Книга - Инженерная геология. Методическое пособие

Инженерная геология. Методическое пособие
Кимкина Валентина Михайловна


УМП предназначено для студентов II – IV курсов СУЗов и ВУЗов. Оно содержит основные материалы теоретического и практического курса по дисциплине «Инженерная геология» и состоит из 3-х разделов, а также содержит контрольные вопросы и тестовые задания. УМП будет полезно не только студентам, но и преподавателям при подготовке и проведении занятий.





Инженерная геология

Методическое пособие



Кимкина Валентина Михайловна


Кимкина В. М.



«Инженерная геология»



УМП предназначено для студентов _II – IV_ курса СУЗов и ВУЗов. Оно содержит основные материалы теоретического и практического курса по дисциплине «Инженерная геология» и состоит из 3-х разделов, а также содержит контрольные вопросы и задания по курсу. Сведения наиболее полно систематизированы и конкретизированы. Благодаря четким определениям основных понятий, их признаков и особенностей студент может сформулировать ответ, за короткий срок усвоить и переработать важную часть информации, успешно сдать экзамен. УМП будет полезно не только студентам, но и преподавателям при подготовке и проведении занятий.



© Кимкина Валентина Михайловна, 2019



ISBN 978-5-0050-9073-7

Создано в интеллектуальной издательской системе Ridero




ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ

ВВЕДЕНИЕ


Как показывает опыт строительства, для каждого сооружения необходимо детальное геологическое исследование (изыскание горных пород) с целью обследования данного участка для строительства. Недоработка этих исследований может привести к следующим ситуациям, которые могут вызвать аварию сооружений:

Аварийные ситуации:

Уплотнение горных пород под действием веса сооружения осадка фундамента в связи с этим;

Уплотнение водонасыщенных горных пород, в результате растворения легко растворимых солеей в составе горных пород подземными водами (просадка);

Чрезмерное давление сооружения на породу, которое приводит к выпору пород из-под фундамента;

Влияние физико-геологических явлений и процессов (землетрясений, оползней, селей и др.).

В связи с этим инженерная геология должна решать задачи:

Изучить природную обстановку и свойства грунтов, влияющих на устойчивость сооружения (отсутствие геологических процессов);

Рассчитать конструкцию фундамента и его тип, обеспечивающий надежность сооружения, составить прогноз устойчивости сооружения на весь период его эксплуатации;

Изучить взаимное влияние сооружения и окружающей среды, изыскать наиболее рациональное размещение сооружения с учетом природной остановки;

Академик Саваренский определил инженерную геологию, как отрасль геологии, решающую задачи приложения геологии к строительному делу.

Можно выделить три раздела инженерной геологии:

Грунтоведение;

Инженерная геодинамика;

Методика инженерно-геологических исследований.

История развития инженерной геологии выделяет три этапа:

До ХХ века инженерно-геологические изыскания не велись. Строительство проводилось на сновании опыта.

Появляется геологическая документация. Рекомендации и выводы носят качественный характер.

Современный этап. После 40-х годов ХХ века в инженерной геологии стали примнется количественные методы прогнозов, что позволило строить дорогостоящие сооружения в сложных геологических условиях.




РАЗДЕЛ I. Основы грунтоведения



Грунтоведение – это раздел инженерной геологии, который изучает горные породы, как основание для будущих сооружений.

Можно выделить следующие задачи грунтоведения:

Классификация физико-механических свойств грунтов, изучение показателей этих свойств, выделение грунтов с одинаковыми свойствами (типизация);

Определение количественных показателей свойств грунтов;

Прогноз возможных физико-механических свойств грунтов в процессе эксплуатации сооружения и оценка влияния этих изменений на устойчивость сооружения;

Составление программы улучшения свойств грунтов (технической мелиорации);

Региональное изучение территории, с целью выбора районов первоочередного строительства.




Формирование физико-механических свойств грунтов


Литогенез горных пород. Понятие о генезисе.

Генезис горных пород – это их происхождение, образование.

Литогенезом называется процесс образования горных пород и все изменения, которые привели ее в современный вид.

По генезису породы разделяются на магматические, метаморфические и осадочные.

