Вещественный состав горных пород и грунтов. Физико-механические свойства песчано-глинистых пород. Лекция №4-6

1. Лекция №4-6

Вещественный состав горных пород и грунтов.
Физико-механические свойства песчано-глинистых
пород.
1

2. Гранулометрический состав грунтов

Гранулометрический состав – это совокупность
групп частиц различного размера (фракций).
Содержание фракций в пробе грунта рассчитывают как:
масса фракции
x
100%
масса пробы
Сумма всех фракций в одной пробе равна 100 %.

3.

Классификация фракций
Глинистые – менее 0,002 мм
Пылеватые – от 0,002 до 0,05 мм;
Песчаные различной крупности:
тонкие (тонкозернистые) – от 0,05 до 0,1 мм,
мелкие (мелкозернистые) – от 0,1 до 0,25 мм,
средние (среднезернистые) – от 0,25 до 0,5 мм,
крупные (крупнозернистые) – от 0,5 до 1,0 мм ,
грубые (грубозернистые) – от 1,0 до 2,0 мм;
Гравелистые (окатанные)
Дресвяные (неокатанные)
от 2 до 10 мм;
Галечные (окатанные)
Щебенистые (неокатанные)
от 10 до 200 мм;
Валунные (окатанные)
Глыбовые (неокатанные)
более 200 мм.

4.

За рубежом применяется другая
классификация фракций:
1) fines (тонкие частицы) – менее 0,0075 мм;
2) sand (песок) – от 0,0075 до 4,25 мм;
3) gravel (гравий) – от 4,25 до 75 мм;
4) cobbles (булыжники) – от 75 до 300 мм;
5) boulders (валуны) – крупнее 300 мм.

5.

Трехчленная классификация глинистых грунтов четвертичного
возраста по гранулометрическому составу (по В.В. Охотину)
глина
суглинок
супесь

6.

Пример
Фракции, Содержание,
мм
%
Менее
0,002
24
0,002-0,05
0,05-0,1
45
26
0,1-0,25
5
Суглинок
45 > (26+5)
Пылеватый
Полное название: суглинок пылеватый

7.

Классификация песков по преобладающей фракции (по В.Д. Ломтадзе)

8.

Классификация крупнообломочных грунтов и песков (ГОСТ 25100)

9.

Интегральная кривая гранулометрического состава грунтов
d 60
Cu
d10
Коэффициент неоднородности песков:
при Cu > 3 – неоднородный, при Cu < 3 – однородный песок.

10. Свойства грунтов

Физические
Механические
Водные

11. Физические свойства грунтов

12.

Соотношение фаз грунта
Г.
Vпор
Ж.
Vг , mг ≈ 0
Vж , mж
Vоб. = Vпор + Vтв
mоб. = mтв + mж
Тв.
Vтв ,
mтв

13.

1.Плотность грунта (ρ) - это масса единицы объема грунта
ненарушенного сложения с естественной влажностью:
mоб
mтв m ж
Vоб Vтв Vж Vг
где mоб – масса грунта, г; Vоб – объем грунта, см3. Размерность плотности в
системе СГС - г/см3, в системе СИ - кг/м3.
Величина плотности зависит от минерального состава твердой
фазы, величины влажности и характера сложения (объема пор) грунта.
Значение плотности песчано-глинистых грунтов варьирует в
широких пределах - от 1,20-1,25 г/см3 до 2,40-2,45 г/см3. Минимальные
значения плотности характерны для заторфованных грунтов, максимальные
– для ледниковых отложений с включениями крупнообломочных фракций,
а также для коренных уплотненных глин.

14.

2. Плотность минеральной части (ρs) или плотность твердых
частиц (твердой фазы) - это масса единицы объема твердой компоненты
грунта:
mтв
Vтв
где mтв – масса твердой компоненты грунта, г; Vтв – объем твердой
компоненты грунта, см3.
ρs зависит только от минерального состава грунта.
Типичные значения:
для песков - 2,65 г/см3 (близка к плотности кварца 2,65-2,67 г/см3),
для супесей – 2,68-2,70 г/см3,
для суглинков – 2,70-2,72 г/см3,
для глин – 2,72-2,75 г/см3.

15.

