Скальный грунт – это сыпучий материал с высокой прочностью, которую обеспечивают кристаллические и цементационные связи между частицами. Он распространен в горных регионах и тех местах, где скалистые породы расположены близко к поверхности.
Характеристик этого материала существует много. Мы привели здесь те, которые имеют наибольшее практическое значение.
Основные свойства скальных грунтов:
- Прочность
- Плотность
- Пористость
- Коэффициент выветрелости
- Гранулометрический состав
- Влажность
- Водопроницаемость
- Размягчаемость в воде
- Растворимость в воде
- Кислотность
Далее мы опишем каждое из приведенных выше свойств.
Прочность
Прочность скального грунта – это его устойчивость к разрушению под воздействием механических нагрузок. Она измеряется в МПа и определяется максимальным давлением, при котором структура образца разрушается. На грунт действуют разные типы напряжения.
Чтобы получить максимум информации о его прочности, пробы подвергают следующим испытаниям:
- Одноосному сжатию
- Одноосному растяжению
- Плоскостному сдвигу
- Трехосному сжатию
Скальные грунты относятся к одним из самых устойчивых к разрушению, так как частицы соединяются между собой крепкими кристаллическими либо цементационными связями.
По прочности они разделяются на несколько разновидностей:
- Очень прочные
- Прочные
- Средней прочности
- Малопрочные
Полускальные грунты бывают:
- Пониженной прочности
- Низкой прочности
- Очень низкой прочности
Самые высокие характеристики имеют скальные грунты, образованные магматическими породами. Метаморфические чувствительны к плоскостным сдвигам, так как имеют слоистую структуру и больше цементационных связей. Осадочные грунты слабые, большинство из них относятся к полускальным.
Плотность
Плотность – это соотношение массы и объема грунта.
Она состоит из нескольких показателей:
- Общая – исследование грунта в его естественном состоянии
- Плотность твердой фазы – исследование уплотненного образца (не учитывается объем пор)
- Плотность скелета – исследование сухой пробы с учетом объема пор
По уровню плотности скальные грунты разделяются на:
- Очень плотные
- Плотные
- Средней плотности
- Низкой плотности
От показателя напрямую зависит прочность материала. У большинства скальных грунтов он высокий, но первое место здесь занимают магматические породы. Показатель увеличивается при преобладании тяжелых минералов и высокой влажности. На плотность осадочных грунтов во многом влияет количество и размер пор в их структуре.
Пористость
Пористость грунта – это объем всех пор в образце определенного размера. Она определяется после получения показателей плотности. Обозначается в процентах или долях единицы. Для уточнения характеристики также важно знать коэффициент пористости. Он являет собой отношение объема пор к объему сухого вещества или скелета пробы.
По уровню пористости выделяют такие разновидности:
- Непористые (меньше 3%)
- Слабопористые (3-10%)
- Среднепористые (10-30%)
- Сильнопористые (больше 30%)
Пористость большинства скальных грунтов низкая. Например, у габбро и базальтов она меньше 1%, у многих метаморфических видов равна всего 1-2%. Высокой пористостью обладают растворимые грунты (известняк, доломит, гипс). Чем больше промежутков между твердыми частицами, тем лучше в них накапливается вода. Зимой, когда она замерзает, объем увеличивается и разрушает структуру. Поэтому грунты с большой пористостью обладают низкой морозостойкостью.
Коэффициент выветрелости
Скальные грунты, как и любые другие, образуются в процессе выветривания породы. Он бывает физическим (без изменения состава), химическим и биологическим. В результате этого процесса сплошной массив породы разрушается, и образуется так называемый рухляк (материал с большими или меньшими зернами).
Коэффициент выветрелости – это отношение объема разрушенного грунта (рухляка) к сплошному массиву, который условно берется за единицу. Коэффициент всегда будет меньше единицы.
По этому показателю скальные грунты разделяют на:
- Слабовыветрелые (1-0,9)
- Средневыветрелые (0,9-0,8)
- Сильновыветрелые (меньше 0,8)
К выветриванию более склонны метаморфические и осадочные породы. Но этот показатель зависит не только от минерального состава и прочности связей. Чем старше грунты в том или ином регионе, тем большая часть их будет выветренной. Также влияют на состояние скального грунта климат и химический состав подземных вод. Порода быстрее разрушается в умеренных зонах, из-за зимних морозов. Способствуют повышению скорости выветривания ветры, землетрясения, паводки, интенсивное таяние снега весной.
Гранулометрический состав
Частицы скального грунта могут иметь различные размеры – от крупных обломков до мелких песчинок и пыли. Чаще всего гранулометрический состав определяют с помощью сит с разным размером отверстий. Их устанавливают друг над другом: емкости с крупными ячейками находятся сверху, а с мелкими – в самом низу. Пробу просевают и подсчитывают, сколько зерен осталось в каждой посудине.
Для изучения характеристик грунта важно не только подсчитать зерна, но и понять, насколько материал однородный. Для этого выделяют фракцию, превосходящую по крупности 60% зерен, а также фракцию, меньше которой является только 10% частиц. Соотношение подсчитывают по специальной формуле. Скальные грунты с однородным составом обладают лучшей прочностью и водопроницаемостью.
