Геология.лаб

Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

šКузбасский государственный технический университетŸ

Кафедра геологии

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТАКСОНОМИЧЕСКИХ ПОДРАЗДЕЛЕНИЙ ПРИРОДНЫХ СКАЛЬНЫХ И ДИСПЕРСНЫХ ГРУНТОВ

Методические указания к лабораторным работам по дисциплине šИнженерная геологияŸ для студентов

специальностей 270102 šПромышленное и гражданское строительствоŸ, 270205 šАвтомобильные дороги и аэродромыŸ, 270115 šЭкспертиза и управление недвижимостьюŸ,

270112 šВодоснабжение и водоотведениеŸ очной и заочной форм обучения

Составители М. Д. Скурский Л. С. Недосекина Г. И. Грибанова

Утверждены на заседании кафедры Протокол № 6 от 18.05.2009

Рекомендованы к печати учебно-методической комиссией специальности 270115 Протокол № 32 от 20.05.2009

Электронная копия находится в библиотеке ГУ КузГТУ

Кемерово 2009

ВВЕДЕНИЕ

Целесообразность подготовки и издания настоящих методических указаний предопределена прежде всего выходом в свет в 1995 г. Государственного стандарта 25100–95 (Грунты. Классификация) взамен ранее действовавшему ГОСТ 25100–82 (Грунты. Классификация). Стандарт 1995 года распространяется на все грунты и устанавливает новую их классификацию; применяется при производстве инженерно-геологических изысканий, проектировании и строительстве.

Всвязи с этим стало необходимым ввести определенные коррективы в лекции по инженерной геологии по разделу "Основы грунтоведения", а также в лабораторные работы по установлению и определению таксономических (классификационных) подразделений природных скальных дисперсных грунтов.

Предлагаемые методические указания посвящены определению таксономических подразделений природных скальных и дисперсных грунтов в свете требований ГОСТ 25100–95 [4]. Пользование ими предусматривает опережающее определение петрографического состава природных скальных и дисперсных грунтов (пород) на основе методических указаний [1, 2, 5, 6, 11, 12, 13].

Впредлагаемых методических указаниях с позиций ГОСТ 25100–95 [4] рассмотрены правила и последовательность выполнения лабораторных работ по определению таксономических подразделений природных скальных и дисперсных грунтов с целью выработки студентами навыков пользования указанным ГОСТ, также "Альбомом показателей физико-механических свойств грунтов задач по грунтоведению" для студентов строительных специальностей [7].

Общие положения по природным скальным

идисперсным грунтам

Кклассу природных скальных грунтов относятся магматические, метаморфирические и сцементированные осадочные породы [4].

1

К классу природных дисперсных грунтов принадлежат осадочные образования с механическими и водноколлоидными структурными связями: глинистые грунты (глины – каолинитовая, монтмориллонитовая, гидрослюдистая), алевриты, в т. ч. лёсс, суглинки, супеси, лёссовидные суглинки; пески; крупнообломочные грунты (гравийный, галечниковый, дресва, щебень), илы, сапропели; заторфованные грунты, торфы и др. [7, табл. 2, с. 6–7].

Таксономические (классификационные) подразделения природных скальных и дисперсных грунтов включают следующие соподчинённые единицы, выделяемые по группам признаков:

класс по общему характеру структурных связей;

группа по характеру структурных связей с учётом их прочности;

подгруппа по происхождению и условиям образования;

тип по вещественному составу;

вид по наименованию грунтов (с учётом размеров частиц и показателей свойств);

разновидности по количественным показателям вещест-

венного состава, свойств и структуры грунтов [4, табл. 1, 2, с. 4–8].

