Модели грунта

Физические свойства грунтов

В зависимости от условий образования различают грунты:

- континентальные;

- морские.

Континентальные отложения:

- элювиальные (залегают в месте возникновения);

- делювиальные (располагаются на склонах возвышенности, где они возникли, перемещаются под действием силы тяжести и смыва атмосферными водами).

- аллювиальные (переносятся водными потоками на большие расстояния, образуют мощные толщи);

- ледниковые – валунные глины и суглинки (морены);

- водно- ледниковые – пески и галечники;

- озерно-ледниковые – ленточные глины, суглинки и супеси;

- эоловые (физическое выветривание горных пород пустынных областей, переносимые воздушными течениями): лёссовые, пески дюн и барханов.

Морские отложения:

- толщи дисперсных глин, органогенные грунты-ракушечники;

- органо- минеральные образования – илы, заторфованные грунты;

- пески и галечники.

Составные элементы грунтов:

- твердые минеральные частицы (скальные или кристаллические и коллоидные);

- газообразные включения;

- вода в различных видах и состояниях

В состав некоторых грунтов входит органические и органо-минеральные соединения (свыше 3% примесей влияют на физико-механические свойства грунтов).

- объемы пустоты (пор), заполненных газом и водой;

- объем твердых частиц;

- массы воды в порах (масса воздуха не учитывается) и твердых частиц.

; - пористость;

; - коэффициент пористости;

; - плотность сухого грунта;

- плотность частиц грунта;

; ;

; ;

- коэффициент водонасыщения – степень заполнения объема пор водой; .

Свойства грунта зависят от соотношения компонентов:

- двухфазная (компонентная) среда – все поры заполнены водой;

- трехфазная – твердая, жидкая, газообразное тело;

- четырехфазная – мерзлый грунт (добавляется лед). Лед придает специфические свойства, рассматривается как пластичное тело.

При неполном водонасыщении грунт – трехфазная система.

Двухфазные грунты (грунтовая масса) при =1 (полное водонасыщение) – неуплотненные грунты (часто ниже УГВ) пески, супеси, илы, слабые суглинки и глины, - при наличии в порах свободной гидравлически неуплотненной воды. Для них теория фильтрационной консолидации (уплотнения) грунтов.

Грунты ниже УГВ в виде грунтовой пасты скелет испытывает взвешивающее действие воды.

Вода в грунте, ее виды и свойства зависят от ее содержания в грунте и величины сил взаимодействия с минеральными частицами.

Минеральные частицы заряжены отрицательно, молекулы воды – диполи («+» – атом кислорода, «–» - 2 атома водорода).

Электромолекулярные силы взаимодействия приводят к покрытию поверхности минеральной частицы монослоями молекул воды. Далее – цепочки молекул воды. Электромолекулярные силы у поверхности частиц (для первого ряда связанных молекул ) 1000 МПа. При удалении резко убывают (близки к нулю на расстоянии 0,5 мкм).

Молекулы воды, вне сферы действия этих сил, образуют свободную (по Лебедеву):

- гравитационную воду (движение од действием разницы напора);

- капиллярную (силы капиллярного натяжения мениски).

Вода, адсорбированная на поверхности минеральных частиц связанная. Она создает гидратные пленки (пленочная).

В пределах слоя воды силы взаимодействия изменяются от «max» до нуля:

- слой прочносвязанной воды – соответствует твердому телу (не отделяется от твердых частиц, замерзает <<0С, большая , ползучесть);

- слой рыхлосвязанной (лиосорбированной воды) – диффузный переходный слой к свободной воде (выдавливается из пор внешним давлением в несколько сотен кПа или несколько МПа).

Классификация грунтов в ГОСТ 25100-95 приведена подробно.

Показатели:

- число пластичности = ;

- = - показатель текучести.

Упрощенно классифицируется в зависимости от количества глинистых минералов:

- глина >17, > 30% глинистых частиц;

- суглинок 17-7 30-10%;

- супесь <7 10-3%;

- песок <3%.

В зависимости от свойств минеральных частиц и водных растворов в порах грунтов, условий первичного накопления минеральных осадков и последующего их метагенеза (превращения в горную породу путем прохождения стадии седиментации (образования осадков), диагенеза (превращения осадков в горные породы) и метаморфизма (преобразования пород) основные виды структурных связей могут быть:

- водно – коллоидные (вязкопластичные, мягкие, обратимые), подразделяются:

- коагуляционные выпадение частиц в воде и свертывание коллоидов при наличии электролитов;

- конденсационные уплотнение коагуляционных структур до соприкосновения минеральных частиц и образование студней при полимеризации гелей.

- кристаллизационные (хрупкие, жесткие, необратимые – водостойкие и неводостойкие) зародыши твердых кристаллических тел, их рост, взаимное срастание под действием междуатомных химических сил.

Водно – коллоидные обусловлены электромолекулярными силами взаимодействия между молекулярными частицами и пленками воды и коллоидными оболочками. Чем тоньше оболочки (меньше влажность водонасыщенных грунтов), тем больше связи, т.к. увеличивается молекулярное притяжение диполей связанной воды и склеивающее действие (при увлажнении – ослабляются, при подсушивании – возрастают)

Кристаллизационные – отложения поликристаллических соединений в точках контакта с минеральными частицами грунта (силы химического сродства). Гипс, кальцит – менее прочные водостойкие связи, опал, окислы, железо и кремний – более прочные и водостойкие. При разрушении – не восстанавливаются.

Структура грунта (по ГОСТ 25100-95) – пространственная организация компонентов грунта, характеризуется совокупностью морфологических (размер, форма частиц, их количественное соотношение), геометрических (пространственная композиция структурных элементов) и энергетических признаков (тип структурных связей и общая энергия структуры) и определяется составом, количественным соотношением и взаимодействием компонентов грунта.

Текстура грунта (ГОСТ 25100-95) – пространственное расположение слагающих грунт элементов (слоистость, трещиноватость и др.).

Текстура (сложение) природных грунтов характеризует неоднородность грунтовой толщи в пласте. Глинистые грунты:

- слоистые (тонко и грубослоистые, ленточные, косослойные, сланцеватые);

- слитные (массивные и скрытослоистые);

- сложные (порфировые, ячеистые, макропористые).

Отличие природных грунтов от скальных пород – отсутствие спайности (малое число кристаллизационных связей) и значительная пористость (вследствие их раздробленности).

Литература:

1. Грунтоведение/ Трофимов В.Т., Королев В.А., Вознесенский Е.А. и др. Под ред. В.Т. Трофимова. – 6-е изд., перераб. и доп. – М.: Изд-во МГУ, 2005. – 1024 с. (Классический университетский учебник)

2. Цытович Н.А. Механика грунтов (краткий курс): Учебник для строит. вузов. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: ВШ, 1983. – 288 с.

3. Берлинов М.В. Основания и фундаменты: Учеб. для строит. спец. вузов. – 3-е изд., стер. – М.: ВШ, 1999. – 319 с.

4. Гольдштейн М.Н., Царьков А.А., Черкасов И.И. Механика грунтов, основания и фундаменты. – М., 1981.

Дата добавления: 2014-01-07