Лекция 2.

СОСТАВ И СТРОЕНИЕ ГРУНТОВ

§ 1. Грунт как многокомпонентная динамичная система

В общепринятом определении понятия «грунт» заложено пони­мание его как многокомпонентной динамичной системы. В соответ­ствии с этим определением в грунтах можно выделить четыре ком­поненты (фазы):

твердую — минеральная часть грунта, твердое органическое ве­щество;

жидкую — вода, заполняющая промежутки между твердыми ми­неральными частицами; Про воду и виды ее нахождения в породах мы уже говорили.

газовую — газы в пустотах грунта;

биотическую (живую) — микроорганизмы и другие живые орга­низмы.

Соотношение твердой, жидкой, газовой и биотической компонент имеет важнейшее значение, так как во многом определяет состав, со­стояние и свойства грунтов.

Грунт — это не застывшая система. Под влиянием природных и техноген­ных факторов его состав, строение и свойства могут существенно- из­меняться во времени. Это важнейшее положение необходимо учиты­вать при оценке поведения грунтов как при строительстве, так и в период эксплуатации объектов.

§ 2. Твердая компонента грунта. Минеральный, химический и гранулометричес-кий состав.

Для характеристики твердой компоненты грунта определяют его минеральный, химический и гранулометрический состав.

Минеральный (или минералогический) состав грунтов. Твердая компонента грунтов состоит из первичных и вторичных минералов (частиц). Первичные, или породообразующие, минералы (кварц, слю­ды, полевые шпаты и др.) образуют скелет грунта. Вторичные (гли­нистые минералы, оксиды и гидроксиды железа и алюминия и др.) минералы, образовавшиеся в результате различных физико-химичес­ких процессов, выполняют роль цементирующего вещества. Они ока­зывают офомное влияние на инженерно-геологические свойства гли­нистых грунтов. Особенно это относится к глинистым минералам (гид­рослюда, каолинит, монтмориллонит и др.), которые отличаются ис­ключительно высокой дисперсностью (размер частиц менее 1 мкм) и гидрофильностью (особенно минералы типа монтмориллонита).

Для инженерно-геологических целей важной является также классификация минералов по их устойчивости к разрушительным процессам выветривания. К весьма устойчивым относят кварц, цир­кон, магнетит и др.; к среднеустойчивым — полевые шпаты, слю­ды, хлорит, пироксены и др.; к слабоустойчивым — гипс, галит, ангидрит, лимонит и другие минералы.

В некоторых грунтах, преимущественно глинистых, как в рассе­янном виде, так и в форме концентрированных скоплений (торф и др.) могут содержаться органическое вещество и органоминеральные комплексы.

Твердая компонента грунта может быть представлена и льдом в виде мелких кристаллов, равномерно распределенных в грунте, или более или менее крупных линз (прослоев) (многолетнемерзлые грунты).

Химический состав грунтов может быть определен с помощью валового (общего) химического анализа, который показывает содер­жание в грунте различных оксидов: SiO₂, Аl₂0₃, Fe₂0₃, CaO, MgO, Na₂0, К₂0 и др. В инженерно-геологических целях этот вид анализа применяется сравнительно редко (диагностика состава глинистых минералов и др.). Значительно чаще для характеристики химичес­кого состава засоленных грунтов используют водные вытяжки (для легкорастворимых солей) и солянокислые (для средне- и труднорастворимых солей). Эти анализы важны, так как присутствие в грунте, например, легкорастворимых солей оказывает значительное вли­яние на их свойства.

Гранулометрический (зерновой, механический) состав показы­вает содержание в грунте твердых частиц того или иного размера, выраженное в процентах к массе абсолютно-сухого грунта.

Гранулометрический состав определяют только для крупнообло­мочных, песчаных и глинистых грунтов. Помимо классификацион­ной характеристики данные о гранулометрическом составе исполь­зуют для оценки пригодности грунтов в качестве материала для от­сыпки насыпей, земляных плотин, составления оптимальных до­рожных смесей грунта, выбора оптимальных отверстий для фильт­ровых колонн и др.

В понятие «гранулометрический состав» входит определение ко­личественного содержания в грунте только первичных частиц (не сцепленных в микроагрегаты). Поэтому в процессе подготовки грунта к анализу природные микроагрегаты разрушают и разделяют их на первичные частицы. Таким образом, гранулометрический состав ха­рактеризует не естественную, а предельную дисперсность (степень раздробленности), которая постоянна для данного грунта и может служить классификационным показателем.

Для более полного представления о дисперсности грунта и ха­рактере структурных связей определяют и его микроагрегатный состав, который показывает количественное содержание в природном грунте твердых водостойких микроагрегатов.

Определение гранулометрического (зернового) состава по ГОС­Ту 12536—79 производят путем разделения грунта на фракции, т. е. на группы частиц с близкими по величине размерами, и установле­нием их процентного содержания (табл. 18.1).

Таблица 18.1

Стандарт	Фракции, мм
	Крупнообломочная		Песчаная	Пылеватая	Глинистая
ГОСТ 25100-95	Более 2		2—0,05	0,05—0,005	Менее 0,005

Гранулометрический анализ песчаных грунтов выполняют пу­тем последовательного их рассеивания на ситах с отверстиями диа­метром 10; 5; 2; 1; 0,5; 0,25 и 0,10 мм. Основным методом гранулометрического анализа глинистых грунтов, выполняемым в инже­нерно-строительной практике, является ареометрический. Метод основан на определении плотности глинистой суспензии через оп­ределенные промежутки времени с помощью стеклянной трубки — ареометра. Расчет диаметра частиц и процентного содержания фрак­ций производится по специальной номограмме с учетом показаний ареометра, температуры суспензии и др.

Наиболее распространенной и общепринятой классификацией песчано-глинистых грунтов является видоизмененная трехчленная клас­сификация В. В. Охотина (табл. 18.2).

Таблица 18.2 Классификация песчано-глинистых грунтов по гранулометрическому составу
Наименование грунта	Содержание фракций,				%
	глинистых (< 0,005 мм)		нылеватых (0,005—0,05 мм)		песчаных (0,05—2 мм)
Глина	Более 30		Меньше, чем песч а-ных		Больше, чем пыле-ватых
Глина пылеватая	Более 30		Больше, чем песчаных		Меньше, чем пы-леватых
Наименование грунта		Содержание фракций, %
		глинистых		пылева! ы\		песчаных
		(< 0,005 мм)		(0,005—0,05 мм)		(0,05 -2 мм)
Суглинок: тяжелый		30- 20		Меньше, чем песча-		Больше, чем пыле-
				Ных		ватых
тяжелый пылеватый		30 -20		Больше, чем песчаных		Меньше, чем пы-леватых
средний		20—15		Меньше, чем песча-		Больше, чем пыле-
				Ных		ватых
средний пылеватый		20—15		Больше, чем песчаных		Меньше, чем пы-леватых
легкий		15-10		Меньше, чем песча-		Больше, чем пыле-
				Ных		ватых
легкий пылеватый		15—10		Больше, чем песчаных		Меньше, чем пы-леватых
Супесь		10—3		Меньше, чем песча-		Больше, чем пыле-
				Ных		ватых
Супесь пылеватая		10—3		Больше, чем песчаных		Меньше, чем пы-леватых
Песок		Менее 3		Преобладание песчаных частиц над пыле­ва гыми

Из табл. 18.2 следует, что песчано-глинистые грунты по содер­жанию частиц < 0,005 мм (в %) делятся на четыре основных вида: глина > 30; суглинок 30—10; супесь 10—3 и песок < 3.