Мерзлые грунты. Определение и классификация ГОСТ 25100-2011 презентация

Основные классы грунтов (Таблицы 1-4)
I КЛАСС ПРИРОДНЫХ СКАЛЬНЫХ ГРУНТОВ
II КЛАСС ПРИРОДНЫХ ДИСПЕРСНЫХ ГРУНТОВ
III КЛАСС ПРИРОДНЫХ МЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ
IV КЛАСС ТЕХНОГЕННЫХ ГРУНТОВ (СКАЛЬНЫХ, ДИСПЕРСНЫХ И МЕРЗЛЫХ)

Приложение Л к СП 11-105-97 с дополнениями (60% площади РФ)

Мерзлые грунты как основания зданий и сооружений
Мерзлые грунты, содержащие в своем составе лед и обладающие криогенными структурными связями, характеризуются высокой прочностью и низкой сжимаемостью по сравнению с их немерзлыми (талыми) аналогами.

Рисунок из http://www.buildcalc.ru/Learning/BasesAndFoundations/Open.aspx?id=Chapter12&part=16
Протаивание мерзлых грунтов
Тепловое воздействие зданий и сооружений вызывает протаивание мерзлых грунтов. Протаивание приводит к потере прочности и увеличению сжимаемости, а также к уменьшению объема грунтов основания (усадка). Это, в свою очередь вызывает деформации и разрушение зданий и сооружений.
При протаивании лед, содержащийся в грунтах основания переходит в воду. Это приводит к уменьшению объема протаявшего массива и разрушению криогенных связей.

http://build-chemi.ru/articles/fotos/99347795500.jpg
Морозное пучение
Промерзание талых грунтов в зимнее время приводит к возникновению в их толще напряжений (сил морозного пучения) и увеличению объема (морозному пучению). Морозное пучение приводит в выпиранию и опрокидыванию фундаментов, выпиранию заглубленных в грунт труб и иных объектов.
Силы: А— тяжести, Б — сопротивления грунта, синие стрелки- морозное пучение
При промерзании поровая вода, содержащаяся в грунтах основания, переходит в лед. Это приводит к увеличению объема промерзшего массива и образованию в нем напряжений.

http://http://strmnt.com/wp-content/uploads/2012/08/pig1.jpg
Силы: а— тяжести, б — сопротивления грунта, в- морозное пучение
1- выпирание фундамента, 2- разрыв стен, 3- опрокидывание
Морозное пучение

Морозное пучение и усадка
Увеличение объема грунта при промерзании называется морозным пучением.
вода ->лед => увеличение объема, вызывающее появление сил морозного пучения
Уменьшение объема грунта при протаивании называется усадкой протаивания.
лед ->вода => уменьшение объема

Керны из мерзлых грунтов

Примеры повреждения зданий при протаивании
(по А.Бручкову,

Выпучивание трубопроводов

Генезис мерзлых грунтов
Мерзлые грунты образуются при промерзании грунтового массива в условиях отрицательных среднегодовых температур. Промерзание распространяется вниз по разрезу грунтовой толщи от земной поверхности.

Определения
Грунт мерзлый — грунт, имеющий отрицательную или нулевую температуру, содержащий в своем составе видимые ледяные включения и (или) лед-цемент и характеризующийся криогенными структурными связями.
Криогенные структурные связи грунта — кристаллизационные связи, возникающие во влажных дисперсных и трещиноватых скальных грунтах при отрицательной температуре в результате цементации льдом.
Криогенная текстура — совокупность признаков …, обусловленная ориентировкой, относительным расположением и распределением различных по форме и размерам ледяных включений и льда-цемента.

Виды и разновидности мерзлых грунтов
Грунт многолетнемерзлый (синоним — грунт вечномерзлый) — грунт, находящийся в мерзлом состоянии постоянно в течение трех и более лет.
Грунт сезонномерзлый — грунт, находящийся в мерзлом состоянии периодически в течение холодного сезона.
Грунт морозный — скальный грунт, имеющий отрицательную температуру и не содержащий в своем составе лед и незамерзшую воду.

