Грунтов различного генезиса

Основные категории состава, строения и состояния

Общие сведения

Грунтоведение — это наука о грунтах на поверхности земной коры, используемых при строительстве зданий, сооружений, дорог и др. объектов.

Грунтоведение изучает свойства грунтов в зависимости от их состава, строения и структурно-текстурных особенностей.

При оценке свойств грунтов оснований большое внимание уделяется их деформативным и прочностным показателям, которые зависят от химико-минерального состава, структур и текстур, характера взаимодействия грунтов с водой, степениих выветрелости. Недоучет тех или иных особенностей свойств грунтов оснований влечет за собой ошибки при проектировании и строительстве знаний и сооружений, что в итоге приводит к утрате прочности грунтов в период эксплуатации.

Прогноз изменений свойств грунтовво времени под влиянием различных воздействий возможен при условии полной информации о том, как они сформировались в процессе генезиса и всей последующей их «жизни». Особую значимость все больше стали приобретать техническая мелиорация грунтов и экологические вопросы.

Химический и минералогический состав грунтов. Химический состав грунтов является одной из важнейших характеристик, определяющих их свойства и состояние. Гораздо более важной характеристикой грунтов является их м инералогический состав, определяющий их состояние и инженерно-геологические свойства.

Осадочные породы (песчаники, аргиллиты, алевролиты, глины, лессы, пески, известняки, мергели и др.) содержат в наибольшем количестве кварц, полевые шпаты, слюды, встречаются минералы групп амфиболов и пироксенов. В таких породах очень широко распространены глинистые минералы (каолинит, монтмориллонит, гидрослюды, бейделит, иллит и др.), образующиеся в процессе выветривания магматических и метаморфических пород.

Глинистые минералы имеют размер не более 1 – 10 мк. В силу большой активности они даже при небольшом содержании существенно влияют на многие важнейшие инженерно-геологические свойства грунтов, такие как гидрофильность, прочность, водонепроницаемость, пластичность, набухание и др.

Плотность глинистых частиц: 1,77 – 2,60 г/см³ – для монтмориллонита,2,13 – 2,66 г/см³ – для гидрослюд.

Важным компонентом состава грунтов является органическое вещество «биота», возникшее в результате жизнедеятельности и отмирания растительных и животных организмов. Наиболее распространены неразложившиеся отмершие растения или полностью разложившееся вещество «гумус», накапливаемые в почвах, торфах, глинах (особенно старичных фаций) и реже в песках.

Для органики характерны высокие гидрофильность, влагоемкость и пластичность, низкая водопроницаемость, сильная сжимаемость. Гумус даже в малых количествах коренным образом изменяет свойства грунтов. Он обладает кислотными свойствами. Всего 3% гумуса в песке снижает его водопроницаемость в сотни раз, придает ему плывунные свойства, водоустойчивость.

Плотность органики 1,25 – 1.80 г/см².

Гранулометрический состав грунтов. Количественные соотношения и размеры грунтовых частиц являются основным классификационным показателем и имеют огромное значение при оценке инженерно-геологических свойств грунтов.

Под гранулиметрическим составом грунтов понимается количественное соотношение фракций или частиц различного размера. Содержание фракции выражается в процентахпо отношению к массе высушенного образца. Гранулометрический состав определяют специальными методами: ситовым, отмучиванием и др. [19].

Его графическое изображение позволяет судить об однородности изучаемого грунта. Грансостав является классификационным показателем и позволяет определять вид или тип дисперсного грунта.

Газы в грунтах. Грунты обладают порами, в которых содержатся газы и вода. При заполнении пор одним изэтихкомпонентов грунты становятся двух- или трехкомпонентными системами.Преобладание воды или газа определяет свойства грунтов.

Газы в грунтах бывают свободные, адсорбционные, защемленные, а в заполняющей поры воде могут присутствовать в виде мелких пузырьков или быть растворенными в ней [2].

Адсорбированные и защемленные газы оказывают влияние на свойства грунтов. Наличие в грунтах адсорбированных и защемленных газов обусловливает многолетнюю осадку насыпей из глинистых грунтов, деформации и разрывы земляных насыпей, уменьшение водопроницаемости грунтов.

Вода в грунтах и ее классификация. Вода в грунтах бывает: парообразная; связанная – прочносвязанная (гигроскопическая), рыхлосвязанная; свободная – капиллярная, гравитационная; в твердом состоянии (лед); кристаллизационная и химически связанная.

Парообразная вода. Водяной пар играет большую роль в протекающих в грунтах процессах, поскольку может свободно передвигаться в порах, а при его конденсации на поверхности частиц образуются другие виды воды. Подвижность парообразной влаги влияет на свойства грунтов, особенно глинистых, лессовых.

Связанная вода имеет плотность 1,20 – 1,40 г/см³. Она практически несжимаема и перемешается в грунтах по направлению падения электрического потенциала и температур грунта, увеличения его дисперсности. Замерзает при температуре – 4°С. Её подразделяют на прочносвязанную и рыхлосвязанную.

Прочносвязанная вода возникает в грунтах в количестве, которое зависит от их минералогического состава, дисперсности, степени однородности, формы и характера поверхности минеральных частиц, а также состава обменных катионов. Определяет связность глинистых грунтов.

Рыхлосвязанная вода подразделяется на пленочную и осмотическую. Общее содержание прочносвязанной и пленочной воды составляет так называемую максимальную молекулярную влагоемкость. Она у песка составляет 1 – 2 %, а в монтмориллонитовых глинах почти 135 %.

Свободная вода подразделяется на капиллярную и гравитационную.

К апиллярная вода формируется за счет ее поднятия вверх от уровня грунтовых вод, образуя в грунте капиллярную кайму мощностью H_к в зависимости от степени дисперсности, неоднородности грунта, его минералогического состава, формы и характера поверхности частиц, плотности и пористости грунта (в песках достигает 50 см и более, в глинистых грунтах до 2 – 3 м).

Влажность грунта, у которого все поры заполнены капиллярной водой, называют капиллярной влагоемкостью. Капиллярная вода, подобно гравитационной, передает гидростатическое давление и имеет температуру замерзания значительно ниже нуля (при диаметрах капилляров 1,6 мм – 6,4 °С; при 0,06 мм – 19 °С.). Эта вода передвигается за счет разности температур (от холода к теплу).

Гравитационная вода располагается преимущественно в зоне аэрации и перемещается под действием гравитационной силы сверху вниз. Зона аэрации — это часть грунтового массива между поверхностями земли и грунтовых вод. Движется вода в водоупоре только под напором водного потока. Слой грунта, в котором движется водный поток, называют водоносным горизонтом.

Максимально возможное содержание связанной, капиллярной и гравитационной воды в грунте при полном заполненииего пор называют полной влагоемкостью грунта.

Вода в твердом состоянии. При температурах ниже нуля вода замерзает и превращается в лёд, который играет роль природного цемента, скрепляющего частицы, резко изменяет свойства грунта.

Кристаллизационная и химически связанная вода участвует в формировании кристаллических решеток различных минералов, таких как гипс (СаS0⁴ х 2Н₂0) и ряда других. Чтобы удалить такую воду минерал нужно нагреть до 200 °С, что может привести к его распаду (разрушению).

Усадка глинистых грунтов обусловлена их высыханиемю

Дата добавления: 2014-01-11