Магматической называется порода, возникшая из расплавленной магмы. При тектонических движениях земной коры, магма может подняться на поверхность Земли, при этом образуются два типа пород: интрузивные (образуются в земной коре) и эффузивные (излившиеся на поверхность, где в результате быстрого остывания становятся более рыхлыми и непрочными чем интрузивные).

Метаморфические породы образуются на глубине 10—15 км под действие высоких температур и давления из пород магматического и осадочного происхождения. В результате образуется слоистая порода, при этом свойства метаморфических пород, образованных из магматических, как правило, ухудшаются, из осадочных – улучшаются.

Литогенез всех пород проходит по плану:

генезис;

диагенез – преобразование породы под действием внешних условий;

метаморфизм – преобразование породы на большой глубине под действие большого давления и температуры;

выветривание.




Литогенез осадочных горных пород


Литогенез осадочных горных пород можно рассмотреть применительно к данной схеме следующим образом:

Генезис осадочных пород называется седиментогенез (осадконакопление), который можно представить в виде следующих этапов:

Выветривание скальных пород и образование продуктов выветривания.

Транспортировка продуктов выветривания, во время которого частицы сортируются, дробятся.

Накопление продуктов выветривания на дне водоемов.

Диагенез (осадконакопление) осадочных горных пород тоже происходит в три этапа:

накопление и предварительное уплотнение осадка (ранний диагенез);

собственно диагенез – это дальнейшее уплотнение осадка, его литификация за счет дегидратации и перекристаллизации;

катагенез (поздний диагенез) – это преобразование химической структуры осадка под действием химических реакций.



Метаморфизм – под действием тектонических движений порода может опустится в зону метаморфии, где под действием температуры и давления преобразуется в слоистую структуру;

В результате обратных тектонических движений порода может попасть в зону выветривания, где разрушается под действием солнца, температуры и воды.




Генетические типы четвертичных пород


Элювиальные грунты – образуются как продукт выветривания коренных пород. Они обладают неоднородностью состава и часто подлежат удалению при строительстве. В зависимости от состава породы (глина, известковая масса) образуются сланцы, глины, известняки.

Делювиальные грунты – образуются в результате смыва с водораздела или верхней части склона более легких компонентов грунта (глинистые и пылеватые частицы, мелкий песок). Делювиальные грунты – глинистые, неоднородные по составу, часто бывают обводнены и недостаточно устойчивы.

Коллювиальные грунты – образуются в результате склоновых гравитационных процессов, их мощность невелика.

Пролювиальные грунты – образуются в результате смыва и переноса поверхностных отложений временными дождевыми и снеговыми потоками.

Аллювиальные грунты – представляют собой продукт переноса и отложения наносов рекой. Их состав и свойства различны для горных и равнинных рек. Аллювий горных рек, как правило, состоит из валунно-галечникового хорошо окатанного и отсортированного материала.

Грунты ледникового происхождения – бывают геолого-генетических разновидностей: моренные, водно- и озерно-ледниковые.

Озерно-болотные отложения относятся к биогенным и представлены торфом, сапропелем, заторфованным болотным мергелем. Общей чертой этих грунтов является их высокая влажность, большая влагоемкость и малая несущая способность.

Грунты эолового происхождения. К ним относятся барханные пески пустынь, дюнные пески побережий озер и морей и некоторые виды лессовых отложений. Все эти грунты характеризуются невысокой связью, легким или пылеватым гранулометрическим составом, большой однородностью, а пески – хорошей отсортированностью.

Грунты морского и лагунного происхождения возникли в результате аккумуляции осадков. Характерными грунтами здесь являются глины, суглинки, илы с прослойками солей.




Составные части грунтов


В естественном виде грунты представляют собой трех фазную систему, состоящую из жидкой, твердой и газообразной фазы, которая изучается по направлениям: минеральный состав, гранулометрический состав, структура.




Минеральный состав грунтов


По минеральному составу грунты можно разделить на группы:

Группа – первичные минералы нерастворимы в в оде;

Группа – вторичные минералы нерастворимые в воде;

Группа – вторичные минералы растворимы в воде;

Группа – органические и органоминеральные соединения.

