Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow География arrow Грунтоведение

Классификационные показатели грунтов, содержащих органическую компоненту

При проведении инженерно-геологических изысканий для классификации по разновидностям (табл. 2.16) органо-минеральных (заторфованных грунтов, илов и сапропелей) и органических грунтов (торфов и сапропелей) следует устанавливать содержание органического вещества I,, Классификация органо-минеральных грунтов проводится так же, как и для минеральных связных (глинистых) грунтов (табл. 2.3 и 2.16). Для торфов необходимо дополнительно определять степень разложения органического вещества Dpj, а также рекомендуется находить зольность Das /75/, ботанический состав для определения DIMj [48] (табл. 2.18) и коэффициент консолидации с,.

При проведении изысканий следует отдавать предпочтение полевым методам исследования грунтов в массиве, учитывая специфические свойства органо-минеральных и органических грунтов, особые условия их залегания и трудности отбора образцов без нарушения природного сложения. Необходимо особое внимание уделять исследованиям содержания в грунтах органических веществ, определению профиля минерального дна и свойств слагающих его грунтов.

Классификационные показатели органо-минеральных грунтов и их определение

Ил - водонасыщенный современный осадок, преимущественно морских акваторий в начальной стадии своего формирования, содержащий органическое вещество в виде растительных остатков и гумуса, состоящий в основном из пылеватых и глинистых частиц с примесыо песчаных зерен. Илами называются грунты, отложенные на этапе седиментации и претерпевшие самые ранние диагенетические-постгенетические изменения. Они занимают первое место в ряду преобразования глинистых осадков в глины: илы - слабоуплотненные глины - уплотненные глины.

Илы формируются в пресноводных и соленых озерах, в акваториях морей и океанов, на шельфе, на континентальном склоне и в глубоководных впадинах. Морские илы имеют наибольшее распространение в условиях континентального шельфа (палеодолины, заливы, эстуарии, конуса выноса рек), в прибрежной части Черного, Азовского и Каспийского морей и в приморских районах Дальнего Востока.

Основными компонентами илов являются: терригенный материал, различный по дисперсности и минералогическому составу, органическое вещество и вода. Содержание органических веществ в илах, как правило, менее 10%. В состав органического вещества илов входят скелетные образования и продукты жизнедеятельности организмов, обитавших на дне моря (бентос) и находящихся во взвешенном состоянии (фито- и зоопланктон).

Минеральный состав крупной фракции илов разнообразен, они содержат кварц, полевые шпаты, слюду и роговую обманку, состав глинистой фракции пол и дисперсный. Остатки морских организмов (бентос, фито- и зоопланктон), а также остатки их жизнедеятельности составляют 90 % общего содержания органических веществ. Илы, отложившиеся на дно в периоды с наличием растворенного кислорода в придонном слое воды, имеют светлую окраску, при дефиците кислорода в иле образуются сульфидные соединения, придающие ему черный цвет. С течением времени органичнские отложения в более глубоких слоях минерализуются вследствие разложения органических веществ, образуются сапропелиты глинистые, кремнеземистые, известковые, переходящие в озерный мел, и железистые.

По гранулометрическому составу с учетом коэффициента пористости среди илов выделяются супесчаные > 0,9), суглинистые (е > 1) и глинистые илы (е > 1,5). Микростроение глинистых и суглинистых илов - ячеистое, для супесчаных илов - скелетное. Обычно илы имеют коэффициент пористости 0,9...1,5 д. ед. (величина е возрастает от супесчаных к глинистым разновидностям), влажность 0,7...0,8 д. ед. (до 2,0 у глинистых илов, богатых органическими веществами), содержание частиц мельче 0,01 мм составляет 30...50% по массе. Плотность твердых частиц - 2,22...2,83 г/см3, плотность естественная - 1,17...2,02 г/см3, плотность скелета от 1,15 до 1,60 г/см3. Консистенция текучая, скрытотекучая, реже текучепластичная или пластичная [111].

При описании донных отложений озер используют преимущественно классификацию осадков Н.М. Страхова, водохранилищ - классификацию осадков М.В. Кленовой (табл. 2.13). Помимо терригенных алевритовых и глинистых илов в классификации Н.М. Страхова выделяются осадки хемогенные: карбонатные, кремнистые и биогенные, обогащенные органическими веществами, если в химическом составе осадков содержится, соответственно, СаСОз, Si02 и органического вещества 10 % и более (сапропель).

Таблица 2.13

Классификации осадков в водоемах

По М.В. Кленовой

По Н.M. Страхову

Донные

отложения

Количество частиц размером <0,01 мм, %

Тип отложении терригенных осадков

Средний диаметр частиц, мм

Песок

<5

Пески

>0,1

Илистый песок

5... 10

Крупноалевритовые илы

0.1 ...0.05

Песчанистый ил

10...30

Мелкоалевритовые илы

0,05...0,01

Ил

30...50

Глинистые илы

<0,01

Глинистый ил

>50

Особой разновидностью морских илов являются иольдиевые глины, представленные глинами и суглинками. Верхние слои иольдиевых отложений общей мощностью от 0,3 до 2,0 м имеют сравнительно высокую плотность и прикрывают нижележащую толщу отложений, характеризующихся высокой влажностью (>60 %), малыми значениями объемного веса скелета грунта (<1), резкой потерей несущей способности после разрушения естественной структуры, тиксотропными свойствами.

Учитывая то, что многие илы Мирового океана, согласно критерию Аттерберга, относятся к грунтам текучей консистенции (w > и1/), для морских илов консистенция не может выступать в качестве критерия для выделения инженерно-геологических горизонтов. Поэтому возникла необходимость доработки существующих классификаций применительно к условиям морского дна, в первую очередь в части более дробного разделения грунтов малой степени литификации [64].

Я.В. Неизвестнов предложил специальную инженерно-геологическую классификацию морских грунтов (табл. 2.14), где разделение связных грунтов с коагуляционными связями проводится по их прочности, выраженной сопротивлением вращательному срезу грунта естественного сложения - недренированной прочностью, с„. В основу создания инженерно-геологической классификации донных грунтов Мирового океана была положена классификация Ф.П. Саваренского и В.Д. Ломтадзе с учётом классификации Е.М. Сергеева и ГОСТ 25100.

Таблица 2.14

Классификация морских донных грунтов [64]

Классы

Г руины

Подгруппы

I. Устойчивые

1а. Твёрдые скальные (кристалли- "анионные и прочные цементационные связи)

Весьма высокой прочности (Я< > 400 МПа)

Высокой прочности (R, от 50 до 400 МПа)

II. Относительно устойчивые

ІІа. Относительно твёрдые Полускальные (преимущественно цементационные связи)

Прочные (R. от 15 до 50 МПа)

Средней прочности (R, от 2,5 до 15 МПа)

Малой прочности (R. от 0.5 до 2.5 МПа)

ІІб. Рыхлые

Относительно прочные (φ > 30°) (преимущественно механические связи)

Относительно слабые (φ < 30°)

ІІв. Мягкие (преимущественно ближние коагуляционные связи)

Полутвёрдые (с„ > 50 к11а)

Тугопластичные (с„ от 20 до 50 кПа)

Мягкопластичные (<„от 10 до 20 кПа)

Текучепластичные (с„ от 5 до 10 кПа)

ІІг. Слабые (преимущественно дальние коагуляционные связи)

Вязкотекучне (с„ от 1 до 5 к11а)

Жидкотекучие (с„ < 1)

III. Неустойчивые

ІІІа. Растворимые и выщелачиваемые

Слаборастворимые (растворимость <1г/л)

Сильнорастворимые (растворимость >1г/л)

ІІІб. Мёрзлые льдистые и содержащие кристаллогидраты

Слабопросадочные (относительная просадочность при оттаивании под нагрузкой 0.1 МПа 0.01 ...0,10)

Сильнопросадочные (относительная просадочность при оттаивании пол нагрузкой 0,1 МПа свыше 0,10)

ІІІв. Обогащённые органическим веществом

Слабообогащенные (с содержанием органического вещества 0,10...0,25)

Срсднеобогащённые (с содержанием органического вещества 0.25... 0.50)

Сильнообогащённін (с содержанием органического вещества свыше 0,50)

Классы выделены по устойчивости грунтов под воздействием нагрузок от сооружений: устойчивые (практически недеформируемые), относительно устойчивые (слабо деформируемые мри соответствии нагрузок физико-механическим свойствам) и неустойчивые (подвергающиеся интенсивным деформациям до полного разрушения при изменении условий окружающей среды).

