Классификация грунтов Гост 25100–95
Грунт – горные породы, почвы, техногенные образования, являющиеся объектом инженерно-хозяйственной деятельности человека.
Различают грунты: скальные – монолиты или трещиноватые массивы, рыхлые (нескальные) – крупнообломочные, песчаные и глинистые породы.
Грунты могут служить:
– материалом оснований сооружений,
– материалом самого сооружения (дорог, насыпей, плотин),
– средой для размещения в них сооружений (тоннелей, трубопроводов, хранилищ) и др.
Классы грунтов
Природные скальные грунты с жесткими структурными связями (кристаллизационными и цементационными).
Природные дисперсные – грунты с механическими и водноколлоидными структурными связями.
Природные мерзлые – грунты с криогенными структурными связями.
Техногенные (скальные, дисперсные и мерзлые) – грунты с различными структурными связями, образованными в результате деятельности человека.
Термины и определения
Грунт скальный, состоящий из кристаллов одного или нескольких минералов, имеющих жесткие структурные связи кристаллизационного типа (прочность на одноосное сжатие Rс>5 Мпа).
Грунт полускальный – грунт, состоящий из кристаллов одного или нескольких минералов, имеющих жесткие структурные связи цементационного типа (прочность на одноосное сжатие Rс≤5 Мпа).
Грунт дисперсный – грунт, состоящий из отдельных зерен разного размера, слабосвязанных друг с другом – результат выветривания скальных грунтов, транспортировки продуктов выветривания водным или эоловым путем и их отложения.
2.2. Физические свойства грунтов
Плотность (объемный вес) – один из наиболее важных показателей: масса единицы объема грунта с естественной влажностью и ненарушенным сложением, зависит от минералогии. У дисперсных грунтов ρ0=1,3–2,0 г /см3, ρ0=2,5–3,3 г /см3 у скальных.
ρ0=m/V, (2)
где, m – масса с естественной влажностью, V – объем грунта ненарушенного сложения.
Плотность частиц грунта (удельный вес) – отношение массы сухого грунта, исключая массу воды в порах, к объему твердой части, ρs=2,2–3,2 г /см3.
ρs=(m–mв)/V–Vпор, (3)
где, mв – масса воды, Vпор – объем пор.
Естественная влажность (W) – все количество воды, содержащееся в порах грунта в естественном залегании. Определяют высушиванием грунта при tº=105º–107º в течение 8 часов, определяется как отношение массы воды к массе сухой породы.
Удельный вес (γ) – отношение веса грунта и воды, содержащейся в порах, к объему грунта.
Пористость (n) – отношение объема пор к объему грунта, измеряется в %, обычно 30–60 %, но чаще в расчетах используется величина приведенной пористости – коэффициент пористости (е) – отношение объема пор к объему твердых минеральных частиц.
Физические значения плотности применяются:
1. для характеристики физических свойств породы как основания или строительного материала.
2. для расчетов при динамических нагрузках.
2.3. Водно-физические свойства грунтов
Водно-физические свойства грунтов являются важнейшими характеристиками физического состояния определяющие прочность и деформируемость.
Природная влажность – отношение массы воды, содержащейся в в порах породы, к массе сухой породы, W, д.е.
W=(m–m1)/m1, (4)
где m – масса грунта вместе с содержащейся в ней водой, m1 – масса высушенного грунта, г.
Полная влагоемкость – максимальное содержание воды, содержащееся в породе, Wп, д.е.
Wп,=n/ρd, (5)
где, n – пористость грунта, ρd – плотность сухого грунта.
Коэффициент водонасыщения грунта (степень влажности) – степень заполнения объема пор водой, Sr, д.е.
Sr=W·ρs/eρw, (6)
где, W – природная влажность грунта, д.е.; е – коэффициент пористости; ρs – плотность частиц грунта, г/см3; ρw – плотность воды, 1 г/см3.
Критерий физического состояния глинистых грунтов (Jp; JL)
Пластическими свойствами обладают дисперсные связные грунты – глины, суглинки и супеси.