К первичным минералам относятся минералы материнских магматических пород с неизмененным химическим составом.

Вторичные минералы получаются из них путем химических преобразований, происходящих в процессе диагенеза при условии наличия мельчайших частиц породы, они имеют более слабые химические связи и поэтому химически более агрессивны.

Минералы первой группы (кварц, полевые шпаты, роговая обманка) в общем виде имеют большие размеры частиц, следовательно высокую водопроводимость, высокие механические качества (щебень, галька, гравий, песок).

Вторая группа минералов представляет глинистые грунты, состоящие из вторичных минералов скальных пород после химических преобразований. Общие свойства: высокая гигроскопичность, пластичность, химическая агрессивность.

По эти и другим признакам минералы этой группы делятся на 3 вида:

Монтмориллононит (инколлоидные глины);

Иллит (гидрослюды;

Каолининит.

Минералы I группы имеют темную окраску (Са, Mg, Fe) и имеют пакетное строение кристаллической решетки, причем расстояние ионами внутри пакета меньше, чем между пакетами, куда и проникают молекулы воды, раздвигая эти слои, что приводит к набуханию грунта.

Минералы группы каолинита. Сюда входят: каолинит, галлаузит, диккит и накрит. Характерными для минералов этой группы является одинаковый химический сосав, прочная и относительно малоподвижная кристаллическая решетка, небольшое набухание при увлажнении и невысокая обменная способность.

Минералы группы монтмориллонита. К этой группе относятся монтмориллонит,, нонтронит и др. Разновидности отличаются составом катионов в кристаллической решетке. Особенностью строения кристаллической решетки монтмориллонита является более слабая связь между пактами, что обуславливает значительно большую гидрофильность и набухаемость монтмориллонита по сравнению с каолинитом.

Гидрослюды. В группу гидрослюд входят продукты различной степени гидратации слюд (илит, глауконит, гидромусковит, гидробиотит и др).

Минералы этой группы отличаются от двух предыдущих изменчивостью химического состава и по своим свойствам занимают промежуточное положение между группами каолинита и монтмориллонита.

К минералам III группы относятся водорастворимые соли – хлориды, сульфаты, карбонаты.

В песчано-глинистых грунтах упомянутые выше минералы могут встречаться в виде хорошо-, средне- или слаборастворимых солей, находящихся в виде прослоев, пропластков, стяжений, конкреций или рассеянных по всему объему грунта.

В случае, если в грунте содержится более 0,3% растворимых солей, то грунт считается засоленным.

К IV группе относятся органические и органоминеральные соединения, часто встречающиеся в грунтах, находящихся в условиях избыточной влажности (озерно-болотные, пойменные, старичные, лиманные).

Органические остатки, встречающиеся в грунтах, в большинстве случаев растительного происхождения. Они присутствуют в виде примесей, прослойков, примазок.

Органические вещества существенно влияют на физико-механические свойства песчано-глинистых грунтов, придавая им большую гидрофильность, которая обуславливает их высокую влагоемкость, пластичность, липкость, набухание, большую сжимаемость, малую прочность и низкую несущую способность, замедленное размокание и большую длительность осадки грунта под нагрузкой.




Коллоидные свойства глинистых частиц


Было установлено строение глинистой частицы, в центре ее находится минеральная частица, имеющая заряд. Вокруг нее формируется слой прочно связанной воды в виде диполей.

Глинистая частица, свободная от прочно связанной воды называется ядром.

При наличии слоя прочно связанной воды она называется гранулой, а сам слой называется адсорбированным. Вокруг адсорбированного слоя формируется второй неплотный слой диполей воды, который называется диффузионный слой, а частица вместе с диффузионным слоем имеет завершенный вид и называется мицелла.

Несколько глинистых частиц, подходя близко друг к другу могут взаимодействовать, образуя единый диффузионный слой, в результате чего образуется агрегат, который по мере вовлечения других частиц увеличивается в объеме и, в конце концов, выпадает в осадок.

