влажность на границе пластичности, в долях единицы;
I p - число пластичности.

Показатель текучести для грунтов разной плотности

Скальные грунты - монолитные породы или в виде трещиноватого слоя с жесткими структурными связями, залегающие в виде сплошного массива или разделенные трещинами. К ним относятся магматические (граниты, диориты и др.), метаморфические (гнейсы, кварциты, сланцы и др.), осадочные сцементированные (песчаники, конгломераты и др.) и искусственные.

Они хорошо держат нагрузку на сжатие даже в водонасыщенном состоянии и при отрицательных температурах, а также не растворимы и не размягчаются в воде.

Являются хорошим основанием для фундаментов. Единственная сложность - это разработка скального грунта. Фундамент можно возводить непосредственно на поверхности такого грунта, без какого-либо вскрытия или заглубления.

class="h3_fon">

Крупнообломочные - несвязные обломки скальных пород с преобладанием обломков размером более 2 мм (свыше 50%).

По гранулометрическому составу крупнообломочные грунты подразделяют на:

валунный d>200 мм (при преобладании неокатанных частиц - глыбовый),
галечниковый d>10 мм (при неокатанных гранях -щебенистый)
гравийный d>2 мм (при неокатанных гранях - дресвяный). К ним можно отнести гравий, щебень, гальку, дресву.

Эти грунты являются хорошим основанием, если под ними расположен плотный слой. Они сжимаются незначительно и являются надежными основаниями.

При наличии в крупнообломочных грунтах песчаного заполнителя более 40% или глинистого заполнителя более 30% от общей массы воздушно-сухого грунта в наименовании крупнообломочного грунта добавляют наименование вида заполнителя, и указывают характеристики его состояния. Вид заполнителя устанавливают после удаления из крупнообломочного грунта частиц крупнее 2 мм. Если обломочный материал представлен ракушкой в количестве ≥ 50%, грунт называют ракушечным, если от 30 до 50% - к наименованию грунта прибавляют с ракушкой.

Крупнообломочный грунт может быть пучинистым, если мелкая составляющая - пылеватый песок или глина.

class="h3_fon">

Конгломераты - крупнообломочные породы, группа скалистых разрушенных, состоящих из отдельных камней разной фракции, содержащие более 50% обломков кристаллических или осадочных пород, не связанных между собой или же сцементированных посторонними примесями.

Как правило, несущая способность таких грунтов достаточно высокая и способна выдержать вес дома в несколько этажей.

class="h3_fon">

Хрящеватые грунты - это смесь глины, песка, обломков камней, щебня и гравия. Они плохо размываются водой, не подвержены вспучиванию и вполне надежны.

Они не сжимаются и не размываются. В этом случае рекомендуется закладка фундамента с заглублением, как минимум, в 0,5 метра.

Минеральный дисперсионный грунт состоит из геологических элементов различного происхождения и определяется по физико-химическим свойствам и геометрическим размерам частиц его составляющим.

class="h3_fon">

Песчаные грунты - продукт разрушения горных пород, представляют собой сыпучую смесь зерен кварца и других минералов, образовавшихся в результате выветривания горных пород с размерами частиц от 0,1 до 2 мм, содержащие глины не более 3%.

Песчанные грунты по крупности частиц могут быть:

гравелистые (25% частиц крупнее 2 мм);
крупные (50% частиц по весу крупнее 0,5 мм);
средней крупности (50% частиц по весу крупнее 0,25 мм);
мелкие (размеры частиц - 0,1-0,25 мм)
пылеватые (размеры частиц 0,005-0,05 мм). Они близки по своим проявлениям к глинистым грунтам.

По плотности подразделяются на:

плотные;
средней плотности;
рыхлые.

Чем выше плотность, тем прочнее грунт.

Физические свойства:

высокая сыпучесть, поскольку сцепления между отдельными зернами нет.
легко разрабатываются;
хорошая водопроницаемость, хорошо пропускают воду;
не меняются в объеме при разном уровне водопоглощении;
промерзают незначительно, не пучинистые;
при нагрузках имеют свойство сильно уплотняться и проседать, но в довольно сжатые сроки;
не пластичны;
легко утрамбовываются.

Сухой чистый (в особенности крупный) кварцевый песок может выдержать большие нагрузки. Чем крупнее и чище пески, тем большую нагрузку может выдержать слой основания из него. Гравелистые, крупные и средней крупности пески значительно уплотняются под нагрузкой, незначительно промерзают.