Определение таксономических подразделений скальных и дисперсных грунтов в рангах: класс, группа, подгруппа, тип, вид при выполнении индивидуальных задач по грунтоведению не нуждается в пояснениях в [7, табл. 1, 2, стр. 4–7]. Примеряя по ним петрографические данные по заданному грунту (горной породе), представляется возможным без особого труда определить её принадлежность к указанным таксономическим подразделениям. Поэтому в настоящих методических указаниях внимание сосредоточено на определении разновидностей (оценке) грунтов (пород) по заданным таксономическим показателям их физикомеханических свойств.

2

1.Класс природных скальных грунтов

Кданному классу относятся интрузивные, эффузивные, осадочные и метаморфические грунты (горные породы). Их основными показателями физико-механических свойств являются:

Rw предел прочности на одноосное сжатие в сухом состоя-

нии;

Rc предел прочности на одноосное сжатие в водонасыщенном состоянии.

Это отношение нагрузки, при которой происходит разрушение образца грунта, к площади первоначального поперечного сечения этого образца.

Pd плотность скелета грунта. Это плотность сухого грунта. Kwt коэффициент выветрелости грунта (отношение плотности выветрелого грунта к плотности монолитного грунта). Перечисленные показатели ( Rc ; Rw ; Pd; Kwt) устанавливаются опытным путём и приведены для каждого образца грунта индивиду-

альной задачи студента в [7 графы 2, 3, 4, 5, 6].

К основным показателям физико-механических свойств, используемых для оценки всех скальных грунтов, относится также коэффициент размягчаемости Ksaf , который рассчитывается по

формуле

Ksaf Rc .

Rw

Для всех скальных грунтов (магматических, метаморфических, осадочных) к показателям их свойств относятся также структура и текстура (прил. 1, 2, 3).

При определении наименования разновидности (оценке) осадочных скальных грунтов (прил. 2, графы 14, 15) кроме перечисленных показателей ( Rc ; Pd; Kwt; Ksaf , структура, текстура)

используются также следующие:

qsr (г/л) степень растворимости в воде. Это способность грунта растворяться в воде, выражающаяся в количестве водорастворимых солей в минеральном составе грунта [7, графа 7];

3

Кф (м/сут) степень водопроницаемости. Это способность грунтов пропускать через себя воду, количественно выражающаяся в коэффициенте фильтрации [7, графа 8];

Dsal (%) степень засолённости. Это количество водорастворимых солей в грунте, не входящих в его минеральный состав [7, графа 9];

t,·С температура грунта.

Данные показатели получены опытным путём и приведены

в[7, графы 7, 8, 9, 12].

ВАльбоме показатели по всем четырём образцам скальных грунтов различных генетических типов в пределах одной задачи расположены построчно в следующем порядке (сверху вниз):

1-я строчка интрузивный грунт,

2-я строчка эффузивный грунт,

3-я строчка метаморфический грунт,

4-я строчка осадочный грунт.

Наименования разновидностей (оценка) образцов скальных грунтов согласно их показателям определяются по [4, прил. Б, табл. Б.1; Б.2; Б.3; Б.4; Б.5; Б.6; Б.7; Б.8; Б.9, с. 18–20].

Примеры заполнения отчётных форм по всем задачам лабораторной работы и выводы по ним приведены в приложениях 1, 2, 3.

2. Класс природных дисперсных грунтов

Это нескальные грунты, состоящие из отдельных минеральных частиц (зёрен) разного размера, несвязанных или слабо связанных друг с другом песок, глина, суглинки, супеси, галечник, щебень, гравий, дресва и др. [4, прил. Б, с. 6–7, табл. 2; с. 21, табл. Б.10, с. 22, табл. Б.12, с. 22, табл. Б.13]. Согласно ГОСТ [4, с. 6–7] класс природных дисперсных грунтов подразделяется на две группы связные и несвязные грунты. Как связные, так и несвязные относятся к одной подгруппе осадочных грунтов.

Дисперсные (класс) связные (группа) осадочные (подгруппа) грунты подразделяются на три типа: минеральные, органоминеральные и органические (прил. 4). Каждый из них подразделяется на несколько видов.