В связи с этим рассматривают свойства глинистых частиц:

коллоидной частицей – называется частица, способная находиться длительное время во взвешенном состоянии;

коагуляция – это процесс образования агрегатов коллоидных частиц и выпадение их в осадок. Различают электролитную, механическую и тепловую коагуляцию;

пептизация – процесс, обратный коагуляции, т.е. процесс перехода осадка в коллоидный раствор, в результате разрушения агрегатов частиц под действием встряхивания или других причин;

адсорбция – способность втягивать и удерживать в себе воду глинистыми частицами.

Перечисленные свойства характерны для глинистых коллоидных растворов, но подобный механизм свойственен водонасыщенным глинистым грунтам, в связи с этим различают следующее состояние грунтов: золь и гель.

Золь – разжиженное состояние грунтов, в результате нарушения коллоидных связей.

Гель – это более плотное состояние глинистых грунтов в результате коагуляции частиц и образования агрегатов.

Рассматривают процесс тиксотропии – процесс перехода глинистого грунта из геля в золь, в результате чего несущая способность грунта уменьшается во много раз. Тиксотропия происходит под действием другого воздействия при избыточной влажности грунта.




Структура и текстура грунтов


Под структурой понимается совокупность признаков:

Размер, форма, характер поверхности частиц и агрегатов;

Взаимное расположение между частицами и агрегатами;

Наличие и характер внутренних структурных связей между частицами и агрегатами.

Под агрегатами понимаются образования состоящие из многих частиц, сцементированными различными структурными связями.

Структура формируется в процессе литогенеза (например, для скальных пород, равномерно-зернистая, пористая и т.д.).

В природе существуют следующие основные структуры (микроструктуры) осадочных пород, выделенные по 1 структурному признаку – размеру частиц:

Пелитовая – образованная глинистыми частицами 0,0005 
Алевритовая – образованная пылеватыми частицами 0,0005 
Псаммопилитовая структура – образованная песчаными частицами 0,05 
Псефитовая структура – для крупнообломочных грунтов O> 2 мм.

На практике встречаются комбинации указанных структур, названия определяются в соответствии с представительством каждой структуры.

По первому структурному признаку (по характеру поверхности) различают брекчевидную (угловатую, неокатанную) и конгломератовидную (окатанную) структуры.

Образование агрегатов возможно при наличии структурных связей, которые формируются в процессе диагенеза.

За счет образования агрегатов с помощью коллоидного и карбонатного цемента, возможно образование трех видов агрегатов (структур).

Макро структуры (комковая, глыбовая, ореховидная и т.д.) – характеризуется размером агрегатов;

Мезо структуры – образуются отсортирования легко растворимых солей в агрегатах глинистых и пылеватых грунтов.








Различают типы мезо структур: агрегатная (склонная к просадке) структура и комковая и т. д.

По второму структурному признаку (взаимному расположению частиц и агрегатов) можно выделить виды структур: раздельно-зернистая (рыхлая) и раздельно-зернистая (плотная).








Текстура – это совокупность признаков, характеризующих неоднородность породы в пласте, определяется взаимным расположением и соотношением участков породы разного минерального состава и структуры.



Типы структур песчано-глинистых грунтов связные с:

условиями отложения: слоистые (тонко, толсто, косо и неправильно слоистые, ленточная, линзовидная) и массивные;

диагенетическими изменениями: массивная, макропористая;

процессами метаморфизма – сланцеватые;

высыханием осадка – сетчатые;

оползневыми явлениями – плойчатые;

эоловыми явлениями – гребенчатая и кавернозная;

суффозными явлениями – дырчатая, правильная.



Под текстурой грунтов следует понимать совокупность признаков, характеризующих неоднородность сложения грунтовой толщи в пласте, т. е. неоднородность в расположении структурных и механических элементов в отдельных пластах грунта.









Основные типы текстуры грунтов


а – слоистая (ленточная); б – порфировая; в – ячеистая; г – слитная

Текстура грунтов обязана своим происхождением как условиям образования грунтовых отложений, например периодичности осаждения частиц в текучей и спокойной воде, так и последующим изменениям в величине и направлении внешнего давления. Различают следующие основные виды текстуры грунтовых толщ: слоистая, порфировая, ячеистая и слитная.