Если пески залегают равномерно с достаточной плотностью и мощностью слоя, то такой грунт являются хорошей основой для фундамента и чем крупнее песок, тем большую нагрузку он может воспринимать. Рекомендуется закладка фундамента на глубине от 40 до 70 см.

Мелкий песок, разжиженный водой, особенно с примесями глины и ила, в качестве основания ненадежен. Пылеватые пески (размер частиц от 0,005 до 0,05 мм) слабо держат нагрузку, как основание требуют укрепление.

class="h3_fon">

Супеси - грунты, в которых глинистые частицы размером менее 0,005 мм содержатся в пределах от 5 до 10%.

Плывуны - это супеси по свойствам близки к пылеватым пескам, содержащие большое количество пылеватых и очень мелких глинистых частиц. При достаточном водопоглощении пылеватые частицы начинаю играть роль смазки между крупными частицами и некоторые разновидности супесей становятся настолько подвижными, что текут, как жидкость.

Различают плывуны истинные и псевдоплывуны.

Истинные плывуны характеризуются присутствием пылевато-глинистых и коллоидных частиц, большой пористостью (> 40%), низкими водоотдачей и коэффициентом фильтрации, особенностью к тиксотропным превращениям, оплыванием при влажности 6 - 9% и переходом в текучее состояние при 15 - 17%.

Псевдоплывуны - пески, не содержащие тонких глинистых частиц, полностью водонасыщенные, легко отдающие воду, водопроницаемые, переходящие в плывунное состояние при определенном гидравлическом градиенте.

Плывуны практически непригодны для использования в качестве оснований фундаментов.

class="h3_fon">

Глины - горные породы, состоящие из чрезвычайно мелких частиц (менее 0,005, мм), с небольшой примесью мелких песчаных частиц. Глинистые грунты образовались в результате физико-химических процессов, происходивших при разрушении горных пород. Характерным свойством их является сцепление мельчайших частиц грунта между собой.

Физические свойства:

низкие водопропускные свойства, поэтому всегда содержат воду (от 3 до 60%, обычно 12-20%).
увеличиваются в объеме при намокании и уменьшаются при высыхании;
в зависимости от влажности обладают значительной связанностью частиц;
сжимаемость глины высокая, уплотнение под нагрузкой низкое.
пластичны только в пределах определенной влажности; при меньшей влажности они становятся полутвердыми или твердыми, при большей - из пластичного состояния переходят в текучее;
размываются водой;
пучинистость.

По поглощенной воде глины и суглинки подразделяют на:

твердые,
полутвердые,
тугопластичные,
мягкопластичные,
текучепластичные,
текучие.

Осадка зданий на глинистых грунтах, продолжается более длительное время, чем на песчаной почве. Глинистые грунты с песчаными прослойками легко разжижаются и поэтому обладают небольшой несущей способностью.

Сухие, плотно слежавшиеся глинистые грунты с большой мощностью слоя выдерживают значительные нагрузки от сооружений, если под ними находятся устойчивые подстилающие слои.

Глина, слежавшаяся в течение многих лет, считается хорошим основанием для фундамента дома.

Но такое такая глина встречается редко, т.к. в природном состоянии практически никогда не бывает сухой. Капиллярный эффект, присутствующий в грунтах с мелкой структурой, приводит к тому, что глина практически всегда находится во влажном состоянии. Так же влага может проникать через песчаные примеси в глине, поэтому влагопоглощение у глины происходит неравномерно.

Неоднородность влажности при замерзании грунта приводит к неравномерной пучинистости при отрицательных температурах, что может привести к деформации фундамента.

Пучинистыми могут быть все виды глинистых грунтов, а также пылеватые и мелкие пески.

Глинистые грунты - самые непредсказуемые для строительства.

Они могут размываться, разбухать, сжиматься, при замерзании вспучиваться. Фундаменты на таких грунтах строят ниже отметки промерзания.

При наличии лессовых и илистых грунтов необходимо принять меры к укреплению основания.

Макропористые глины

Глинистые грунты, обладающие в природном сложении видимыми невооруженным глазом порами, значительно превышающими скелет грунта, называют макропористыми. К макропористым грунтам относят лёссовые (более 50 % пылевидных частиц), наиболее распространенные на юге РФ и Дальнем Востоке. При наличии влаги лёссовидные грунты теряют устойчивость и размокают.

class="h3_fon">

Суглинки - грунты, в которых глинистые частицы размером менее 0,005 мм содержатся в пределах от 10 до 30%.

По своим свойствам они занимают промежуточное положение между глиной и песком. В зависимости от процентного содержания глины суглинки могут быть легкими, средними и тяжелыми.

