Состав, строение и компоненты грунта

Основные понятия, определения и обозначения

В каждой области инженерной деятельности существует определенный набор терминов и определений. Ниже представлены некоторые термины, определения и обозначения, принятые в механике грунтов.

Определения

Общие данные

Фундаментом (рис. 1 и 2) называют подземную часть здания или сооружения, предназначенную для передачи нагрузки от сооружения на основание.

Рис. 1. Система “Основание – фундамент мелкого заложения – надфундаментное строение” (схема).

1 – фундамент; 2 – надфундаментное строение; 3 – основание; 4 – грунтовые слои; 5 – несущий слой грунта; 6 – подстилающий слой грунта; 7 – кровля грунтового слоя; 8 – подошва грунтового слоя; 9 – подошва фундамента; 10 – ступени фундамента; 11 – верхний обрез фундамента; 12 – боковой обрез фундамента; 13 – верхняя ступень фундамента, 14– нижняя ступень фундамента; d – глубина заложения подошвы фундамента от уровня планировки; – то же, от уровня природного рельефа; – толщина сжимаемой толщи; NL – отметка природного рельефа; DL – планировочная отметка; WL – отметка уровня подземных вод; BO – нижняя граница сжимаемой толщи

Рис. 2. Система “Основание – свайный фундамент – надфундаментное строение” (схема).

1 – фундамент; 2 – надфундаментное строение; 3 – основание; 4 – грунтовые слои; 5 – несущий слой грунта; 6 – подстилающий слой грунта; 7 – кровля грунтового слоя; 8 – подошва грунтового слоя; 9 – подошва ростверка; 10 – ступени ростверка; 11 – верхний обрез ростверка; 12 – боковой обрез ростверка; 13 – верхняя ступень ростверка; 14– нижняя ступень ростверка; – глубина заложения подошвы ростверка от уровня планировки; – то же, от уровня природного рельефа; 15– свая; 16– голова сваи; 17– острие сваи и одновременно – подошва свайного фундамента; 18– боковая поверхность сваи; – длина сваи от подошвы ростверка до подошвы свайного фундамента; NL – отметка природного рельефа; DL – планировочная отметка; WL – отметка уровня подземных вод

Основанием называют толщу грунтов, на которых (или внутри которых) возводятся здания сооружения.

Различают естественные и искусственные основания.

Различают такие типы фундаментов:

–фундаменты мелкого заложения(рис. 1);

–фундаменты глубокого заложения;

–свайные фундаменты(рис. 2);

–фундаменты под машины и оборудование с динамическими нагрузками.

Естественныминазывают основания, которые используют для строительства без предварительной обработки. По генезису(т.е. происхождению) их подразделяют намагматические, осадочные, метаморфические.

Искусственныминазывают основания, сложенные уплотненнымиили закрепленными грунтами природного происхождения, а также образованные в ходе производственной и хозяйственной деятельности человека (свалки, шламоотстойники и т.д.). Погенезису и способу созданияих подразделяют науплотненные, закрепленные в естественном состоянии, насыпные и намывные.

Подинженерно- геологическими элементами (ИГЭ)понимают части грунтовых оснований, состоящие из одного и того же типа грунта с одинаковыми свойствами.

Под грунтамипонимают либо основания зданий (сооружений), либо строительный материал, из которого изготовлено здание (сооружение), либо среду, вмещающую здание (сооружение).

Различают:

– скальные грунты – в виде монолитов или трещиноватых массивов;

– раздробленные (нескальные, рыхлые) грунты – глинистые, песчаные и крупнообломочные породы.

Почва– это плодородный поверхностный слой дисперсного грунта, образованный под влиянием биогенного и атмосферного факторов.

Горной породой называютвсякую закономерно построенную совокупность минералов, которая характеризуется составом, структурой и текстурой.

Кровлей грунтового слояназывают его верхнюю, аподошвой –нижнюю часть.

Несущимназывают слой грунта, на который опирается подошва фундамента.

Подстилающимназывают слой грунта, на который опирается подошва несущего слоя.

Свая–это стержень, служащий для передачи нагрузок от зданий и сооружений на прочные слои грунта.