Наиболее распространены слоистые текстуры грунтов, среди которых можно различать ленточное сложение (например, в тонкослойных озерно-ледниковых отложениях с перемежающимися тонкими глинистыми и песчаными слоями), косослойное сложение, наблюдаемое в некоторых видах мелководных морских отложений, и сланцеватое в глинистых и илистых грунтах, подвергавшихся в геологическом прошлом значительным давлениям с частичной цементацией. Ярко выраженная слоистая текстура грунтов и все ее разновидности делают грунты анизотропными, т. е. физические свойства таких грунтов (например, водопроницаемость, сопротивление сдвигу, упругость и пр.) будут резко различны в различных направлениях.

В грунтах порфировой текстуры обе составляющие (грубозернистый материал и дисперсный – глинистый) участвуют в общем сопротивлении грунта действию внешних сил, но такие свойства, как сжимаемость, водопроницаемость, сопротивление сдвигу и упругость грунтов, будут зависеть главным образом от свойств мелкодисперсного материала, в который включены крупные обломки горных пород.

Ячеистая текстура характерна для некоторых видов засоленных, а также для дисперсных мерзлых грунтов, промерзание которых происходило в условиях неодностороннего охлаждения. Грунты ячеистой текстуры в различных направлениях, часто во взаимно-перпендикулярных, разделены на ряд отдельностей, промежутки между которыми заполнены одним из компонентов, составляющих грунт, например прослойками солей, льда и т. п., образуя подобие ячеек.

Наконец, слитной текстурой обладают некоторые древние глины и илы, подвергавшиеся в геологическом прошлом значительным давлениям, а также некоторые разновидности лессов и лессовидных суглинков, недоуплотненных, но сцементированных солями.

Контрольные вопросы:



Что следует считать грунтом?

Почему к грунтам относят в основном породы осадочного происхождения?

Назовите группы осадочных отложений, выделяемые по генезису и свойствам.

Кратко охарактеризуйте типы грунтов, различных по генезису.

Как подразделяются грунты оснований в соответствии с ГОСТом (номенклатура грунтов оснований)?

Что такое дисперсные грунты? Назовите составные их части.

Назовите четыре основные группы минералов, входящих в состав дисперсных грунтов и кратко охарактеризуйте их влияние на свойства грунтов.




Вода и воздух в грунтах.


Существуют следующие виды воды в грунтах:

Связанная вода:

физически связанная,

химически связанная,

капиллярная.

свободная вода;

вода в твердом состоянии;

Вода в газообразном состоянии в виде пара;

Связанная вода формирует физико-химические свойства грунтов.

Свободная вода является универсальным растворителем способствует образованию некоторых процессов, под действием напора и скорости движения (суффозия, фильтрация, оползни и т.д.)

Вода в твердом состоянии формирует специальные кристаллические процессы.

Академик Саваренский выделил следующие виды химически связанной воды:

Конституционная вода – входит в состав кристаллической решетки минералов в виде ионов Н+ и ОН-, удаляется только в результате разрушения кристаллической решетки (плавления) и необратимого изменения свойства грунтов;

Кристаллизационная вода – входит в состав кристаллической решетки в виде молекулы Н2О, удаляется при высоких температурах (ниже точки плавления), при этом получается минерал с другими свойствами;

Цеолитовая – входит в состав минералов в виде нейтральной молекулы, удаляется при температуре свыше 1050С, при этом изменяются свойства минералов.

Физически связанная вода связана с минералами молекулярными силами и формирует физические свойства грунтов.

Различают прочносвязанную, рыхлосвязанную и очень рыхлосвязанную воду.

Рыхлосвязанная вода формирует пластичные свойства грунтов, очень рыхлосвязанная – текучие свойства.

Под капиллярными силами следует понимать силу Лапаласа, возникающую при искривлении поверхности жидкости и поднимающую воду в тонких трубках-капиллярах. Различают: капиллярно-поднятую и капиллярно-подвешенную воду.

В первом случае капилляр-кайма достигает уровня грунтовых вод, поднимает воду на поверхность, где она испаряется, накапливая в почве соли, возникает засоление.

Во втором случае капилляры имеют положительный эффект, сохраняя воду после атмосферных осадков в верхнем слое.