Такой грунт как лёсс относится к группе суглинков, содержит значительное количество пылеватых частиц (0,005 - 0,05 мм) и водорастворимые известняки и др., очень пористый и при намокании сжимается. При замерзании вспучивается.

В сухом состоянии такие грунты обладают значительной прочностью, но при увлажнении их грунт размягчается и резко уплотняется. В результате происходят значительные осадки, сильные перекосы и даже разрушения возведенных на нем сооружений, в особенности из кирпича.

Таким образом, для того чтобы лессовидные грунты служили надежным основанием для сооружений, нужно полностью устранить возможность их замачивания. Для этого необходимо тщательно изучить режим грунтовых вод и горизонты их высшего и низшего стояния.

class="h3_fon">

Ил - образовавшиеся в начальной стадии своего формирования в виде структурных осадков в воде, при наличии микробиологических процессов. Большей частью такие грунты располагаются в местах торфоразработок, болотистых и заболоченных местах.

Ил - илистые грунты, водонасыщенный современный осадок преимущественно морских акваторий, содержащий органическое вещество в виде растительных остатков и гумуса, содержание частиц меньше 0,01 мм составляет 30-50% по массе.

Свойства илистых грунтов:

Cильная деформируемость и высокая сжимаемость и как следствие - ничтожное сопроивление к нагрузкам и непригодность их использования в качестве естественного основания.
Значительное влияние структурных связей на механические свойства.
Незначительное сопротивление сил трения, что затрудняет применение в них свайных фундаментов;
Органические (гуминовые) кислоты в иле, действуют разрушающе на бетон сооружений и фундамента.

Самым существенным явлением, возникающим в илистых грунтах под действием внешней нагрузки, как указывалось выше, является разрушение их структурных связей. Структурные связи в илах начинают разрушаться при относительно незначительных нагрузках, однако лишь при некоторой, вполне определенной для данного илистого грунта величине внешнего давления происходит лавинное (массовое) нарушение структурных связей, причем прочность илистого грунта резко снижается. Эта величина внешнего давления носит название "структурной прочности грунта". Если давление на илистый грунт меньше структурной прочности, то свойства его близки к свойствам твердого тела малой прочности, причем, как показывают соответствующие опыты, ни сжимаемость ила, ни его сопротивление сдвигу практически не зависят от природной влажности. При этом угол внутреннего трения илистого грунта мал, а сцепление имеет вполне определенную величину.

Последовательность возведения фундаментов на илистых грунтах:

Производится "выемка" этих грунтов, и замещают послойно песчаным грунтом;
Отсыпают каменную/щебеночную подушку, ее мощность определяется расчетом, необходимо, чтобы на поверхность илистого грунта от сооружения и подушки приходилось давление неопасное для илистого грунта;
После этого возводится сооружение.

class="h3_fon">

Сапропель - пресноводный ил, образовавшийся на дне застойных водоемов из продуктов распада растительных и животных организмов и содержащий более 10% (по массе) органического вещества в виде гумуса и растительных остатков.

Сапропель имеет пористую структуру и, как правило, текучую консистенцию, высокую дисперсность - содержание частиц крупнее 0,25 мм обычно не превышает 5% по массе.

class="h3_fon">

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.

В их состав входит большое количество растительных осадков. По количеству их содержания различают:

слабозаторфованные грунты (относительное содержание растительных осадков - менее 0,25);
среднезаторфованные (от 0,25 до 0,4);
сильнозаторфованные (от 0,4 до 0,6) и торфы (свыше 0,6).

Торфяники обычно сильно увлажнены, отличаются сильной неравномерной сжимаемостью и практически непригодны как основание. Чаще всего их заменяют на более пригодные основания, например, песчаные.

Заторфованный грунт

Грунт заторфованный - песок и глинистый грунт, содержащий от 10 до 50% (по массе) торфа.

Из-за капиллярного эффекта грунты с мелкой структурой (глина, пылеватые пески) находятся во влажном состоянии даже при низком уровне грунтовых вод.

Поднятие воды может достигать:

в суглинках 4 - 5 м;
в супесях 1 - 1,5 м;
в пылеватых песках 0,5 - 1 м.

Условия для слабопучинистого грунта

Относительно безопасные условия, чтобы грунт считался слабопучинистым, когда подземная вода расположена ниже расчетной глубины промерзания:

в пылеватых песках на 0,5 м;
в супесях на 1 м;
в суглинках на 1,5 м;
в глинах на 2 м.