Группы устойчивых и относительно устойчивых грунтов выделены по характеру структурных связей: твёрдые скальные (кристаллизационные и прочные цементационные связи), относительно твёрдые полускальные (преимущественно цементационные структурные связи), рыхлые (преимущественно механические связи), мягкие (преимущественно ближние коагуляционные связи) и слабые (преимущественно дальние коагуляционные связи). Группы класса неустойчивых грунтов выделяются по особенностям их свойств и состава, определяющим причины их неустойчивости: растворимые и выщелачиваемые; мёрзлые, льдистые и содержащие кристаллогидраты; обогащённые органическим веществом. Группа рыхлых пород разбита на две подгруппы исходя из значений угла внутреннего трения в водонасыщенном состоянии.

Подгруппы выделяются по прочности грунтов, определяющей их несущую способность. Все морские илы, глины, суглинки, супеси по этой классификации разделены на две группы и 6 подгрупп. Наименования подгрупп глинистых грунтов даны в соответствии с их разделением по консистенции, исходя из эквивалентных значений удельных сопротивлений пенетрации, предложенных В.Ф. Разорёновым, определенных для образцов с нарушенной структурой. Инженерно-геологические подгруппы подразделяются на генетические типы, а генетические типы - на литологические виды [64].

Для илов необходимо определять карбонатность (содержание карбоната кальция), учитывая широкое развитие карбонатных пород в отложениях озер и южных морей России (Черное и Каспий), а также существенные отличия этих грунтов (по прочностным свойствам и изменчивости) от порол некарбонатных. В практике зарубежных изысканий карбонатность определяется непосредственно в море и является одним из основных классификационных свойств (ASTM D4373). В связи с отсутствием в российской инженерно-геологической практике соответствующего стандарта рекомендуется выполнять визуальное определение карбонатности грунтов в соответствии с табл. 2.15 [113].

Таблица 2.15

Визуальное определение карбонатности грунтов [113]

Весовое

содержание

Реакция с 10%-м раствором HCI

Визуальный результат

О.-10%

В глинах нет пузырьков или слабое ценообразование, в песках реакция ограничена отдельными частицами или проявлениями на поверхности

Почти весь грунт сохраняется нерастворенным

10...50%

В глинах ясно видимая продолжительная реакция и ценообразование, в песках интенсивная реакция

Большая часть грунта сохраняется нерастворенной

50...90%

Интенсивная реакция

Только небольшая часть грунта сохраняется нерастворенной

90... 100%

Интенсивная реакция

Грунт почти весь растворяется

Сапропель (от греч. sapros - гнилой и pelos - ил, грязь) - пресноводный ил, образовавшийся на дне застойных водоемов из продуктов распада растительных и животных организмов и содержащий более 10% (по массе) органического вещества в виде гумуса и растительных остатков. При /г > 0,50 д. ед. сапропель относится к органическим грунтам (табл. 2.16). Название "сапропель" было дано озерному илу в конце прошлого столетия Лаутернборном. Это вещество преимущественно биологического происхождения, образующееся под водой, на дне пресноводных водоемов из остатков планктонных и бентосных организмов, при большой роли бактериальных процессов, происходящих в поверхностных слоях отложений при малом доступе кислорода.

Таблица 2.16

Классификация органо-минеральных и органических грунтов [34]

/. Классификация заторфованных глинистых грунтов и песков по относительному содержанию

органического вещества

Разновидность грунтов

Относительное содержание органического вещества /,. д. ед.

Глинистые ГРУНТЫ

Пески

С примесью торфа

0,05 </,<0.10

0,03 </, <0,10

Слабозаторфованный

0.10 </,<0.25

Сильнозаторфованный

0,25 < /, < 0,40

Средиезаторфованный

0.40 </,<0,50

Торф

/, > 0.50

2. Классификация сапропелей и илов по относительному содержанию органического вещества

Разновидность сапропелей и илов

Относительное содержание органического вещества /,. д. ед.