Свободная вода существует в следующих видах:

Потоки подземных вод (под действием силы тяжести и давления);

Просачивающиеся воды;

Неподвижная вода.

Роль свободной воды:

Она является универсальным раствором;

Замерзая, вызывает морозное пучение и выветривание;

Изменяет консистенцию пород, оказывает влияние на физико-механические свойства;

Вызывает нежелательные природные процессы.

Инженерно-геологическая классификация грунтов.

Академик Саваренский выделил 5 групп грунтов:

Скальные твердые очень прочные практически несжимаемые (магматические породы, метаморфические и твердые осадочные).

Твердые относительно компактные достаточно прочные (выветренные породы 1 группы и слабо сцепленные осадочные породы).

Мягкие пластичные водонепроницаемые, физические свойства которых зависят от влажности (глинистые).

Рыхлые несвязанные дисперсные породы с высокой водопроводимостью (песчаные и крупнообломочные).

Мягкие очень слабые с большим количеством органических веществ (торф, ил).

Контрольные вопросы:



Приведите классификацию форм и видов воды в грунтах.

Охарактеризуйте виды и свойства связанной воды.

Покажите где размещается в грунте свободная, а где – связанная вода (нарисуйте схему).Какого происхождения газы, содержащихся в грунтах, и в каком состоянии они могут находиться?

Что такое газовая составляющая и от чего она может завесить?




Понятие показателей физико-механических свойств грунтов. Гранулометрический состав и физические свойства грунтов


Для характеристики свойств грунтов применяются количественные критерии, которые называются показателями. По назначению показатели делятся на классификационные и расчетные (косвенные и прямые).

Классификационные показатели используются на ранних стадиях исследований для классификации (типизации) пород, определяются в полевых условиях на простых приборах и приспособлениях. Это такие показатели, как цвет, блеск, твердость, пластичность.

Расчетные показатели предназначены для проведения расчетов с различными целями:

Косвенные расчетные показатели служат для проверки правильности проведения типизации расчетом и для вычисления прямых расчетных показателей;

Прямые расчетные показатели предназначены для вычисления конечных характеристик, определяющих устойчивость и надежность сооружений: осадки фундамента, просадки, несущей способности основания и т. д.

Все показатели можно условно разделить на группы:

Показатели физических свойств;

Показатели водно-физических свойств;

Показатели водных свойств;

Показатели механических свойств.

Гранулометрический состав



Гранулометрический состав – это относительное содержание в грунте фракций различного размера. выраженное в процентах к массе абсолютно сухого грунта.

Фракция – это группа частиц определенного интервала размеров.

В природе осадочные грунты представлены следующими размерами фракций:

Крупно-обломочная фракция (валуны, галька, гравий) – от 200 до 2 мм

Песчаная – от 2—0,05 мм

Пылеватая – от 0,05—0,0005 мм

Глинистые частицы -? <0,005 мм

Песчаные фракции состоят, в основном, из обломков кварца, полевого шпата и других первичных минералов.

Пылеватые фракции также состоят из из более мелких первичных минералов.

Глинистые фракции состоят из вторичных минералов глинистого происхождения.

Описанные фракции являются основными 1,2 – называются обломочными, 3, 4 – дисперсными.

Гранулометрический состав применяется для решения вопросов:

Для оценки процессов суффозии грунтов, выбора отверстий фильтров водозаборных скважин;

Ориентировочное определение коэффициента фильтрации;

Оценка пригодности грунтов для строительных целей.

Методы определения гранулометрического состава грунтов

Различают следующие методы:

Ситовой метод (обломочные грунты);








Разделение грунта на фракции без промывки водой (при анализе чистых песков)



1. Взвешенную пробу пропустить через набор сит 10—0,5 мм. Сита собрать в колонну так, чтобы отверстия их уменьшались сверлу вниз (рис. 8). На верхнее сито надеть крышку У, а под нижнее подставить под-дон 2. Просеивание осуществлять с по-мощью легких боковых ударов ладонями и рук до полной сортировки частиц грунта.

2. Содержимое каждого сита, начиная с крупного, перенести в ступку и до-полнительно обработать резиновым пес-тиком, после чего вновь просеять сквозь то же сито над листом бумаги. Мелкие и частицы, которые пройдут через сито, пе-ренести на следующее сито и продол-жать обработку до тех пор, пока от грунта не перестанут отделяться мелкие частицы.