4

Класс, группы, подгруппы, типы, виды всё это таксономические подразделения классификации природных дисперсных грунтов.

2.1. Генезис (фациальные условия образования) природных дисперсных грунтов

Геологические осадочные фации это есть обстановки осадконакопления, овеществлённые в осадке или горной породе. Обстановки осадконакопления это климат, ландшафт, тектоника и др.

Важнейшие критерии диагностики генезиса (фаций): характеристика органического мира, структуры и текстуры горных пород, гидродинамическая активность среды; форма, гранулометрия зёрен и обломков пород, тип и вещественный состав отложений, их засолённость. Всё это должно восстановить обстановку (фацию), в которой образовались осадочные породы.

Фации высшего порядка по месту их образования следующие: континентальные, лагунные (переходные от моря к континенту) и морские. В них выделяют фации второго, третьего и более высоких порядков.

В континентальных фациях различают речные, в том числе русловые, старичные, пойменные, дельтовые; озёрные, болотные, ледниковые (моренные, флювиогляциальные), пустынные (эоловые), элювиальные (коры выветривания горных пород), делювиальные, коллювиальные, пролювиальные; отдалённо-вулканокла- стическую (вулканогенную поверхностную) и т. д. Среди континентальных фаций преобладают обломочные и глинистые отложения (породы-грунты), редко карбонатные, засолённые (соляные) и др.

Морские фации подразделяются на мелководные (прибрежные, рифовые, пляжевые, зоны прибоя), глубоководные, коралловые атоллы (острова) и др. (прил. 5).

5

2.2. Определение таксономических подразделений дисперсных крупнообломочных грунтов

Дисперсные несвязные осадочные минеральные крупнообломочные грунты имеют размеры слагающих их частиц более 2 мм. Масса (количество) частиц такого размера в них должна составлять более 50 %. Крупнообломочные грунты подразделяются в зависимости от размеров слагающих их обломков пород и минералов, а также от степени их окатанности на гравий, дресву, гальку, щебень [4, табл. Б.10, с. 21).

В составе крупнообломочных пород может быть песчаный или глинистый заполнитель, но не более 50 %. Иначе это уже будут грунты песчаные или глинистые. При наличии песчаного заполнителя более 40 % или глинистого заполнителя более 30 % к наименованию грунта должно добавляться наименование заполнителя. Например, грунт гравийный с песчаным заполнителем.

Сущность индивидуальных задач лабораторных работ по крупнообломочным грунтам очевидна из прилагаемой формы отчёта по ним (прил. 6). Необходимо дать петрографическую (вещественную), фациальную характеристику грунта, а также принадлежность его к конкретным таксономическим подразделениям по ГОСТ 25100–95 классу, группе, подгруппе, типу, виду; по показателям физико-механических свойств определить наименование разновидностей грунтов в свете требований указанного ГОСТ.

Петрографическая, фациальная характеристики грунтов осуществляются аналогично скальным осадочным грунтам (породам) за исключением того, что вместо термина "цемент" используется термин "заполнитель", определяется по [12].

Некоторые дополнительные данные по фациальным условиям образования крупнообломочных грунтов (пород) приведены выше.

Петрографическая характеристика крупнообломочных грунтов позволяет свободно определять таксономические подразделения по ГОСТ 25100–95 [4, табл. 2. Требуемые показатели физикомеханических свойств крупнообломочных грунтов] (прил. 6, графа 12) в цифровом выражении для каждой индивидуальной зада-

6

чи снимаются (берутся) с первой горизонтальной строки [7, с. 19–29].

Наименование разновидностей (оценка) крупнообломочных дисперсных грунтов определяется по следующим показателям их физико-механических свойств:

структура;

гранулометрический состав количественное соотношение частиц различной крупности в дисперсных грунтах;

Sr коэффициент водонасыщения (степень влажности) грунта это степень заполнения объёма пор водой;

Kwr коэффициент выветрелости; Kfr коэффициент истираемости; t, ·С температура.