Сапропели

Илы

Высокоминеральные

0,10 </, < 0,30

0,03 < /, < 0,07

Среднеминеральные

0.30 < /, < 0.50

0.07 < /, < 0.10

Низкоминеральные

/, > 0,50

/, > 0,10

Классификация илов по числу пластичности

Разновидность грунтов

Чисто пластичности /„. %

Ил супесчаный

1 </п<7

Ил суглинистый

7</„< 17

Ил глинистый

/„>17

Сапропели (называемые также гиттиями) - образования промежуточные между торфами, с одной стороны, и озерными илами и мергелями, с другой. Иногда различают "сапропелевый торф", "известковый сапропель", "глинистый сапропель" и т. д. Эти отложения состоят преимущественно из остатков отмершего планктона и представляют собой студенистую, вязкую массу от тугопластичной до текучей консистенции, разнообразно окрашенную - темно-зеленую, оливковую, серую, коричневую и др. Нередко сапропели имеют микрослоистое строение, переслаиваются с песком и илом и содержат включения древесины, водорослей и т. п.

Сапропелевые грунты подразделяют на сапропелиты и собственно сапропели - органические илы. Содержание органических веществ в первых составляет 30...60 %, во вторых - более 60 %. Эти грунты приурочены к стоячим или слабопроточным водоемам, например зарастающим озерам. Образование их происходит в результате накопления и разложения в условиях резко восстановительной среды остатков фито- и зоопланктона, высших растительных и животных организмов, а также седиментации привнесенного тем или иным путем минерального материала: песчано-пылеватых зерен, глинистых частиц, тонкой гелеобразной массы, находившейся до выпадения в осадок в коллоидально-молекулярном состоянии. Сапропели встречаются в нижнем горизонте торфяников, образовавшихся при зарастании озер. Мощность сапропелей 0,5... 10,0 м (редко больше).

Сапропели в естественном состоянии - это многокомпонентные полидисперсные системы. Содержание органического вещества в сапропелях составляет 15...95% массы сухого вещества. Состав его представлен битумоидами, углеводным комплексом (гемицеллюлозы и целлюлозы), гуминовыми веществами (гуминовыми кислотами, фульвокислотами), негидролизуемым остатком. Основными компонентами органического комплекса сапропелей являются легкогидролизуемые и гуминовые вещества, на которые приходится 60.. .80 % органического вещества. Содержание гуминовых кислот изменяется от 4...9 до 50.. .60 % от органического вещества. Суммарное количество водорастворимых и легкогидролизуемых веществ в сапронелеобразователях от органического вещества составляет

30.. .60 %, в том числе гемицеллюлозы - 10...27%, целлюлозы - 9...39 %. В сапропелях выделено 17 аминокислот, из которых преобладают лизин, аргинин, треонин, метионин, фенилаланин, лейцин, аспарагиновая и глутаминовая кислоты, аланин, пролин, цистеин. Аминокислоты сапропелей в значительной степени входят в состав гуминовых кислот, где азот составляет около 7 % [ 128].

Сапропели имеют коэффициент пористости от 3 до 16д. ед., как правило, текучую консистенцию, высокую дисперсность - содержание частиц крупнее 0,25 мм обычно не превышает 5 % по массе. Характерной особенностью сапропелей является высокое влаго- насыщение в естественном состоянии. Влажность сапропелевых отложений составляет от 100 до 2000...3000 %, плотность твердых частиц изменяется от 1,4 до 2,6 г/см3; плотность скелета - от 0,05 до 0,5 г/см'. Различия объясняются неоднородностью химического состава сапропелей и разным соотношением зольной и органической частей [111].

Основным минералом легкой фракции в сапропели является кварц, часто встречается пирит, глинистая фракция в основном представлена каолинитом. В золе содержатся макроэлементы (кальций, фосфор, сера, калий, кремний и др.), микроэлементы (марганец, медь, кобальт, цинк, бор, молибден, кадмий, никель, фтор, хром, ванадий и другие), их содержание зависит от типовой и видовой принадлежности отложений.