3. Содержимое каждого сита и поддона высыпать в предварительно взвешенные Рис. 8. Комплект сит для фарфоровые чашечки или часовые стекла гранулометрического ана- и взвесить. Результаты взвешивания вы-лиза разить с точностью до 0,1 г и записать в рабочий журнал.

4. Для контроля сложить массы отдельных фракций и сравнить полученную сумму с первоначальной массой взятого для анализа образца. Расхождением до 0,5% можно пренебречь.








Журнал ситового анализа

Образец №

Масса пробы

Описание образца. Песок мелкоаернистый, белый, кварцевый, с включениями отдельным аравийных верен кварца

Метод двойного отмучивания (пылеватые грунты);



ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ МЕТОДОМ ОТМУЧИВАНИЯ. Этот метод заключается в разделении грунта па фракции по скорости падения частиц, взвешенных в спокойной жидкости. зависимость между скоростью падения частиц в воде и их размером установлена А. Н. Сабаниным и Дж. Стоксом. По исследованиям А. Н. Сабапина, зависимость между диаметром частиц и скоростью их падения в воде характеризуется следующими данными:

Диаметр частиц, мм 0,05 0,01 0,005 0,001



Скорость падения частиц в воде, мм/е 0,2 (1 см аа 5 с) 0,02 (1 см за 50 с) 0,0046 (1 см за 36 мин) 0,00012 (1 см за 2 ч 24 мин)



Скорость падения частиц в воде V по Стоксу, определяется формулой



?=2/9 gr


(?-?


) /?



g-ускорение силы тяжести

r-радиус частиц

? -плотность частиц

?


-плотность воды

? -коэффициент вязкости воды








Пипеточный метод (глинистые грунты);




ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ С ПРИМЕНЕНИЕМ ПИПЕТКИ


Этот метод анализа гранулометрического состава грунтов осно-ван на том же принципе различной скорости падения частиц в воде, что и описанный выше метод отмучивания. От последнего пипеточиый и метод отличается тем, что вместо многократных взмучивании и сли-вании суспензии в этом случае взмучивание производится всего один раз, а затем через определенные сроки с известной глубины пипеткой отбираются пробы. Предполагается, что в первый момент после взмучивания в каж-дом кубическом сантиметре суспензии будет содержаться одинаковое количество частиц различной величины. Через некоторое время Т вследствие различной скорости падения частиц разного размера они распределятся неравномерно, причем сверху до некоторой глубины h будут полностью отсутствовать частицы, падающие со скоростью больше h, так как к этому времени они опустятся глубже h. Следо-вательно, если через первые Т минут веять пипеткой с глубины h пробу суспензии, то в последней будут находиться частицы,, ско-1г рость падения которых меньше т,. Беря ряд таких проб через разные промежутки времени и учи-тывая определяемое формулой Стокса соотношение между скоростью падения частиц и их диаметром, можно установить содержание в анализируемом грунте частиц разных фракций. Описываемый метод применяется или в сочетании с методом отмучивания для анализа супесчаныу грунтов, или в качестве самостоятельного метода гранулометрического анализа для глинистых грунтов.



Применяя пипеточный анализ в качестве самостоятельного метода анализа глинистых грунтов, определяют содержание фракций 0,05—0,01 мм; 0,01—0,005 мм; 0,005—0,001 мм; меньше 0,001 мм. Пипеточиый анализ производится с по-мощью прибора (рис. 10), главную часть которого составляет пипетка У емкостью 25 смз. Пипетка закреплена в держателе 2 штатива 3, на котором нанесены миллимет-ровые деления. зажим может быть закре-плен на любом делении. На штатив наса-жена муфта 4, служащая упором для за-жима при опускании пипетки на ту или иную глубину. Верхний конец пипетки соединен с аспиратором 5 каучуковой труб-кой б, снабжеиной зажимом Мора 7. В кау-чуковую трубку б между пипеткой и аспира-тором включен стеклянный тройник 8 и на и и третий конец тройника надета каучуковая трубка 9 с зажимом Мора. Аспиратор сое-динен с бутылью при помощи каучуковой трубки У0 с зажимом. Для анализа рекомендуется применять пипетку с запаянным нижним коицом ствола, имеющим четыре боковых отверстия, через которые суспензия поступает внутрь пипетки. Конструкция пипетки должна обе-спечивать быстрый и точный отбор необхо-димого объема суспензии и возможность смывания небольшой струей воды частиц грунта, задерживающивсяна стенках пипетки.








