Назовите основные физико-механические свойства горных пород, необходимые для проектирования и строительства. 
Опишите условия образования и строительные свойства грунтовых отложений (аллювиальные)

Каждый грунт имеет свои, только ему присущие строительные свойства. В оценке свойств грунтов наибольшее значение имеют физико-механические характеристики.

Характеристики физических свойств выражают физическое состояние грунтов (плотность, влажность и др.) и позволяют их классифицировать по типу, виду и разновидностям. Под механическими подразумевают такие свойства, которые появляются в грунтах под воздействием внешних усилий (давления, удара). Механические свойства оцениваются прочностными и деформационными характеристиками грунтов.

Показатели физических и механических свойств скальных и нескальных грунтов между собой довольно значительно различаются, особенно физические. Основные физические и механические свойства скальных и нескальных грунтов приведены в таблице:

Таблица.1. Характеристика скальных грунтов.

Таблица.2. Характеристика нескальных грунтов.

Нескальные грунты характеризуются значительно большим количеством физико-механических свойств. Это связано с их более химико-минеральным составом, разнообразием структур и текстур.

Плотность грунта — отношение массы грунта, включая массу воды в его порах, к занимаемому этим грунтом объему.

Коэффициент размягчения — отношение временных сопротивлений одноосному сжатию скального грунта в водонасыщенном и в воздушно-сухом состоянии.

Степень выветрелости — отношение плотностей выветрелого и невыветрелого образцов одного и того же скального грунта.

Пористость — отношение объема пор к объему всего грунта, включая поры.

Гранулометрический состав — содержание в осадочных горных породах или нескальных грунтах фракций частиц различной крупности, выраженное в % от массы сухого грунта, взятого для анализа.

Плотность сухого грунта — отношение массы сухого грунта к объему, занимаемому этим грунтом (включая поры).

Плотность частиц грунта — отношение массы сухого грунта к объему его твердой части.

Влажность — отношение массы водой, содержащейся в грунте, к массе сухого грунта.

Степень влажности — отношение объема воды, находящейся в порах грунта, к объему пор.

Коэффициент пористости — отношение объема пор к объему твердой части скелета грунта.

Число пластичности — разность между влажностями грунта на границах текучести и пластичности (раскатывания). Характеризует количественное содержание глинистых частиц в грунте. По числу пластичности глинистые грунты подразделяются на супеси, суглинки и глины.

Показатель консистенции — показатель состояния (подвижность) грунта нарушенной структуры при определенной влажности. Равен отношению разности естественной влажности и влажности на границе пластичности к числу пластичности.

Коэффициент фильтрации — скорость фильтрации при напорном (гидравлическом).

Прочность грунтов оценивается максимальной нагрузкой, приложенной к нему в момент разрушения (потери сплошности). Эта характеристика называется пределом прочности Rc, МПа, или временным сопротивлением сжатию.

На прочность грунтов влияют: минеральный состав, характер структурных связей, трещиноватость, степень выветрелости, степень размягчаемости в воде и др. Для нескальных грунтов другой важной характеристикой прочности является сопротивление сдвигу. Определение этого показателя необходимо для расчета устойчивости оснований, а так же для оценки устойчивости грунтов в откосах строительных котлованов, расчета давления грунта на подпорные стены и т. д. Сопротивление сдвигу оценивается силами внутреннего сдвига ц, град и сцепления C, кПа. Под первыми понимают силы сопротивления, которые возникают между соприкасающимися друг с другом частями грунта, а под вторым — сопротивление структурных связей грунта всякому перемещению слагающих частиц.

Деформационные свойства характеризуют поведение грунтов под нагрузками, не превышающими критические и не приводящие к разрушению. Деформируемость грунтов зависит, как от сопротивляемости и податливости структурных связей, пористости, так и от способности деформироваться слагающих их минералов. Деформационные свойства грунтов оценивается модулем деформации E, МПа.

Условия образования и строительные свойства грунтовых отложений (аллювиальные — )

Частицы горных пород, размытых рекой, переносятся на большие расстояния и откладываются в тех местах, где уменьшается скорость течения. Процесс выпадения из воды переносимых ею частиц называется седиментацией, а накопление их — аккумуляцией. Образованные при этом отложения называются аллювиальными или аллювием.

В зависимости от условий отложения различают несколько видов аллювия. Выпадение осадков может происходить на поймах рек в период паводков, в руслах нижнего течения и, наконец, в устьях рек. В соответствии с этим аллювий может быть пойменным, русловым и дельтовым.

