Обоснования границ классификационных интервалов для песчаноглинистых грунтов по результатам зондирования.

 

В 1988 году Кингом с соавторами была предложена 4-ёх градационная классификационная система оценки степени литификации (цементации) песчано-глинистых пород в зависимости от значений лобовых сопротивлений, полученных при статическом зондировании (табл. 5.8)

 

Табл. 5.8

Классификационная система оценки степени литификации песчано-глинистых грунтов по Кингу с соавторами (1988) (по книге «Пенетрационные испытания в геотехнической практике». Лунн, Робертсон, Пауэлл, 1988; с. 103, табл. 5.17)

Лобовые сопротивления, qc, МПа	Степень «окаменения» (литификации) тонкозернистых пылевато-глинистых грунтов (размер частиц от менее 0,002 до 0,06 мм)	Степень «окаменения» (литификации) тонкозернистых пылевато-глинистых грунтов (размер частиц от менее 0,002 до 0,06 мм)
0-2	Очень слабая степень литификации very weakly indurated	Очень слабая степень цементация very weakly cemented
2-4	Слабая степень литификации weakly indurated	Слабая цементация степень weakly cemented
4-10	Умеренная степень литификации Firmly indurated	Умеренная степень цементация firmly cemented
Более 10	Высокая степень литификации well indurated	Высокая степень цементации well cemented

 

 

 

При соотнесении русских и английских понятий к первым трём категориям применим термин «грунт» (soil), а к последней категории - термин «порода» (rock). За пределами классификации, когда, применение статического зондирования практически невозможно, оказываются такие разновидности горных пород как тонкозернистые известняки, кристаллические известняки, песчаники на карбонатном цементе кластической, биокластической или оолитической текстуры, конгломераты и брекчии и т. п. Совершенно ясно, что найти обоснованные границы классификации, отражающие историю формирования грунта, его структурных связей, и связать их с особенностями самого метода испытания грунта зондированием, представляет большой научный и практический интерес. С этих позиций интервалы в указанной классификации Кинга носят чисто эмпирический характер и вряд ли являются универсальными для всех регионов. Это сомнение подтверждает и анализ материалов зондирования по Санкт - Петербургу. Особенно это касается крайних интервалов: менее 2 МПа и более 10 МПа.

 

В частности, для суждения о степени литификации и уплотнения необходимо использовать всю совокупность замеров в пределах анализируемого интервала. Средние значения, обычно используемые для нормативной оценки грунтов, ничего не могут дать для построения научного объяснения по данной проблеме. Необходимо построить некоторую теоретическую модель породообразования, соответствующую закономерностям гравитационной сортировки и упаковки обломочного материала в субаквальных условиях. В этой модели важно учесть не только степень «окаменения» или цементации, свидетельствующие об изменении характера и прочности структурных связей, но и характер упаковки зёрен, определяющий степень уплотнения грунтов (степень концентрации твёрдой фазы в единице объёма). Наблюдаемый в геологической практике процесс постепенного упрочнения субаквальных осадков по мере их перекрытия более молодыми слоями позволяет предложить эволюционную ступенчатую

 

 

модель формирования прочности однородной по составу горной породы, в которой переходы между соседними категориями носят устойчивый и системный характер. Для указанной дели полезно вспомнить так называемое «золотое число» 1,618, на котором основаны общие представления о формировании в природе устойчивых адаптационных систем, как органического, так и неорганического происхождения. Это число также хорошо известно архитекторам, проектировщикам и строителям при проектировании и создании устойчивых конструкций. Можно предположить, что в ходе прогрессивного литогенеза субаквальные осадки должны последовательно проходить стадии литификации (окаменения и упрочнения) в гравитационном поле нашей планеты в рамках названной модели. Конечно, в реальности данная модель постоянно нарушается в силу изменчивости граничных условий литогенеза, но именно отклонения от идеальной модели должны позволить наиболее полно и всесторонне рассматривать историю формирования любой осадочной толщи неоднородного состава.

 

Если за начало отсчёта для такой модели, учитывая её практическое приложение для строительства, выбрать интервал прочности, характеризующийся значениями лобовых сопротивлений в 1 МПа, то, последовательно применяя умножение на 1,618, получим следующий ряд значений:

 

«1» — «1,618» - «2,62» - «4,24» — «6,85» - «11,09» — «17,94» -«29,03» - «46,97» и т. д.

 

Переходя к округлённым значениям и объединив соседние интервалы, для неоднородной песчано-глинистой (органогенно-минеральной) массы грунта можно предложить последовательность классификационных интервалов следующего характера:

•- Первая степень-литификации- (окаменения,-цементации) (very—weakly –indurated or cemented - предельно слабая) - при значениях лобовых сопротивлений меньше 1 МПа (в принципе при обсуждении проблем

 

формирования и упрочнения структурных связей в ходе диагенеза и раннего катагенеза осадков возможны и более дробные градации);

 

• Вторая степень литификации (weakly indurated or cemented - слабая) от 1 до 3 МПа;

 

• Третья степень литификации (firmly indurated or cemented - умеренная) от 3 до 7 МПа;

 

• Четвёртая степень литификации (well indurated or cemented - высокая) от 7 до 18 МПа;

 

• Пятая степень литификации (hard, very stiff -soil, over-consolidated, cemented - очень высокая; жёсткие, переуплотнённые грунты) от 18 до 47 МПа.

 

В реальных геологических телах, составленных обломочными породами и формирующихся в пульсационном режиме (озёрные, морские, озёрно-ледниковые, флювиогляциальные, моренные, лёссовые отложения) распределение значений лобовых и боковых сопротивлений для крупных седиментационных циклов скорей всего, будет носить нестационарный характер, обусловленный направленностью и частотой смены пульсаций поступления обломочного материала различной крупности в границах определённой фациальной зоны. В пределах каждого литостратиграфического комплекса статическое зондирование в сущности обнаруживает широкий спектр осадков, находящихся в различном физическом состоянии и различающихся своим деформационным поведением. Это хорошо было видно при наложении всей совокупности замеров параметров зондирования в пределах выделяемых слоёв (или инженерно-геологических элементов) на график Робертсона (1986). Таким образом, для генетических выводов и сравнительного анализа по материалам зондирования имеет смысл использовать указанные графики и столбчатые гистограммы распределения лобовых сопротивлений в классификационных интервалах, отвечающих рассмотренной выше идеальной модели прочности однородной грунтовой

 

 

массы. Для зондировочных испытаний грунтов, имеющих дело, как правило, с неоднородными геологическими разрезами, возможность интегрального подхода трудно переоценить. Столбчатые диаграммы, отражающие реальное распределение замеров параметров зондирования в рамках рассмотренной системной модели прочности, позволяют наиболее адекватным способом оценить физическое состояние грунтов в границах выделяемого слоя или инженерно-геологического элемента и увязать между собой различные деформационные и прочностные показатели на единой генетической основе в условиях естественного залегания, не прибегая к таким неустойчивым и сомнительным оценкам как консистенция грунтов в нарушенном состоянии. Следует подчеркнуть, что подобная комплексная методика анализа результатов зондирования позволяет в полной мере использовать материалы зондирования даже при отсутствии замеров порового давления. Применение пьезозондов с камерами порового давления, несомненно, позволит ещё более углубить предлагаемую методику интегральной оценки при уточнении значений лобовых и боковых сопротивлений.