Пластичность – способность пород изменять под действием внешних сил (давление) свою форму без разрыва сплошности и сохранять полученную форму, после того как действие внешней силы прекратилось – характеристика определяемая деформируемость.
Чтобы выразить пределы влажности, при которых грунты обладают пластичностью, вводят понятие верхнего и нижнего предела пластичности.
WL – граница текучести соответствует такой влажности, при незначительном увеличении которой, грунт переходит в текучее состояние (определяется опытным путём).
Wp – граница раскатывания соответствует такой влажности, при незначительном уменьшении которой, грунт переходит в твёрдое состояние (определяется опытным путём). Определение характерных влажностей WL и Wp для глинистых грунтов является кропотливым лабораторным процессом и требует определенных навыков и даже профессиональной подготовки.
Число пластичности Jp=WL–Wp.
Показатель текучести JL=(W–Wp)/(WL–Wp).
Таблица 6
Зависимость расчетного сопротивления R глинистых
(связных) грунтов нагрузкам от величины JL, (табл. СНиП 2.02.01–83).
Твердое состояние |
Пластичное состояние |
Текучее состояние |
JL < 0 |
0 < JL < 1 |
JL ≥ 1 |
R ≈ 4 кг/см2 = 0,4 МПа
|
R ≈ 0,2 МПа
|
R ≈ 0 (строить практически невозможно) |
2.4. Деформационные свойства
Деформационные свойства – характеризуют поведение грунта под нагрузками, не превышающими критические.
Деформационные свойства дисперсных грунтов определяются их сжимаемостью под нагрузкой, в результате смешения минеральных частиц относительно друг друга и зависит от пористости породы.
Сжимаемость – способность грунтов деформироваться под влиянием внешней нагрузки, не подвергаясь разрушению, определяется модулем общей деформации Е, МПа зависит:
– от гранулометрического состава,
– минералогического состава,
– структуры и текстуры пород.
2.5. Прочностные свойства
Прочность грунтов – характерное поведение грунта под нагрузками, равными или превышающими критические и определяются только при разрушении грунта.
Для дисперсных грунтов прочность характеризуется сопротивлением грунтов сдвигу, τ, МПа.
Τ=Рtgφ+С, (7)
где, τ – предельное сдвигающее напряжение, Мпа; Р – нормальное давление, МПа, tgφ – коэффициент внутреннего трения; φ – угол внутреннего трения, град., С – сцепление, МПа.
Величины φ и С – параметры зависимости сопротивления грунта сдвигу, и применяются для расчета прочности и устойчивости массива грунтов.
Для скальных грунтов прочность характеризует предел прочности на одноосное сжатие Rс (МПа).
2.6. Классификационные показатели глинистых грунтов
По содержанию глинистых частиц (<0,005 мм) все дисперсные грунты можно разделить:
Глины – >30 %;
Суглинки – 10–30 %;
Супесь – 10–2 %;
Песок – <2 %.
Таблица 7
По показателю текучести IL глинистые грунты подразделяются
Разновидность глинистых грунтов |
Показатель текучести, IL |
Супесь: – твердая – пластичная – текучая |
<0 0–1 >1 |
Суглинки и глины: – твердые – полутвердые – тугопластичные – мягкопластичные – текучепластичные – текучие |
<0 0–0,25 0,25–0,50 0,50–0,75 0,75–1,00 >1,00 |
Таблица 8
По числу пластичности IP глинистые грунты подразделяются
Разновидность глинистых грунтов |
Число пластичности, IP |
Супесь |
1–7 |
Суглинок |
7–17 |
Глина |
>17 |
Примечание: Илы подразделяются по значениям числа пластичности, указанным в таблице, на супесчаные, суглинистые и глинистые.
Набухание – способность глинистых пород при насыщении водой увеличивать свой объем. Возрастание объема породы сопровождается развитием в ней давления набухания (глины и тяжелые суглинки).
Набухание зависит:
– от содержания глинистых и пылеватых частиц, их минералогического состава,
– от химического состава воды, взаимодействующей с породой. Бентонитовая глина V увеличивается на 80 %, каолиновая – 25 %.