Пойменный аллювий отлагается во время паводков на заливаемых пойменных террасах. Так как на поймах скорость течения воды меньше, чем в руслах, то обычно в пойменных водах содержатся более мелкие частицы породы, чем в русловых. По мере спада воды скорость ее уменьшается. Сначала выпадают самые крупные частицы, а потом более мелкие. На следующий год этот процесс повторяется, вследствие чего в разрезе можно различить годовые слои наносов.

Пойменный аллювий характеризуется тонкой, почти горизонтальной слоистостью, неоднородностью гранулометрического состава и малой мощностью слоев с характерным линзообразным выклиниванием. Он состоит из мелких частиц кварца и глинистых минералов, в основном группы каолинита и гидрослюд. Глинистые минералы группы монтмориллонита встречаются в очень небольших количествах, вследствие чего глинистые породы пойменного аллювия не склонны к сильному набуханию. В накоплении пойменного аллювия могут быть перерывы и на поймах образуются гумусосодержащие почвы. В последующие годы процесс накопления может возобновиться, в результате чего почвенные прослои будут погребены вместе с растительностью, которая постепенно обогатит пойменные отложения новыми порциями гумуса.

Особую разновидность пойменного аллювия представляет старинный аллювий, откладываемый только, в старицах рек. Старицы постепенно превращаются в замкнутые заболоченные понижения и заполняются мельчайшим иловато-глинистым материалом. В этих отложениях обычно содержится много органических остатков, гниение которых при недостатке кислорода приводит к образованию торфа и таких минералов, как пирит, сидерит и др. Для старичного аллювия, в отличие от пойменного, характерно наличие постоянного полного водонасыщения. Грунты старичного аллювия сильносжимаемы и находятся обычно в текучем или текучепластичном состоянии, а поэтому неустойчивы и обладают ничтожной несущей способностью.

Русловый аллювий откладывается в руслах рек после спада паводковых вод. Наиболее крупные частицы породы, увлеченные в русло реки во время паводка, после спада вод осаждаются. В результате в русле реки образуются перекаты и мели, нижняя часть которых сложена гравием и крупным песком, а верхняя — более мелкими песчаными частицами.

Для руслового аллювия, так же как и для пойменного, характерны горизонтальная или наклонная слоистость, малая мощность слоев и хорошая отсортированность материала. В отличие от пойменного в русловом почти не встречаются глинистые минералы и в основном он сложен песками различной крупности.

Дельтовый аллювий откладывается в устьях рек при их впадении в моря и озера. Впадая в водный бассейн, не имеющий течения вода реки теряет скорость, и весь принесенный ими обломочный материал оседает на дно. Он отлагается на прибрежном откосе дна слегка наклонными слоями, постепенно утончающимися в сторону бассейна. Речные наносы по мере удаления от устья реки распространяются в водном бассейне в стороны, образуя конусообразную площадку, изрезанную тонкими протоками. По форме такая площадка напоминает греческую букву «дельта», откуда и произошло название «дельта реки» .

В отложениях дельтового аллювия встречаются все песчаные и глинистые фракции. В наиболее удаленной в глубь водоема части дельты характерно образование илов, т. е. глинистых отложений в наиболее рыхлой (начальной) стадии образования.

Приведенные характеристики пойменного, руслового и дельтового аллювия и условия его образования характерны для равнинных рек. Образование аллювия горных рек имеет свои особенности. Здесь преобладает, не отложение осадков, а размыв. Большой уклон русла создает благоприятные условия для переноса крупных обломков горных пород. Перекатываемые по дну горных рек крупные обломки, глыбы и валуны постепенно обтачиваются и истираются. Как правило, аллювий горных рек сложен окатанным крупнообломочным материалом (валунами, гальками, гравием, крупным песком) и характеризуется большой водопроницаемостью.

Аллювиальные отложения горных рек практически следует считать несжимаемыми, что сообщает им большую несущую способность. Особенностью этого аллювия по сравнению с аллювием, равнинных рек является отсутствие глинистых минералов.

Строительные свойства аллювиальных отложений отличаются большой сложностью в зависимости от гранулометрического и минералогического состава, плотности, влажности, консистенции и других факторов. Характерная строительная особенность крупнообломочных и песчаных аллювиальных отложений — их малая уплотняемость. Как правило, они бывают хорошим основанием для сооружений (зданий, насыпей и т. п.) которые производят только статическую нагрузку. При воздействии динамической нагрузки (от проходящих поездов, молотов и т. п.) в зависимости от природной плотности отложений уплотнение их может быть значительным. Поэтому, проектируя сооружения с динамическими нагрузками, следует точно определить природную плотность песков в условиях их естественного залегания.