Составные элементы грунтов

Составные элементы грунтов

В состав природных грунтов входят разнообразные элементы, которые можно объединить в следующие три группы:

- твёрдые минеральные частицы;

- вода в различных видах и состояниях;

- газообразные включения.

Кроме того, в состав некоторых грунтов входят органические и органо-минеральные соединения, также влияющие на физические свойства грунтов.

Свойства этих компонентов, их количественные соотношения в грунте, а также электромолекулярные, физико-химические, механические и прочие взаимодействия между компонентами грунтов и их агрегатами и определяют природу грунтов.

Если грунт состоит из твёрдых частиц, все поры между которыми заполнены водой, то он является двухкомпонентной (двухфазной)системой. Иногда его называют грунтовой массой.

В большинстве же случаев в грунте кроме твёрдых частиц и воды имеется воздух или иной газ, растворённый в поровой воде или находящийся в виде пузырьков, окружённых поровой водой, или свободно сообщающийся с атмосферой. Такой грунт является трёхкомпонентной (трёхфазной) системой.

В мёрзлом грунте, кроме того, содержится лёд (пластичное тело). Лёд придаёт грунту специфические свойства, которые приходится учитывать, особенно при строительстве в районах распространения вечномёрзлых грунтов. Мёрзлый грунт является четырёхкомпонентной (четырёхфазной) системой.

В некоторых грунтах содержатся органические вещества в виде растительных остатков или гумуса. Наличие даже сравнительно небольшого количества органических веществ в грунте (свыше 3% в песках и 5% в глинистых грунтах) существенно отражается

Виды воды в горных породах

В природных грунтах всегда содержится некоторое количество воды. Вода находится в различных состояниях, при этом, чем дисперснее грунт, тем влияние воды на его свойства будет больше.

Профессор А.Ф. Лебедев разделяет воду, находящуюся в грунте на семь видов:

1. Вода, химически связанная с грунтом, то есть такая, которую при обычной температуре сушки грунта (105º C) нельзя отделить от грунта.

2. Вода в виде пара, способная передвигаться из пор с большим давлением в поры с меньшим давлением.

3. Вода гигроскопическая, то есть конденсирующаяся на поверхности твёрдых частиц. Если сухой грунт поместить во влажный воздух, то вес его будет увеличиваться, пока не достигнет некоторой величины, соответствующей максимальной гигроскопичности. Максимальная гигроскопичность для различных грунтов имеет следующие значения: для песков – около 1%; для пыли – до 7%; для глины – до 17% от массы сухого вещества грунта.

4. Плёночная вода – слой, окутывающий частицы грунта и удерживающийся силами молекулярного притяжения. Плёночная вода обволакивает частицы грунта и не может быть от них отделена ни давлением порядка десятков бар, ни дренажём. Плёночная вода удаляется путём испарения лишь при высушивании грунта. Влажность грунта, соответствующая максимальной толщине молекулярных плёнок воды, по Лебедеву называется максимальной молекулярной влажностью грунта. Количество молекулярно-связанной воды, содержащейся в данном грунте, и её свойства существенно сказываются на физико-механических свойствах грунта.

5. Гравитационная вода, которая, не заполняя полностью пор грунта, имеет возможность свободно передвигаться под влиянием собственного веса.

6. Грунтовая вода, попавшая тем или иным путём в грунт, просочившаяся в глубь его и скопившаяся на водонепроницаемых слоях пород. В отличии от гравитационной, грунтовая вода обычно полностью насыщает все поры грунта.

7. Вода твёрдая, находящаяся в порах грунта в виде льда или инея.

Важно отметить, что количественное содержание воды в грунте обуславливает различные её свойства. Молекулы воды в первую очередь располагаются на поверхности минеральных частиц, а затем уже постепенно заполняют промежутки между частицами. При малом количестве воды будем иметь только гигроскопическую и плёночную воду, т. е. воду, связанную (адсорбированную) поверхностью минеральных частиц. При большем количестве – капиллярно-разобщённую, а ещё при большем – капиллярно-подвижную (собственно капиллярную) воду, если она соединяется с уровнем грунтовых вод, и капиллярно-подвешенную, если не соединяется. И, наконец, при насыщении грунта водой – подвижные грунтовые воды, полностью подчиняющиеся гидравлическим законам движения в пористой среде (фильтрации).