Условия для среднепучинистого грунта

Грунт можно отнести к категории среднепучинистой, когда подземная вода расположена ниже расчетной глубины промерзания:

в супесях на 0,5 м;
в суглинках на 1 м;
в глинах на 1,5 м.

Условия для сильнопучинистого грунта

Грунт будет сильнопучинистый, если уровень грунтовых вод будет выше, чем для среднепучинистых грунтов.

Даже далекий от геологии человек, сможет отличить глину от песка. Но определить на глаз долю глины и песка в грунте уже не каждый сможет. Какой грунт перед вами суглинок или супесь? И каков процент чистой глины и ила в таком грунте?

Для начала обследуйте соседние жилые участки. Опыт создания фундамента соседей может дать полезную информацию. Покосившиеся заборы, деформации фундаментов при неглубоком их заложении и трещины в стенах таких домов говорят о пучинистых грунтах.

Потом нужно взять пробу грунта со своего участка, желательно ближе к месту будущего дома. Некоторые советуют сделать ямку, но узкую ямку глубокой не выроешь, да и что с ней потом делать?

Я предлагаю простой и очевидный вариант. Начните своё строительство с выкапывания ямы под септик.

У вас получится колодец с достаточной глубиной (не менее 3 метров, можно больше) и шириной (не менее 1 метра), который дает кучу преимуществ:

простор для взятия проб грунта с разной глубины;
визуальный осмотр сечения грунта;
возможность проверки грунта на прочность не вынимая грунт, в том числе и боковых стенок;
яму вам обратно закапывать не нужно.

Только установите в колодец в ближайшее время бетонные кольца, чтобы колодец не осыпался от дождей.

Состояние сухой породы

Глина	Твёрдая в кусках, при ударе колется на отдельные комья. Комочки раздавливаются с большим трудом. Очень трудно растираются в порошок.
Суглинки	Комья и куски сравнительно тверды, при ударе рассыпаются, образуя мелочь. Растертая на ладони масса не дает ощущения однородного порошка. Песка на ощупь при растирании мало. Комочки раздавливаются легко.
Супесь	Сцепление между частицами слабое. Комья легко рассыпаются от давления рукой и при растирании чувствуется неоднородный порошок, в котором явно чувствуется присутствие песка. Супесь пылеватая при растирании напоминает сухую муку.
Песок	Песчаная саморассыпающаяся масса. При растирании в ладонях ощущение песчаной массы, преобладают крупные песчаные частицы.

Состояние влажной породы

Глина	Пластичное, липкое и мажущее	Шар при сдавливании не образует трещин по краям. При раскатывании даёт прочный и длинный шнур диаметром < 1 мм.
Суглинки	Пластичное	Шар при сдавливании образует лепёшку с трещинами по краям. Длинного шнура не образуется.
Супесь	Слабо пластичное	Образуется шар, который при лёгком надавливании рассыпается. Не скатывается в шнур или трудно скатывается и легко распадается на кусочки.
Песок	При переувлажнении переходит в текучее состояние	Не скатывается в шар и шнур.

Метод осветления воды

Метод определения типа грунта по скорости осветления воды за 1 минуту в пробирке (или стакане), в которую помещают щепотку почвы.

Торф - свайный фундамент.
Пылевые пески, тягучие глины - заглубленный фундамент с гидроизоляцией.
Мелкие и средние пески, твердые глины - фундамент неглубокого заложения.
Во влажных грунтах (глина, суглинок, супесь или пылеватый песок) глубина заложения фундамента - больше расчетной глубины промерзания.

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

Рассмотрим более подробно характеристику глинистых грунтов:

В их состав входят мельчайшие глинистые частицы (размером менее 0,01 мм, имеющие форму пластинок или чешуек) и частицы песка.
Обладают большой пористостью, в связи с этим имеют способность свободно поглощать и удерживать воду. Даже при частичном высыхании удерживают в себе влагу.
При замерзании жидкость превращается в лед, при этом увеличивая общий объем грунта. Все породы, которые содержат в себе частицы глины, подвержены этому негативному влиянию, и чем больше ее в составе, тем сильнее проявляется данное свойство.
Благодаря консистенции глинистых грунтов, порода обладает связывающими свойствами, которые выражаются в способности сохранять свою форму.
В соответствии с содержанием частиц глины, существует классификация глинистых грунтов: глина, суглинки и супеси.
Способность деформирования породы без разрывов под воздействием внешних нагрузок, и сохранение формы после ее прекращения, называют пластичностью глинистых грунтов. Степень пластичности определяет строительные свойства глинистых пород: влажность, плотность, сопротивлению сжатию. При увеличении влажности происходит уменьшение плотности и сопротивление сжатию.

Классификация глинистых грунтов более детально:

Содержание в супеси глинистых частиц около 10 %, остальной объем занимают песчаные частицы.
По своим характеристикам почти не отличается от песка. Бывает двух видов: легкая (в составе до 6% глиняных частиц) и тяжелая (до 10%).
Растирая супесь во влажных ладонях, отчетливо заметны частицы песка.
Комки в сухом состоянии имеют рассыпчатую структуру и легко крошатся при ударе.
Шар, сформированный из увлажненной супеси, при давлении легко рассыпается.
Отличается сравнительно низкой пористостью (0,5-0,7), по причине высокого содержания песка.
Несущая способность супеси имеет прямую зависимость от влажности глинистых грунтов.

В суглинке содержание глинистых частиц может достигать 30% от общего веса. Как и в супеси, суглинок содержит большую часть песка, поэтому его можно назвать песчано-глинистым грунтом.

В сравнении с супесью, отличается большей связанностью, при определенных условиях может сохранять форму, не распадаясь на мелкие куски.
Тяжелые суглинки содержат до 30% глинистых частиц, а легкие до 20%.
Сухие куски сглинка не так тверды, как глина, при ударении рассыпаются на небольшие куски.
При увлажнении суглинок мало пластичен.
При растирании, в ладонях четко заметны песчаные частицы.
Комки легко раздавливаются.
Шар, сформированный из увлажненного суглинка, при надавливании превращается в лепешку, с характерными трещинами по краям.
Пористость суглинка несколько выше, чем супеси (0,5–1).

В глине содержится более 30% глинистых частиц. Среди грунтов, она имеет наибольшую связанность.

В сухом состоянии глина твердая, при увлажнении становиться пластичной, вязкой, прилипает к пальцам.
При растирании в ладонях песчаных частичек практические не ощущается, комки раздавить довольно затруднительно.
При разрезании ножом пласта сырой глины, на гладком срезе не видно песчинок.
Скатанный шарик из увлажненной глины при надавливании превращается в лепешку без трещин.
Обладает наибольшей пористостью (до 1,1).

Пылевато-глинистые грунты представляют собой состав, в котором содержится примесь органических веществ (0,05–0,1). По степени засоленности их разделяют:

засоленные – содержание солей в составе превышает 5%;
незасоленные;

Пылевато-глинистые грунты включают в свой состав специфические породы, которые проявляют неблагоприятные свойства при замачивании:

набухающие – грунты, которые при замачивании химическими растворами или водой способны увеличиваться в объеме.
просадочные – породы, которые под воздействием внешнего давления или собственного веса, а также при значительном увлажнении водой способны давать просадку.

Среди пылевато-глинистых пород следует отдельно выделить илы и лессы.

Лессовые породы имеют характерную макропористость, в их составе содержится карбонат кальция, а при замачивании большим количеством воды под нагрузкой дают просадку, легко размокают и размываются.
Илом называют осадок водоемов, который образовался в результате различных микробиологических процессов, имеющий влажность, граничащую с текучестью.

Все вышеперечисленные породы от супесей до глины, при создании определенных гидродинамических условий способны принимать плывунное состояние, превращаясь в густую, вязкую жидкость.

Посмотрите видео: Вывоз грунта

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

Состояние консистенции		Наименование грунта
		Суглинок и глина
		I L >1	I L >1
Пластичное	Текучепластичное	0,75<I L ≤1	0≤ I L ≤1
	Мягкопластичное	0,5< I L ≤0,75
	Тугопластичное	0,25< I L ≤0,5
Полутвердое		0≤ I L ≤0,25
		I L <0	I L <0

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

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.
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.
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.

Нормативный документ

Наименование грунта

ГОСТ 25100-2011

Суглинок текучий

DIN ISO/TS 17892-12

Глина слабопластичная в текучем состоянии

Глина слабопластичная в текучепластичном состоянии

Пронозин Я.А., Калугина Ю.А. СРАВНЕНИЕ ВЛИЯНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК КОНСИСТЕНЦИИ НА КЛАССИФИКАЦИЮ ПЫЛЕВАТО-ГЛИНИСТЫХ ГРУНТОВ СОГЛАСНО РОССИЙСКИХ И ГЕРМАНСКИХ НОРМАТИВНЫХ СТАНДАРТОВ // Современные проблемы науки и образования. – 2015. – № 1-1.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=19024 (дата обращения: 01.02.2020). Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»