Ареометрический метод (пылеватые и глинистые).









Показатели физических свойств


Физические свойства определяю состав и состояние грунта. К ним относятся: минеральный состав, гранулометрический состав, плотность (масса), влажность пористость.

Вводятся следующие условные обозначения:

М – масса грунта естественного сложения;

V – объем грунта;

mт – масса твердых частиц;

mв – масса воды в грунте;

mт+mв=M

Vт – объем твердых частиц;

Vп – объем пор в грунтах;

Vт+Vп=V

Vв – объем воды в грунтах.

Vп=Vв

Показатели плотности (массы) грунта

К показателям плотности (массы) грунта относятся: плотность влажного грунта, плотность сухого грунта, плотность твердых частиц грунта.

Плотностью грунта называется отношение массы грунта к его объему.

Плотность влажного грунта – это отношение массы всего грунта, включая воду в порах к объему всего грунта, включая объем пор.

?


= (m


+m


) / (V


+V


) =M/V (1)

Для большей части грунтов (исключая илы, торф и др.) значения плотности грунта колеблются в пределах 1,5—2,2 г/см3, плотность относится к расчетным показателям свойств грунтов. Наиболее распространенным способом определения плотности песчано-глинистых связанных грунтов являются методы режущего кольца и гидростатического взвешивания.

Плотность сухого грунта – это отношение массы твердых частиц грунта, исключая воду в порах к массе сего грунта, включая объем пор.

?


=m


/ (V


+V


) =m


/V= ?


/ (1+We) (2)

Сравнивая формулы 1 и 2 можно сделать вывод о разнице значений по массе воды содержащейся в грунтах, т.е. вычислить влажность.

Плотность твердых частиц грунта – это отношение массы твёрдых частиц к объему твердых частиц грунта

?


=m


/V


 (3)

Сравнивая формулы 2 и 3, можно получить информацию о величине пористости пород.

Показатели пористости

Пористость – это объем пор в грунте. Пористость имеет 2 показателя – абсолютная пористость (n) и коэффициент (e) пористости.

Абсолютная пористость – это отношение объема пор в грунте к объему всего грунта.

n=V


/V= (?


– ?


) / ?






Коэффициент пористости – это отношение объема пор в грунте к объему твердых частиц.

e=V


/V


= (?


– ?


) / ?







Показатели влажности


Влажность – это количество воды в порах дисперсных грунтов. Влажность имеет три показателя: естественная (абсолютная) влажность, степень влажности и полная влагоемкость.

Естественная (абсолютная) влажность – это отношение массы воды в грунте к массе сухого грунта. Вычисляется по формуле:

W


= (m


-m


) / (m


-m


)

Где m


 – масса влажного грунта с бюксой, m


 – масса сухого грунта с бюксой, m


 – масса бюксы.

Степень влажности – это отношение естественной влажности к полной влагоемкости:

S


=W


/W


= (W


* ?


) /e

где – W


 – естественная влажность, W


 – полная влагоёмкость, ?


 – плотность твердых частиц грунта, e – коэффициент пористости.





Конец ознакомительного фрагмента. Получить полную версию книги.


Текст предоставлен ООО «ЛитРес».

Прочитайте эту книгу целиком, купив полную легальную версию (https://www.litres.ru/kimkina-valentina-mihaylovna/inzhenernaya-geologiya-metodicheskoe-posobie/) на ЛитРес.

Безопасно оплатить книгу можно банковской картой Visa, MasterCard, Maestro, со счета мобильного телефона, с платежного терминала, в салоне МТС или Связной, через PayPal, WebMoney, Яндекс.Деньги, QIWI Кошелек, бонусными картами или другим удобным Вам способом.