Капиллярной водой называют воду, заполняющую капилляры грунта и имеющую связь с грунтовой водой; подвешенная – это собственно тоже капиллярная вода, но не имеющая связи с грунтовой водой. В то время как капиллярная вода при испарении не снижает своего уровня, подвешенная вода, будучи оторванной от грунтовой, при испарении резко снижает свой уровень.

Капиллярная вода, двигаясь против силы тяжести, испытывает под её действием растягивающие напряжения, равные в каждом сечении весу столба воды ниже этого сечения

Структурные связи в грунтах

По своей природе структурные связи разделяются на:

1. водно-коллоидные (коагуляционные и конденсационные) – вязкопластичные, мягкие, обратимые;

2. кристаллизационные – хрупкие (жёсткие), необратимые – водостойкие и неводостойкие.

Водно-коллоидные связи обуславливаются электромолекулярными силами взаимодействия между минеральными частицами, с одной стороны, и плёнками воды и коллоидными оболочками – с другой.

Различают коагуляционные водно-коллоидные связи (возникающие при выпадении частиц в воде и свёртывании коллоидов при наличии электролитов) и конденсационные водно-коллоидные связи (возникающие при уплотнении коагуляционных структур до прямого соприкосновения друг с другом минеральных частиц и путём образования студней при полимеризации гелей).

Величина этих сил зависит от толщины плёнок и оболочек. Чем тоньше водно-коллоидные оболочки, т. е., чем меньше будет влажность водонасыщенных грунтов, тем водно-коллоидные связи будут больше, так как с уменьшением толщины оболочки увеличивается молекулярное притяжение диполей связанной воды и склеивающее действие веществ, обусловленное и некоторым растворением в воде глинистых частиц.

Водно-коллоидные связи пластичны и обратимы; при увеличении влажности быстро уменьшаются до величин, близких к нулю.

Кристаллизационные связи образуются в процессе последующего диагенеза глинистых грунтов путём возникновения зародышей твёрдых кристаллических тел, их роста и взаимного срастания под действием междуатомных химических сил.

 

Прочность этих связей зависит от состава минералов. Так, менее прочны и водостойки связи, образуемые гипсом и кальцитом, в то время как опал, окислы железа и кремния дают более прочные и водостойкие кристаллизационные связи.

Грунты с кристаллизационными неводостойкими связями обладают промежуточными свойствами между грунтами с коллоидными и кристаллизационными связями. Эти связи образуются независимо от величины поверхности минеральных частиц путём возникновения спаек из аморфных веществ, природных цементов, гуминовых соединений и клеев, прочность которых зависит от содержания в них воды.

составные элементы грунтов

В состав природных грунтов входят разнообразные элементы, которые можно объединить в следующие три группы:

- твёрдые минеральные частицы;

- вода в различных видах и состояниях;

- газообразные включения.

Кроме того, в состав некоторых грунтов входят органические и органо-минеральные соединения, также влияющие на физические свойства грунтов.

Свойства этих компонентов, их количественные соотношения в грунте, а также электромолекулярные, физико-химические, механические и прочие взаимодействия между компонентами грунтов и их агрегатами и определяют природу грунтов.

Если грунт состоит из твёрдых частиц, все поры между которыми заполнены водой, то он является двухкомпонентной (двухфазной)системой. Иногда его называют грунтовой массой.

В большинстве же случаев в грунте кроме твёрдых частиц и воды имеется воздух или иной газ, растворённый в поровой воде или находящийся в виде пузырьков, окружённых поровой водой, или свободно сообщающийся с атмосферой. Такой грунт является трёхкомпонентной (трёхфазной) системой.

В мёрзлом грунте, кроме того, содержится лёд (пластичное тело). Лёд придаёт грунту специфические свойства, которые приходится учитывать, особенно при строительстве в районах распространения вечномёрзлых грунтов. Мёрзлый грунт является четырёхкомпонентной (четырёхфазной) системой.

В некоторых грунтах содержатся органические вещества в виде растительных остатков или гумуса. Наличие даже сравнительно небольшого количества органических веществ в грунте (свыше 3% в песках и 5% в глинистых грунтах) существенно отражается

12Следующая ⇒

Поделиться: