1. Основные сведения о грунтах

1.1. Состав и строение грунтов

В строительстве горные породы, залегающие преимущественно в зоне выветривания земной коры, называются грунтами. Грунты используются в строительстве в качестве материала оснований зданий и сооружений; среды, в которой возводятся сооружения и материала самих сооружений.

Грунты характеризуются составом, структурой и текстурой. Под составом подразумевается перечень минералов, составляющих породу. Структура – это размер, форма и количественное соотношение слагающих грунт частиц. Текстура – пространственное расположение элементов грунта, определяющее его строение. Состав и строение грунтов связаны с условиями их происхождения.

Все грунты разделяются на естественные - магматические, осадочные, метаморфические и техногенные - уплотненные, закрепленные в естественном состоянии, насыпные и намывные. Горные породы магматического, метаморфического происхождения и сцементированные осадочные породы обладают жесткими связями между частицами и относятся к классу скальных грунтов.

Осадочные несцементированные породы не имеют жестких связей и относятся к классу нескальных или дисперсных грунтов.

По своему происхождению и условиям формирования нескальные грунты разделяют на следующие:

1) континентальные отложения: элювиальные (залегающие в месте первоначального их возникновения); делювиальные (располагающиеся на склонах возвышенности, где они возникли); аллювиальные (переносимые водными потоками на значительные расстояния); ледниковые (в результате действия ледников); водно–ледниковые (пески и галечники); озерно–ледниковые (ленточные глины, суглинки и супеси); эоловые (продукты физического выветривания, переносимые воздушными течениями);

2) морские отложения: толщи дисперсных глин, органоминеральные образования.

Состав нескальных грунтов во многом определяет их физико-механические свойства. В общем случае грунт состоит из трех фаз: твердой, жидкой и газообразной. Эти компоненты находятся в постоянном взаимодействии. Твердые частицы грунтов состоят из породообразующих минералов с различными свойствами. Жидкая составляющая грунтов – вода: кристаллизационная, связанная и свободная. Сложное и разнообразное взаимодействие твердых частиц грунта с водой сильно влияет на свойство грунта.

Газы в грунте могут быть в свободном состоянии или растворены в воде. Содержание в грунте защемленного (находящегося в контактах между частицами и пленками воды) и растворенного в воде газа существенно сказывается на свойствах грунта. Таким образом, свойства грунтов зависят от состава, состояния и взаимодействия слагающих его компонентов.

Связи между частицами и агрегатами частиц в грунте называются структурными связями. Из-за высокой прочности самих частиц именно связи между частицами определяют прочность и деформируемость грунтов. Скальным грунтам присущи жесткие структурные связи кристаллизационного или цементационного типа. Поэтому они обладают высокой прочностью и малой деформируемостью.

Нескальные (дисперсные) грунты состоят из отдельных минеральных частиц разного размера, слабосвязанных друг с другом. Нескальные грунты по характеру структурных связей разделяются на связные и несвязные (сыпучие).

К связным относятся глинистые грунты (супеси, суглинки, глины); к сыпучим – крупнообломочные и песчаные грунты.

Сопротивление взаимному перемещению частиц сыпучих грунтов обусловливается силами трения соприкасающихся поверхностей и зацепления между неровностями этих поверхностей. Такой механизм связи между частицами сыпучих грунтов называют внутренним трением грунта.

Структурные связи в глинистых грунтах имеют более сложную природу и определяются электромолекулярными силами взаимного притяжения и отталкивания между частицами. Такие связи называются водно-коллоидными. Они и обусловливают связность глинистых грунтов. Прочность этих связей сравнительно невелика, но они восстановляются через некоторое время после их разрушения. Цементационные связи в связных грунтах хрупки и при разрушении не восстанавливаются.

Оценка каждой конкретной разновидности грунта как физического тела производится с помощью физических характеристик. Количественные значения одних характеристик всегда определяются из лабораторных опытов, чаще всего с образцами грунта (их называют основными), других (производных) – расчетом по значениям определенных в опытах показателей.

Соответствие полученных таким образом характеристик состоянию грунта является одним из важнейших условий точности инженерных прогнозов поведения грунтов под нагрузками.