Эти показатели определяются опытным путём и приведены в [7, графы 5–17, 34, 36, 37].

Наименование разновидностей (оценка) образцов крупнообломочных дисперсных грунтов (прил. 6, графа 13) согласно показателям их физико-механических свойств определяются по [4, табл. Б.10; Б.17; Б.20; Б.21, с. 21, 23, 24].

Пример заполнения отчётной формы по всем задачам лабораторной работы и выводы по ним приведены в приложении 6.

2.3. Определение таксономических подразделений дисперсных песчаных грунтов

Песок несвязный минеральный грунт, в котором масса частиц размером меньше 2 мм составляет более 50 % (ГОСТ 25100–95). По указанному ГОСТу [4, табл. 6, 10] пески подразделяется по гранулометрическому составу следующим образом:

7

Петрографическая, фациальная характеристика природных дисперсных несвязных осадочных минеральных грунтов (песков) осуществляется аналогично скальным осадочным грунтам (песчаникам) за исключением того, что исключается необходимость определения текстуры для песков в виду их несвязности как грунта, нет необходимости определять характер "цемента", "заполнителя" вследствие их отсутствия по пескам. В остальном при определении петрографической, фациальной характеристики песчаных грунтов используется [12].

Петрографическая и фациальная характеристика песчаных грунтов (песков) (прил. 7, графы 2–5) вполне достаточна для дальнейшего решения задачи определения их таксономических подразделений в рангах класс, группа, подгруппа, тип, вид [7, графы 6–10; 4, табл. 2, с. 6, 7].

Требуемые в задаче определения показателей физикомеханических свойств разновидностей грунтов в цифровом выражении (прил. 7, графа 11) для каждой индивидуальной задачи снимаются (берутся) со второй строки [7, с. 19–30].

Основными показателями физико-механических свойств песков являются:

а) гранулометрический состав количественное соотношение частиц различной крупности в дисперсных грунтах;

б) Jd степень плотности песков. Определяется по формуле

где е коэффициент пористости грунта; max коэффициент пористости в предельно-плотном сложении; min коэффициент пористости в предельно-рыхлом сложении.

в) Cн степень неоднородности гранулометрического состава песков

Определяется по формуле

Cн d 60 , d10

8

где d 60 и d10 диаметры частиц, мм, меньше которых в грунте

содержится соответственно 60 и 10% (по массе) частиц.

е коэффициент пористости грунта. Определяется по формуле

e ρs ρ ,

ρ

где ρs плотность частиц грунта, г/см3; ρ плотность сухого грунта, г/см3;

г) Sr коэффициент водонасыщения (степень влажности) грунта. Коэффициент водонсыщения можно определить как отношение объёма воды в порах (Vв ) к общему объёму пор в породе

(Vп ):

Sr Vв . Vп

Это степень заполнения объёма пор водой.

д) Jr относительное содержание органического вещества. Это отношение массы сухих растительных остатков к массе абсолютно сухого грунта, Dsal степень засолённости грунта, %. Это количество водорастворимых солей в грунте;

е) Еh относительная деформация пучения. Характеристика, отражающая способность грунта к морозному пучению.

ж) t температура грунта, ·С.

Показатели Jd, Cн , е рассчитываются. Данные для их расчётов, а также показатели, полученные опытным путём, приведены в [7, графы 4, 5–17, 28, 34, 38, 41, 42].

Наименования разновидностей (оценка) песков согласно показателям их физико-механических свойств определяются по [4, табл. Б.10, Б.17, Б.18, Б.19, Б.23, Б.26, Б.27], а также [4, прил. Б, с. 21, 23–26]. Пример заполнения отчётной формы по всем задачам лабораторной работы и вывод по ним приведены в приложении 7.

9