Ростверк– это балка или стержень, объединяющая группу свай.

Состав, строение и компоненты грунта

Состав грунта.В общем случае грунт состоит из трех компонент (иногда их называют фазами): твердой, жидкой и газообразной.

Твердая фаза грунта может состоять из инертных(по отношению к воде), растворимых в воде и глинистыхчастиц.

В грунте различают прочносвязанную, рыхлосвязанную и свободнуюводу.

Свободную воду подразделяют награвитационную и капиллярную.

Газв грунте подразделяют на свободный(сообщается с атмосферой) и защемленный.

Под минеральным составомпонимают перечень минералов, составляющих породу.

Структура – это пространственная организация компонентов грунта, характеризующаяся совокупностью морфологических (размер, форма частиц, их количественное соотношение), геометрических (пространственная композиция структурных элементов) и энергетических признаков (тип структурных связей и общая энергия структуры) и определяющаяся составом, количественным соотношением и взаимодействиемкомпонентов грунта.

Текстура –это пространственное расположение элементов грунта, определяющее его строение (например, слоистая, трещиноватая и т.д.).

Вещественный состав грунта – категория, характеризующая химико-минеральный состав твердых, жидких и газовых компонентов.

Классификациягрунта производится по таким таксономическим единицам:

– классам;

– группам;

– подгруппам;

– типам;

видам;

– разновидностям.

Класс грунта определяют по общему характеру структурных связей.

Группы грунта различают по характеру структурных связей (с учетом их прочности).

Подгруппы грунтов различают по происхождению и условиям образования грунта.

Тип грунта определяют по вещественному составу.

Видвыявляют по наименованию грунтов (с учетом размеров частиц и показателей их свойств).

Разновидностиразличают по количественным показателям вещественного состава, свойств и структуры грунтов.

Детальная классификация и описание различных типов грунтов представлены в курсе “Инженерная геология”.

Физические характеристики грунта подразделяют на экспериментальныеи расчетные.

Экспериментальные физические характеристики грунта –это удельный вес, плотность, весовая влажность, удельный вес частиц грунта,

удельная плотность частиц грунта, влажность на границе раскатывания, влажность на границе текучести.

Расчетные физические характеристики грунта – удельный вес сухого грунта, плотность сухого грунта, пористость, относительное содержание твердых частиц вединице объема, коэффициент пористости грунта, соответствующей полному водонасыщению, влажность, степень влажности (иногда ее называют степенью водонасыщения), число пластичности и показатель текучести.

Удельный вес грунта – это вес единицы объема грунта.

Под плотностью грунта понимают массу единицы его объема.

Весовая влажность грунта – это отношение веса воды в порах грунта к весу твердых частиц

Удельный вес частиц грунта – это вес единицы объема твердых частиц грунта.

Удельная плотность частиц грунта – это масса единицы объема твердых частиц грунта.

Под влажностью на границе раскатывания понимают влажность на границе между твердым и пластичным состоянием глинистого грунта.

Под влажностью на границе текучести понимают влажность на границе между пластичным и текучим состоянием глинистого грунта.

Под удельным весом сухого грунта понимают вес единицы объема сухого грунта.

Под плотностью сухого грунта понимают массу единицы объема сухого грунта.

Пористость грунта – это отношение объема пор ко всему объему грунта, что соответствует объему пор в единице объема грунта.

Под относительным содержанием твердых частиц вединице объема грунта понимают отношение объема твердых частиц к общему объему грунта.

Под коэффициентом пористости грунта понимают отношение объема пор грунта к объему его твердых частиц.

Подвлажностью, соответствующей полному водонасыщению ,понимают такую влажность, при которой поры грунта полностью заполнены водой.

Под степенью влажности (иногда ее называют степенью водонасыщения) понимают отношение объема воды в порах грунта к полному объему пор.

Под числом пластичности понимают разность между влажностями на границе текучести и раскатывания.

Под показателем текучести понимают отношение разности между влажностью грунта и влажностью на границе раскатывания
(числитель) и числом пластичности (знаменатель).