Таблица 9
По относительной деформации набухания без нагрузки εsw глинистые грунты подразделяются
Разновидность глинистых грунтов |
Относительная деформация набухания без нагрузки εsw |
Ненабухающий Слабонабухающий Средненабухающий Сильнонабухающий |
<0,04 0,04–0,08 0,08–0,12 >0,12 |
Просадочность – свойство лессовых грунтов уменьшать свой объем без изменения давления и давать просадку при замачивании.
Лессы – пылеватые суглинки, супеси (фракции 0,05-0,005 мм >50 %), в сухом состоянии держат вертикальные откосы, быстро размокают в воде, пористость > 40%, высокое содержание карбонатов, засоление легко растворимыми солями.
По относительной деформации просадочности εsl глинистые грунты разделяются: просадочные εsl ≥ 0,01 и непросадочные εsl<0,01.
Таблица 10
По относительной деформации пучения εfh грунты подразделяются
Разновидность грунтов |
Относительная деформация пучения εfh |
Наименование грунтов |
Практически не пучинистый |
<0,01 |
Глины, суглинки, супеси твердыеIL≤0. Пески гравелистые, крупные, средней крупности;
пески мелкие и пылеватые при коэффициенте водонасыщения Sr≤0,6, а также пески мелкие и пылеватые, содержащие менее 15 % по массе частиц мельче 0,05 мм (независимо от Sr); Крупнообломочные грунты с заполнителем до 10 %. |
Слабопучинистый |
0,01–0,035 |
Глинистые при 0<Iр <0,25.Пески пылеватые и мелкие при 0,6<Sr<0,8.
Крупнообломочные грунты с заполнителем (глинистым, песком пылеватым и мелким) от 10 до 30 % по массе. |
Среднепучинистый |
0,035–0,07 |
Глинистые при 0,25<Iр <0,5.Пески пылеватые и мелкие при
0,8<Sr<0,95. Крупнообломочные с заполнителем (глинистым, песком пылеватым или мелким) более 30 % по массе. |
Сильнопучинистый и чрезмернопучинистый |
>0,07 |
Глины и суглинки при Iр>0,5 (мягко- и текучепластичные, текучие). Супеси пластичные (Iр>0,5) и текучие.Пески пылеватые и мелкие водонасыщенные Sr>0,95 |
Усадка грунта – уменьшение объема породы под влиянием высыхания, зависящее от его естественной влажности.
Размокание – способность глинистых грунтов в соприкосновении со стоячей водой (замачивании) терять связность и разрушаться, превращаясь в рыхлую массу, с частичной или полной потерей несущей способности.
Коррозионные свойства глин – разрушение строительных материалов и подземных металлических трубопроводов, расположенных в глинистых грунтах, возникает в результате электролиза, который начинается в грунтах после воздействия блуждающих электрических токов (трамваи в городах).
Ил – водонасыщенный современный или древний осадок дна водоемов в виде песчано-пылевато- глинистых масс, богатых органикой. Илы практически не держат нагрузки, выдавливаются, при динамическом воздействии разжижаются.
Замена на другой грунт, прорезка слоя ила сваями и опора на прочный грунт, наброска камня, намыв слоя песка.
Заторфованные грунты – песчано-пылевато-глинистые водонасыщенные грунты с органикой в виде разложившихся растительных остатков. Степень разложения: Rр от 0–15 % , Rр от 16–30 % , Rр от 31–50 %, Rр от>50 %.
Торф – высокая влажность, сильная сжимаемость, дает неравномерные осадки. Прорезка сваями, выторфовка, уплотнение с помощью дренажных скважин.
2.7. Классификационные показатели обломочных грунтов
Гранулометрический состав – количественное соотношение частиц различной крупности в дисперсных грунтах. Определяется по ГОСТ 12536.
Степень неоднородности гранулометрического состава Cu – показатель неоднородности гранулометрического состава. Определяется по формуле:
Cu=d60/d10, (8)
где d60, d10 – диаметры частиц, мм, меньше которых в грунте содержится соответственно 60 и 10 % (по массе) частиц.
