1.5. Воздух и газы в грунтах

Поры, трещины и каверны в грунтах могут быть заполнены газом, водой или только водой. В первом случае грунт не насыщен водой, во втором – насыщен. Основная часть газов, содержащихся в грунтах, поступает из атмосферы, но часть образуется в земной коре в результате различных геологических процессов. Вследствие этого газообразная часть в грунтах отличается от состава атмосферы. Так, в почвах, где происходят связывание (поглощение) азота и кислорода и образование углекислого газа, больше, чем в атмосфере, углекислого газа, меньше азота и кислорода.

В некоторых районах в составе грунтового воздуха присутствуют сероводород, радиоактивные эманации и углеводороды. Последние являются горючими и обычно указывают на наличие нефти. Газ в грунтах может быть в свободном и связанном состоянии. В связанном (адсорбированном) состоянии он может находиться в тонкодисперсных (глинистых) грунтах, если их влажность меньше максимальной гигроскопичности. Если влажность грунтов больше максимальной гигроскопичности, то газ в грунтах находится в свободном состоянии. Он может свободно сообщаться с атмосферой или быть изолированным, т.е. защемленным (определенные объемы газа в грунте окружены насыщенными водой участками).

Кроме того, газ может содержаться в подземной воде в растворенном виде или в виде мелких пузырьков. При наличии внешнего давления защемленный газ из глинистых грунтов удаляется очень медленно. Его присутствие обусловливает уменьшение водопроницаемости, развитие медленной многолетней осадки сооружений и может вызвать частичное разрушение грунта при прорывах газа.

1.6. Классификации грунтов

Свойства грунтов определяются их составом, структурой, текстурой и состоянием. Грунты, распространенные в верхней части земной коры, могут иметь одинаковое происхождение, но разные свойства. Вместе с тем некоторые грунты, различные по происхождению, имеют близкие свойства.

Используя факторы, определяющие свойства грунтов, все грунты подразделяют на классы, группы и т.д., в которые объединяют грунты с близкими свойствами, т.е. грунты классифицируют. Первая классификация грунтов была предложена Волковым в 1840г. Со времени ее появления было предложено довольно много различных классификаций, из которых наибольшую известность получили классификации А.П. Павлова, М.М. Протодьяконова и Ф.П. Саваренского. Однако общепринятой единой классификации пока нет.

Классификации грунтов могут быть общими, частными, отраслевыми и региональными. Общие охватывают все виды грунтов и являются основой, на которой строятся классификации других видов. В качестве примеров можно привести общие классификации А.П. Павлова, Ф.П. Саваренского, И.В. Попова и классификацию, предложенную коллективом авторов (Е.М. Сергеевым, В.А. Приклонским, П.Н. Панюковым и Л.Д. Белым).

В общих классификациях за основной признак обычно принимается характер структурных связей между отдельными частицами грунта. Эти связи придают породе определенную прочность, препятствуя перемещению ее частиц или деформации.

В классификации Ф.П. Саваренского все горные породы разделены на пять групп:

A. Твердые, компактные, «скальные».

B. Относительно твердые и компактные, «полускальные».

C. Мягкие, мелкочастичные, связные.

Д. Рыхлые несвязные.

Е. Мягкие и рыхлые породы особого состава и состояния, «слабые».

Е.М. Сергеев, В.А. Приклонский, П.Н. Панюков и Л.Д. Белый представили общую инженерно-геологическую классификацию горных пород и почв, в основу которой положены следующие признаки:

• геологические признаки (возраст, генезис, условия литогенеза и залегания и др.);

• химико-минералогические и петрографические признаки (состав, структура и текстура породы, засоленность, цементированность);

• физическое состояние (степень выветрелости, трещиноватости, обводнения);

• стойкость (степень сопротивления выветриванию);

• механическая прочность.

В этой классификации очень большое внимание было уделено происхождению горных пород. Все грунты разделены были на три класса:

• породы с жесткими связями;

• породы без жестких связей и почвы;

• искусственные грунты с жесткими связями и без них.

Внутри классов по происхождению грунтов были выделены группы, а в группах - подгруппы. Подгруппы объединяли типы, а типы - виды и разновидности.

Частные классификации обычно более детально расчленяют грунты какой-либо группы по одному или нескольким признакам (например, классификация глинистых грунтов по числу пластичности или сжимаемости). Являясь результатом развития общей классификации, они дополняют последнюю или представляют собой ее часть.

Отраслевые классификации грунтов составляют для использования в определенном виде строительства (гражданском, гидротехническом и др.). В качестве примера можно привести классификацию М.М. Протодьяконова, в основу которой положена степень сопротивляемости грунтов разработке. В качестве численного показателя был принят так называемый коэффициент крепости f₀, который был установлен на основании таких признаков, как временное cопротивление сжатию; затрата энергии на выбуривание единицы объема породы; количество породы, разрабатываемой в единицу времени и т.п.

Региональные классификации составляются применительно только к грунтам, распространенным на определенной территории. В основу таких классификаций обычно кладут стратиграфический (возраст), генетический (происхождение) и литологический (состав) признаки.

Общая классификация грунтов. В основу классификации грунтов должны быть положены признаки, которые в основном определяют их физико-механические и физико-химические свойства. К таким признакам, прежде всего, относятся: структура (структурные связи), минеральный, петрографический и гранулометрический составы и текстура.

В соответствии с генезисом и состоянием все грунты (горные породы, современные осадки, почвы) можно разделить на четыре категории:

• I - грунты, сформировавшиеся (горные породы);

• II - грунты особого состава и состояния несформировавшиеся;

• III - грунты искусственные;

• IV - грунты измененные.

По типу структурных связей грунты делятся на три класса:

- класс А - грунты с жесткими структурными связями;

- класс В - грунты с мягкими структурными связями;

- класс С - грунты, не имеющие структурных связей.