Грунт сыпучемерзлый (синоним — «сухая мерзлота») — крупнообломочный и песчаный грунт, имеющий отрицательную температуру, но не сцементированный льдом и не обладающий силами сцепления.
Грунт охлажденный — засоленный крупнообломочный, песчаный и глинистый грунт, отрицательная температура которого выше температуры начала его замерзания.
Грунт твердомерзлый — дисперсный грунт, прочно сцементированный льдом, характеризуемый относительно хрупким разрушением и практически несжимаемый под внешней нагрузкой.
Грунт пластичномерзлый —дисперсный грунт, сцементированный льдом, но обладающий вязкими свойствами и сжимаемостью под внешней нагрузкой.

Таблица 3 ГОСТ 25100-95
Мерзлые скальные и полускальные грунты относятся к подгруппе промерзших и типу ледяных минеральных. Выделение видов проводится на той же основе, что и для природных скальных и полускальных.
Мерзлые дисперсные грунты относятся к группе связанных грунтов, подгруппам осадочных, типам ледяных минеральных, ледяных органо-минеральных и ледяных органических. Выделение видов проводится на той же основе, что и для природных дисперсных грунтов.

Льды- группы, подгруппы, типы
В составе мерзлых грунтов выделяется отдельная группа ледяных грунтов.
Подгруппы: конституционные (внутригрунтовые), погребенные, пещерно-жильные льды.
Типы:
Конституционных льдов- сегрегационные, инъекционные, ледниковые
Погребенных льдов- наледные, речные, озерные, морские, донные, инфильтрационные (снежные)
Пещерно-жильных льдов- жильные, повторножильные, пещерные

Конституционные льды
Конституционный лед- образуется при промерзании увлажненных горных пород из воды, находящейся в этих породах.
Подразделяется на типы:
Сегрегационный- лед, выделившийся внутри или на поверхности промерзающей глинистой или торфяной толщи в результате выжимания льда и воды из глубины к фронту промерзания (к кровле толщи).
Инъекционный- лед, возникший при замерзании внедрений напорных подземных вод.
Ледниковые- льды современных ледников

Погребенные льды
Погребенные льды- льды образовавшиеся в геологическом прошлом на поверхности и перекрытые ныне более молодыми слоями грунта.
Наледи- слоистый ледяной массив на поверхности земли, льда или инженерных сооружений, образовавшийся при замерзании периодически изливающихся грунтовых или речных вод
Инфильтрационные льды- льды, образованные из снега, погребенного в составе грунтовой толщи (под воздействием давления вышележащих слоев грунта снег уплотнился, перекристаллизовался и превратился в лед)
Озерные, морские, речные льды- льды образованные на берегах, осушках, пляжах

Пещерно-жильные льды
Пещерно-жильные льды- льды, образовавшиеся в результате замерзания воды в трещинах толщ горных пород и карстовых полостях (пещерах)
Жильные льды- льды, образованные в трещинах
Повторножильные льды- льды, заполняющие трещины, возникшие в результате растрескивания пород под воздействием промерзания
Пещерные льды- льды, возникающие в карстовых полостях (пещерах) полускальных осадочных пород

Выделение разновидностей
Классификационные показатели:
1. Льдистость за счет видимых ледяных включений;
2. Температурно-прочностные свойства;
3. Степень засоленности;
4. Криогенная текстурa

Льдистость
Суммарная льдистость мерзлого грунта Itot, д. е., — отношение содержащегося в нем объема льда к объему мерзлого грунта.
.
Льдистость грунта за счет видимых ледяных включений Ii, д. е., — отношение содержащегося объема видимых ледяных включений к объему мерзлого грунта

По льдистости за счет видимых ледяных включений Ii, грунты подразделяют согласно таблице Б.29.
Скальные-полускальные и дисперсные:
Слабольдистые
Льдистые
Сильнольдистые
Очень сильнольдистые

