1.8. Инженерно-геологические особенности и характеристики физических свойств мерзлых грунтов

Для полного комплекса исследований физико-механических характеристик грунта основания необходимо определить и вычислить следующие величины:

- для песков:

плотность частиц, плотность в естественном состоянии, влажность, плотность сухого грунта, пористость, плотность в максимально плотном и максимально рыхлом состояниях, гранулометрический состав, сдвиговые характеристики, компрессионные характеристики и коэффициент фильтрации для грунтов с ненарушенной структурой, содержание органики, содержание солей, хлоридов, гипса и карбонатов. !

-для связных глинистых грунтов:

плотность частиц, плотность в естественном состоянии, влажность, плотность, плотность сухого грунта, пористость, границы текучести и раскатывания, число пластичности, консистенция, гранулометрический состав, угол внутреннего трения и сцепление, компрессионные характеристики, коэффициент фильтрации для грунтов с ненарушенной структурой, содержание органики, содержание солей, хлоридов, гипса и карбонатов.

Кроме того в состав физических характеристик, определяемых для мерзлых грунтов, входят:

• суммарная влажность мерзлого грунта w_tot;

• влажность мерзлого грунта между включениями льда w_m;

• влажность мерзлого грунта за счет не замерзшей воды w_w;

• влажность мерзлого грунта за счет ледяных включений, прослоев и линз (w_i);

• влажность мерзлого грунта за счет порового льда (льда-цемента), w_ic;

• суммарная льдистость мерзлого грунта i_tot и льдистость мерзлого грунта за счет включений льда i_i;

• степень заполнения объема пор мерзлого грунта льдом и не замерзшей водой S_r;

1.8.1. Суммарная влажность

Величина суммарной влажности мерзлых грунтов изменяется в широких пределах и может намного превышать их полную влагоемкость в талом состоянии. Неоднородность криогенного строения мерзлых пород по вертикальному профилю, неоднородность их механического состава предопределяют необходимость обязательного послойного определения влажности и льдистости с предвари­тельным подразделением на неоднородные по составу и криогенной текстуре слои в каждом генетическом горизонте отложений. Определение влажности и льдистости производится с таким расчетом, чтобы учесть измене­ние этих величин во времени и по глубине разреза.

Суммарной влажностью (W_tot) называется отношение массы всех видов воды к мерз­лом грунте к массе скелета грунта, определяется в соответствии с ГОСТ 5180–84 методом высушивания при 100-105°С до постоянного веса. Например, влажность мелкозер­нистых пылеватых песков с включением органического вещества может достигать 60 %, заторфованных суглинков – 150–200 %, а торфа – 400– 800 % и более. Суммарная влажность состоит из влажности мерзлого грунта за счет ледяных включений, прослоев и линз (w_i) и влажности мерзлых минеральных прослоек (w_m), которая в свою очередь слагается из влажности мерзлого грунта за счет порового льда (льда-це­мен­та) w_ic , и влажности за счет не замерзшей воды (w_w):

W_tot = Wi + Wm = Wi + (Wic + Ww) (1)

где W_i - влажность за счет ледяных включений;

W_ic - влажность за счет льда-цемента (порового льда);

W_w - влажность за счет незамерзшей воды, содержащейся в мерзлом грунте при данной отрицательной температуре;

W_m = W_ic + W_w - влажность минеральных прослоек или макроагрегатов, заключенных между ледяными включениями.

В случае отсутствия в мерзлом грунте ледяных включений или при незначительном их содержании, т.е. для грунтов массивной криогенной текстуры, суммарную влажность принимают равной:

W_tot » W m = Wic+ Ww, (2)

где обозначения те же, что в формуле (1).

Пробы мерзлого грунта для определения физических характеристик в зависимости от его криогенного строения отбираются разными методами.

Обычно все входящие в выражение параметры влажности w_tot должны определяться в ходе полевых и лабораторных работ опытных путем. Пробы грунта отбираются точечным методом (не менее одной пробы для каждого однородного слоя грунтов).

При отсутствии опытных данных, а также для грунтов с микрослоистой и микросетчатой криогенными текстурами влажность w_m для глинистых незасоленных грунтов допускается принимать

w_m= w_р+0,03, где w_р - влажность грунта на границе раскатывания (доли единицы).

Для засоленных грунтов при отсутствии опытных данных w_m рекомендуется определять по формуле (в долях единицы).

Wm=Wр+0,03+1,3 (3)

где Z - засоленность грунта, %.

Для песков принимается: Wm Wtot