3. Плотность скелета грунта (ρd) – это масса твердой
компоненты в единице объема всего грунта при ненарушенном
(естественном) сложении, то есть, это плотность грунта ненарушенного
сложения в условиях отсутствия влаги в порах грунта:
mтв
d
Vоб
где mтв – масса твердой части грунта, г; Vоб – объем грунта, см3.
Плотность скелета ρd чаще всего рассчитывается по величине
плотности и естественной влажности грунта:
d
1 W
где ρ – плотность грунта, г/см3, W – влажность грунта, доли единицы (д.е.).
Плотность скелета объективно характеризуют плотность
упаковки частиц грунта, поскольку не зависит от содержания в его порах
жидкости.

16.

4. Влажность грунта (W) – это отношение массы воды, заполняющей поры
и сорбированной на частицах грунта, к массе грунта в абсолютно сухом состоянии:
mж
W
100 %
mтв
где mж - масса жидкости в грунте, г; mтв – масса твердой части грунта, г. Измеряется в
процентах (%) или долях единицы (д.е.).
Влажность является относительной величиной и может превышать 100 %.
Максимальные значения влажности характерны для грунтов, содержащих органику
(торф может иметь влажность W до 900%).
Если все поры грунта заполнены водой, то величина влажности имеет
название полной влагоемкости Wsat, которая может быть рассчитана по следующей
формуле:
Wsat
1
d
1
s
s d e w
d s
s
где e – коэффициент пористости грунта, д.е. (см. далее); ρw – плотность жидкой части
грунта, г/см3 (если жидкая часть представлена пресной водой, то ρw = 1 г/см3); ρs –
плотность минеральной части грунта, г/см3.

17.

5. Отношение естественной влажности к полной влагоемкости определяет
степень или коэффициент насыщения грунта водой (степень влажности) Sr:
W W s
Sr
Wп e w
Классификация крупнообломочных грунтов и песков по степени
водонасыщения
Разновидность грунтов
Коэффициент водонасыщения Sr, д.е.
Малой степени
водонасыщения
0-0,5
Средней степени
водонасыщения
0,5-0,8
Насыщенные водой
0,8-1,0

18.

Схематический гидрогеологический разрез с выделением зон по
степени водонасыщения

19.

5. Пористость грунта (n) характеризует объем пор в единице
объема грунта:
n
Vпор
Vпор
100%
100%
Vобщ
Vтв Vпор
Пористость выражают в % или в долях единицы.
Пористость грунта может быть рассчитана по формулам:
d
n 1
s
s d
n
s
Величина пористости n для грунтов варьирует в очень широких
пределах и зависит от гранулометрического состава и степени
уплотненности песчано-глинистых грунтов.

20.

6. Коэффициент пористости e - отношение объема пор к объему
твердой части:
Vпор
n
s d
e
Vтв 1 n
d
Выражается в долях единицы и считается до третьего знака после запятой
Коэффициент пористости e может быть меньше единицы, равен
единице или превышать единицу.
Грунты с коэффициентом пористости e > 1, в которых объем
порового пространства превышает объем твердой части, обычно
характеризуют как недоуплотненные грунты.
Песчано-глинистые грунты, содержащие органические остатки,
могут иметь e, превышающий 1,5-2.

21.

Коэффициент пористости e полностью водонасыщенной породы
(Sr = 1) может быть рассчитан по следующей формуле:
e = ρWп
Классификация песчаных грунтов по величине коэффициента пористости
на грунты с различным сложением (ГОСТ 25100)

22.

7. Коэффициента относительной плотности ID – используется для
оценки плотности песков в условиях их естественного залегания либо в
искусственно создаваемых.
e max e
ID
e max e min
где e – коэффициент пористости при естественном или искусственном
сложении, д.е.; emax – коэффициент пористости в предельно-плотном
сложении, д.е.; emin – коэффициент пористости в предельно-рыхлом
сложении, д.е.
Разновидности песков по степени плотности ID

23.

Дополнительные показатели физических свойств глинистых грунтов
8. Число пластичности Ip
Ip = WL - Wp
WL – верхний предел текучести, %; Wp – нижний предел пластичности
(предел раскатывания), %.
WL и Wp – косвенные показатели пластичности грунтов, которые
определяются на грунтах нарушенного сложения
Классификация по Ip:
от 1 до 7 % - супеси;
от 7 до 17 % - суглинки;
> 17 % - глины.