При описании сапропелей следует дополнительно отмечать их разновидность по составу: известковистые, кремнеземистые, детритовые. Среди слабоминеральных сапропелей выделяют грубодетритовые (торфянистые и гумусированные) и тонкодетритовые (водорослевые), диатомовые.

При проведении инженерно-геологических изысканий для классификации сапропелей по разновидностям суммарное содержание всех органических веществ в грунте оценивается величиной относительного содержания органического вещества /„ которое равно отношению массы органического вещества в образце к массе абсолютно сухого грунта и измеряется в долях единицы, или в процентах.

Количество органических веществ I, в сапропелях является их главным классификационным показателем (табл. 2.16) [34], прямо связанным с проточностью водоема. Для определения /г надлежит установить раздельно количество растительных остатков и гумуса.

Определение растительных остатков и содержания гумуса [31]. Растительные остатки следует выделить из грунта сухим или мокрым способом, после чего определить их количество. Для установления количества гумуса необходимо определить содержание углерода разложившихся органических веществ в грунте - органического углерода. Взятую пробу необходимо поместить на стекло с подложенной под него бумагой для фона. Растительные

остатки следует тщательно отбирать под лупой, раздавливая комочки грунта пинцетом (сухой способ). Для ускорения процесса удаления растительных остатков из грунта следует пользоваться неэлектризованной пластинкой из органического стекла, а при больших количествах растительных остатков - применять отмучивание их в водопроводной воде (мокрый способ).

Для определения органического углерода надлежит применять методы: оксидометрический и сухого сжигания [31].

Оксидометрический метод следует применять для определения органического углерода в песчаных и глинистых грунтах, содержащих менее 10% гумуса, а в грунтах, содержащих хлориды, - после удаления последних. Органическое вещество надлежит окислить двухромовокислым калием в сильнокислой среде до образования углекислоты, затем оттитровать избыток двухромовокислого калия раствором соли Мора и определить содержание органического углерода по разности объемов солей Мора, израсходованных на титрование двухромовокислого калия в опыте без грунта и в опыте с грунтом.

Метод сухого сжигания в кислороде следует применять для определения органического углерода в грунтах морского, лиманного, старичного, озерного, болотного происхождения и в грунтах, содержащих более 10 % гумуса, после удаления карбонатов. Окисление углерода бескарбонатной навески грунта следует производить сжиганием этой навески в потоке кислорода при температуре 950...1000 °С до прекращения выделения углекислого газа, учитываемого газообъемным методом, с последующим пересчетом на углерод. Содержание органического углерода в грунте надлежит определять в процентах сухого вещества пробы и пересчитывать на количественное содержание гумуса, применяя коэффициент 1,724.

Почва - это особое природное образование, обладающее некоторыми свойствами, присущими живой и неживой природе. Почва состоит из генетических горизонтов, образующих почвенный профиль и возникающих в результате преобразования растительных остатков и поверхностных слоев литосферы под совместным воздействием воды, воздуха и организмов. Рыхлая толща может иметь мощность от нескольких сантиметров до 1,5...2 метров. Почвы подразделяются на горизонтальные слои или генетические горизонты: гумусово-аккумулятивные, иллювиальные, элювиальные, глеевые, горизонты почв долин, материнская (или почвообразовательная) порода. Сочетание тех или иных горизонтов, их последовательность, морфология дают различные типы почв и характер их строения [60]. В нормативных документах [34] классификация почв не приводится, так как сами почвы попадают под классификацию дисперсных грунтов и при строительстве сооружений верхний дерновый слой обычно удаляется.

Грунт заторфованный - песок и глинистый грунт, содержащий в своем составе в сухой навеске от 10 до 50 % (по массе) торфа. Заторфованные грунты занимают промежуточное положение в ряду: минеральные связные грунты с растительными остатками - заторфованные связные грунты - торф, хотя и включают пески. По относительному содержанию органического вещества /г заторфованные глинистые грунты и пески подразделяют согласно табл. 2.13.

Коррелляция наименований органо-минеральных тонкозернистых грунтов по стандартам ГОСТ 25100, ISO 14688 и ASTM D 2487 проводится по результатам определения содержания органического вещества (по сжиганию) или предела текучести по методу Казагранде (после высушивания при / = 105 °С).

 
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 
Популярные страницы