По температурно-прочностным свойствам грунты подразделяют согласно
таблице Б.30
Пластичномерзлые
Твердомерзлые
Сыпучемерзлые

По степени засоленности Dsal (для морского типа засоления — NaCl, Na2SO4 более 90 %) грунты подразделяют согласно таблице Б.31
Пески и глинистые грунты по суммарному содержанию легкорастворимых солей, от % массы сухого грунта:
Слабозасоленные
Среднезасоленные
Сильнозасоленные

По криогенной текстуре грунты подразделяют согласно таблице Б.32
Скальные грунты- трещинная, пластовая, полостная
Полускальные- массивная
Глинистые и органоминеральные- массивная, слоистая, сетчатая, атакситовая
Органические- порфировидная, слоистая, сетчатая, атакситовая
Пески- массивная, слоистая, сетчатая, базальная
Крупнообломочные- массивная, корковая, базальная

Описание криотекстур
Массивная- однородная масса, сцементированная невидимым для глаза льдом-цементом
Слоистая- лед содержится в виде тонких сплошных или прерывистых слоев
Сетчатая- лед содержится в тонких пересекающихся слоях, формирующих на срезе сетку
Базальная- лед содержится в порах между минеральными частицами, минеральная составляющая в общем объеме преобладает
Атакситовая- взвешенные в ледяной массе минеральные частицы и агрегаты, ледяная составляющая в общем объеме преобладает
Корковая- лед образует корки и линзы у поверхности крупных обломков
Порфировидная- лед содержится в гнездах в виде отдельных крупных кристаллов или кристаллических сростков, вкрапленных во вмещающий грунт
Пластовая- лед наблюдается по плоскостям напластования внутренних слоев различного состава
Трещинная и полостная- лед содержится в трещинах и полостях горной породы

Графическое изображение криотекстур

Примеры разновидностей
Суглинок легкий пылеватый твердомерзлый льдистый массивной криотекстуры слабозасоленный
Торф пластичномерзлый сильнольдистый сетчатой криотекстуры высокозольный
Глина тяжелая пластичномерзлая слабольдистая тугопластичная слоистой криотекстуры
Песчаник аркозовый слоистый прочный слаботрещиноватый морозный слабольдистый трещинной криотекстуры

Некоторые виды и разновидности грунтов
Криопеги- горизонты внутри мерзлой грунтовой толщи, содержащие высоконапорные сильноминерализованные грунтовые воды, имеющие отрицательную температуру. При вскрытии скважиной дают мощный фонтан соленой воды
Едома- природные грунтовые образования, широко развитые в равнинной части Западной и Восточной Сибири, состоящие в основном из льда, в котором содержаться минеральные и органические (в основном торф) растительные остатки.
Перелеток- слой мерзлого грунта, сохраняющийся более одного холодного сезона, но менее 3-х лет

Образование мерзлых грунтов
Природные мерзлые грунты образуются в результате замерзания грунтовых толщ в условиях холодного климата и отрицательной среднегодовой температуры в континентальных условиях. Процесс промерзания протекает в геологическом времени (тысячи и миллионы лет).
Таяние грунтов в естественных условиях происходит под воздействием внутреннего тепла Земли (глубинного теплового потока) и с поверхности при потеплении климата или при затоплении мерзлых толщ морскими водами (трансгрессии). Также протекает в геологическом времени.
Современные мерзлые толщи имеют мощность до 1км (на Ямале до 600-800м). Подошва мерзлых толщ залегает на глубине, где наблюдается нулевой баланс между глубинным теплопотоком и воздействием поверхностных отрицательных температур.

Типы промерзания
Сингенетическое промерзание- промерзание пород по мере их накопления (седиментации). Отличаются высокой льдистостью, часто содержат мощные (до 5-10м) слои льда. Характерна слоистая криотекстура.
Эпигенетические- промерзают после накопления (седиментации). Их льдистость, как правило, ниже чем в сингенетических. Криотекстуры в основном сетчатые.