Влажность
Влажность скального грунта – это степень насыщенности его водой. Определяется по разнице массы пробы в естественном и высушенном состояниях. Иногда для этого используют специальные приборы – влагомеры. Для поверхностных материалов этот показатель нестабильный, меняется в зависимости от температуры воздуха, количества осадков, времени года. Для грунтов, которые залегают глубоко под землей, влажность можно определить с большей точностью.
У насыщенных водой скальных грунтов падает несущая способность. Поэтому важно делать поправку на этот показатель при планировании строительства.
Водопроницаемость
Водопроницаемость – это способность насыщенного влагой грунта пропускать воду под действием градиента напора. Согласно закону Дарси, она прямо пропорциональна этому градиенту. Определяют свойство по коэффициенту фильтрации. Он показывает, сколько метров или сантиметров в сутки проходит вода при градиенте напора, равном единице.
По коэффициенту фильтрации скальные грунты делятся на такие разновидности:
- Водонепроницаемые
- Слабоводопроницаемые
- Водопроницаемые
- Сильноводопроницаемые
- Очень сильноводопроницаемые
Фильтрация воды всегда проходит через сообщающиеся пустоты. В скальных грунтах это крупные каверны между частицами, трещины и открытые поры. Чем выше плотность и ниже пористость, тем хуже проходит фильтрация. На водопроницаемость влияет гранулометрический состав материала. Свойство больше выражено в мелкозернистых и среднезернистых грунтах с приблизительно одинаковыми размерами частиц.
Размягчаемость в воде
При замачивании в воде часть связей в грунте разрушается. В результате теряются его плотность и прочность, материал становится мягким, менее устойчивым к осевым нагрузкам. В отличие от дисперсных грунтов, скальные никогда не теряют своей структуры полностью. Определяют показатель по соотношению предела прочности при одностороннем сжатии у сухого и насыщенного влагой образцов. Измеряется он в долях единицы.
По этому критерию скальные грунты разделяют на:
- Неразмягчаемые (коэффициенты 0,75-1)
- Размягчаемые (коэффициент меньше 0,75)
Коэффициент размягчаемости зависит от минерального состава материала, его плотности и количества пор. Меньше всего поддаются воздействию воды магматические и некоторые метаморфические породы. Осадочные размягчаются быстрее, особенно при большом содержании глины. Насыщение влагой грунтов в естественных условиях постоянно меняется. Материал с высокой способностью к размягчению легче деформируется, что ведет к проседанию фундаментов зданий, основы дорожного полотна.
Растворимость в воде
Растворимость скального грунта – это его способность образовывать гомогенную смесь с водой при заданной температуре и давлении. Показатель определяется по максимальному количеству материала, который способен раствориться в определенном объеме жидкости. Измеряется мг/л, кмоль/мᶾ.
По растворимости скальные грунты делятся на:
- Нерастворимые
- Труднорастворимые
- Среднерастворимые
- Легкорастворимые
- Сильно растворимые
Свойство зависит, прежде всего, от минерального состава. Самой большой растворимостью обладают осадочные галоидные, карбонатные (известняк, доломит, мел) и сульфитные (гипс, ангидрит) грунты. Показатель зависит также от качественных характеристик жидкости. Например, известняк лучше растворяется в воде, насыщенной углекислотой. Влияют на растворимость размеры зерен: чем частицы меньше, тем она выше.
К растворимым относятся карбонатные, сульфатные и галоидные грунты. В местах их залегания образуются карстовые пещеры. Эту особенность обязательно учитывают при планировании строительства или прокладке дорог. Галоидные и сульфатные разновидности могут растворяться на протяжении срока эксплуатации построек, что ведет к сильному проседанию и разрушению фундаментов через пару лет после закладки на, казалось бы, прочный грунт.
Кислотность
Кислотность обусловлена наличием свободных ионов водорода. Она бывает актуальной и потенциальной. В первом случае говорят о кислотности жидкой фазы, во втором – о рН твердой части грунта. Показатель больше всего зависит от минерального состава материала.
Реакция скальных грунтов колеблется, в широких пределах, от ультраосновной (щелочной) до кислой. У материалов из магматических пород она более стабильная. По этому показателю их даже разделяют на виды. У осадочных пород кислотность меняется в более широких пределах. Например, у известняка она повышается при увеличении содержания карбонатов. Верхние слои грунта больше поддаются изменению рН. При большом количестве осадков кислотность снижается, а в сухую погоду повышается. Влияют на показатель и некоторые техногенные воздействия.
Полную версию данной статьи вы найдете на этой странице.
Также мы рекомендуем ознакомиться с другими полезными статьями на нашем сайте.
#скальный грунт #скала #скальник #стройматериалы #строительные материалы #полезные советы #нерудные материалы #сыпучие материалы #СКАЛИСТЫЙ ГРУНТ #СКАЛЬНАЯ ПОРОДА