Под коэффициентом трещинной пустотности (КТП) понимают отношение объема трещин к объему скальных блоков. Для скальных грунтов КТП обычно составляет сотые, и даже тысячные доли единицы.

Модуль трещиноватости (М_ТР)– это количество трещин на один метр длины обнажения скального грунта. Максимальные значения этого показателя приближаются к 100, а минимальные составляют доли единицы.

Механические характеристики грунта включают в себя прочностные(предел прочности на одноосное сжатие, угол внутреннего трения, удельное сцепление и т.д.) и деформационные(коэффициент Пуассона, модуль упругости, модуль общей деформации и др.) характеристики.

Их также подразделяют на нормативныеи расчетные.

Особые виды грунтов с неустойчивыми структурными связями – это мерзлые, вечномерзлые, лёссовые, набухающие, слабые водонасыщенные глинистые, засоленные, насыпные грунты, торфы и заторфованные грунты.

Мерзлыминазывают грунты всех видов в том случае, если они имеют отрицательную температуру и содержат в своем составе лед.

Если в условиях природного залегания грунт находится в мерзлом состоянии без оттаивания в течение трех и более лет, его называют вечномерзлым.

Торф –органический грунт, образовавшийся в результате естественного отмирания и неполного разложения болотных растений в условиях повышенной влажности при недостатке кислорода и содержащий 50 % (по массе) и более органических веществ.

Грунт заторфованный –песок и глинистый грунт, содержащий в своем составе в сухой навеске от 10 до 50% (по массе) торфа.

Набухающий –это грунт, который при замачивании водой или другой жидкостью увеличивается в объеме и имеет относительную деформацию набухания (в условиях свободного набухания) .

Просадочный –это грунт, который под действием внешней нагрузки и собственного веса или только от собственного веса при замачивании водой или другой жидкостью претерпевает вертикальную деформацию (просадку) и имеет относительную деформацию просадки .

Пучинистый –это дисперсный грунт, который при переходе изталогов мерзлоесостояние увеличивается в объеме вследствие образования кристаллов льда и имеет относительную деформацию морозного пучения .

Илами называют водонасыщенные современные осадки водоемов, образовавшиеся при наличии микробиологических процессов. Различают морские, лагунные, озерные, речные, болотные илы.

Ленточными глинами называют – грунтовые толщи со слоистой текстурой, состоящие из чередующихся друг с другом прослоек песка, супеси, суглинка и глины. При этом толщины прослоек колеблются от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров.

Модели грунтовподразделяют на математическиеи физические.

Подфизическими моделямипонимают приближенное описание каких–либо свойств оснований с использованиемограниченного числа известных законов физики.Основные физические модели грунта:

– прочностные;

– деформационные;

– реологические

– комбинированные.

Подматематическими моделямипонимают приближенное описание каких– либо явлений с использованиемматематической символики.Основные математические модели:

–линейные модели оснований;

–нелинейные модели оснований.

Нелинейные модели оснований делят на:

– геометрически нелинейные;

– физически нелинейные.

Подматериальными константами грунта понимают некоторые общие для разных его видов в качественном отношении, но различные в количественном отношении свойства (например, плотность, модуль общей деформации, коэффициент Пуассона и др.).

Расчетная схема основания – это описание расчетной области основания с указанием нагрузок и условий движения компонентов грунта на ее границе.

Основные расчетные схемы основания – это схемы компрессионного сжатия, полупространства, пространства, полуплоскости, плоскостиислоя конечной толщины.

Под напряжением понимают силу, отнесенную к площади. Различают нормальные, касательные и главныенапряжения.

Главныминазывают действующие по главнымплощадкам напряжения. Под главнымипонимают такие площадки элементарного объема грунта, по которым касательные напряжения равны нулю, а нормальные, в общем случае, отличны от нуля.

В механике грунтов и фундаментостроении под термином «деформация» понимают относительные деформации основания,а также осадки, крены, прогибы, выгибы фундаментов и т.д.

Для определения относительных деформаций служат меры:

– Алманси;

– Генки;

– Грина;

– Коши;

– Свейнгера.

Кроме того, различают нормальныеиугловыеотносительные деформации.