Таблица 11
Классификация обломочных грунтов по гранулометрическому составу
Разновидности крупнообломочных и песчаных грунтов |
Распределение частиц по крупности, % от массы воздушно-сухого грунта |
Крупнообломочные |
|
Валунный грунт (при преобладании неокатанных частиц – глыбовый) Галечниковый грунт (при преобладании неокатанных частиц – щебенистый) Гравийный грунт (при преобладании неокатанных частиц – дресвяный) |
Масса частиц крупнее 200 мм > 50 %
Масса частиц крупнее 10 мм >50 %
Масса частиц крупнее 2 мм > 50 % |
Пески |
|
Песок гравелистый Песок крупный Песок средней крупности Песок мелкий Песок пылеватый |
Масса частиц крупнее 2 мм >25 %Масса частиц крупнее 0,5 мм > 50 %
Масса частиц крупнее 0,25 мм > 50 % Масса частиц крупнее 0,1 мм ≥ 75% Масса частиц крупнее 0,1 мм < 75 % |
Примечания. Для установления наименования грунта последовательно суммируются проценты содержания частиц: сначала – крупнее 200 мм, затем крупнее 10 мм и т.д. При наличии в крупнообломочном грунте песчаного заполнителя более 40 % или глинистого более 30 % от общей массы воздушно-сухого грунта, добавляется наименование вида заполнителя и указывается характеристика его состояния. Например, дресва с заполнителем суглинком полутвердым.
По степени влажности крупнообломочные и песчаные грунты разделяются на: насыщенные водой Sr≥0,8; средней степени насыщения 0,8>Sr>0,5;малой степени насыщения Sr<0,5.
По степени неоднородности Сu крупнообломочные и песчаные грунты: однородные Сu < 3; неоднородные Сu>3.
По коэффициенту выветрелости крупнообломочных грунтов: невыветрелые 0 ≤Кws<0,5; слабовыветрелые 0,5≤Кws<0,7; сильновыветрелые 0,75≤Кws≤1.
Таблица 12
Классификация песков по коэффициенту пористости (е)
Зерновой состав |
Разновидности песков |
||
Плотные |
Средней плотности |
Рыхлые |
|
Гравелистые, крупные и средней крупности Мелкие Пылеватые |
е<0,55 е<0,60 е<0,60 |
0,55<е<0,70 0,60<е<0,75 0,60<е<0,80 |
е>0,70 е>0,75 е>0,80 |
2.8. Классификационные показатели скальных грунтов
Прочность – свойство грунтов сопротивляться разрушению под действием внутренних напряжений, вызванных внешними силами.
По пределу прочности на одноосное сжатие Rс, в водонасыщенном состоянии грунты подразделяются:
– очень прочные, Rс>120 МПа;
– прочные, 120>Rс>50 МПа;
– средней прочности, 50>Rс>15 МПа;
– малопрочные, 15>Rс>5 МПа;
– пониженной прочности, 5>Rс>3 МПа;
– низкой прочности, 3>Rс>1 МПа;
– очень низкой прочности, Rс<1.
Выветривание – совокупность процессов разрушения горных пород, изменения их химического и минерального состава в результате внешних воздействий. Степень разрушения породы в результате процессов выветривания определяется по коэффициенту выветрелости грунта, Кws,д.е.
Кws = ρ/ρ0, (9)
где, ρ – плотность выветрелого, ρ0 – плотность монолитного грунта.
По коэффициенту выветрелости скальные грунты подразделяются
невыветрелые (монолитные) Кws=1,0
слабовыветрелые 1≥Кws>0,9,
выветрелые 0,9≥Кws>0,8,
сильновыветрелые (рухляки) Кws<0,8.
Размягчаемость – уменьшение прочности скальных грунтов при водонасыщении. Численно характеризуется коэффициентом размягчаемости Кsof, д.е., отношение пределов прочности грунта на одноосное сжатие в водонасыщенном и в воздушно-сухом состоянии.
По коэффициенту размягчаемости грунты подразделяются:
– неразмягчаемые Кsof>0,75;
– размягчаемые Кsof<0,75.