Состав, строение, состояния и классификация грунтов

1- ленточная, 2- косослойная 

 

Текстура - пространственное расположение элементов грунта, определяющее его строение.

Текстура грунта зависит от условий его формирования и геологической истории, в ходе которой грунт претерпел различные преобразования.

Различают следующие виды текстуры грунтов:

- слоистая (ленточная) - наиболее распространенный  вид сложения грунтов, характерный  для морских, озерных и других  отложений;

- слитная (монолитная) - присуща морским  отложениям, имеющим однородное  сложение в различных точках  массива;

- сложная - порфировая, ячеистая, макропористая  и др.

Порфировая текстура характерна для мореных суглинков; ячеистая - для вечномерзлых грунтов; макропористая - для  лессовых грунтов.

 

14

    Грунты по происхождению  разделяются на:

     - естественные – магматические, осадочные, метаморфические ;

     - техногенные – уплотненные, закрепленные в естественном состоянии, насыпные и намывные.

 

Горная порода, а следовательно и грунт представляют собой не случайное скопление минералов, а закономерную определенным образом построенную совокупность. Это имеет исключительно большое значение для строительства.

Закономерности состава и строения грунтов теснейшим образом связаны с условиями  их происхождения. Происхождение положено в основу классификации грунтов.

Все грунты разделяются на естественные – магматические, осадочные, метаморфические и техногенные – уплотненные, закрепленные в естественном состоянии, насыпные и намывные.

Магматические (изверженные) горные породы образуются при медленном остывании и отвердении огненно-жидких расплавов магмы  в верхних слоях земной коры (граниты, диориты, габбро и т.д.), а также при быстром остывании излившегося на поверхность земли  расплава (базальты, порфиры и т.д.).

Осадочные горные породы образуются в результате выветривания, перемещения, осаждения и уплотнения продуктов разрушения исходных пород магматического, метаморфического или осадочного происхождения, образовавшихся ранее. В зависимости от степени упрочнения различают сцементированные (песчаники, доломиты, алевролиты и т.д.) и несцементированные осадочные породы (крупнообломочные, песчаные, пылевато-глинистые, лессы, илы, торфы, почвы и т.д.)

Метаморфические горные породы образуются в недрах из осадочных, магматических  или метаморфических пород путем их перекристаллизации под воздействием высоких давлений и температур в присутствии горячих растворов (сланцы, мраморы, кварциты, гнейсы).

 

15

1.4 Состав грунтов

 

1.4 Состав грунтов

В состав природных грунтов входят разнообразнейшие компоненты (минеральные частицы; структурные связи между минеральными частицами;

 поры, заполненные газом или паром; поры, заполненные водой и растворенным в воде газом; пузырьки, заполненные газом и паром.),

 которые при рассмотрении  можно объединить в  три группы:  твердые минеральные частицы (твердая фаза);

вода в различных видах и состояниях (жидкая фаза); газообразные включения (газообразная фаза).

Иногда в грунте выделяют живое вещество - биоту. Жизнедеятельность организмов может оказывать воздействие  на свойства грунтов.

 Активизация жизнедеятельности  бактерий, как правило, снижает прочность  грунта, а их отмирание приводит  к повышению его прочности.

 Однако пока свойства биоты  не нашли отражения в  моделях  механики грунтов, мы будем рассматривать  грунт как трехкомпонентную (трехфазную) систему.

 

16

                              Фазовый состав грунта

 

     Трехкомпонентная  система грунта

     (твердые частицы,  вода, воздух или иной газ)

 

Двухкомпонентная (двухфазная) система грунта (твердые частицы, газ или твердые частицы, вода ).

 

Однокомпонентная (однофазная) система

(твердые частиц, лед).

 

Твердая, жидкая и газообразная компоненты находятся в постоянном взаимодействии, которое активизируется в процессе строительства.

На относительно небольших глубинах, в грунтах обычно присутствуют все три компоненты одновременно.

На больших глубинах и в некоторых особых условиях грунт может состоять из двух и даже одной компоненты.

Например, в зоне вечной мерзлоты в составе грунта может встретиться твердая и газообразная компоненты либо только твердая,

если все пространство между частицами заполнено льдом.

В зоне положительной температуры ниже уровня подземных вод грунт состоит из твердой и жидкой компоненты.

В механике грунтов такой грунт часто называют «грунтовой массой». Газ в условиях высокого гидростатического давления полностью растворен в воде,

 но может выделиться из  нее при понижении внешнего  давления и повышения температуры.

При внешних воздействиях, например от строительства и эксплуатации зданий, однокомпонентная система грунта может переходить в двухкомпонентную, а двухкомпонентная в трехкомпонентную. При этом, как правило, свойства грунтов ухудшаются.

Было бы сравнительно просто решать задачи фундаментостроения, если бы грунт можно было просто рассматривать как механическую систему,

состоящую из твердого, жидкого и газообразного вещества с фиксированными  независимыми свойствами каждой компоненты.

В действительности дело обстоит  сложнее. На свойства грунта как системы значительное влияние оказывает

 минеральный и химический  состав вещества, наличие биологически  активной составляющей.

Химические, физические и биологические процессы в грунтах протекают в сложном взаимодействии,

сливаясь в единый геологический процесс, который изменяет  свойства грунта во времени до строительства, при строительстве и впоследствии при эксплуатации.

 

17

1.4.1 Твердые минеральные частицы грунтов представляют систему разнообразных по форме, составу и размерам твердых минеральных зерен.

 

Систему минеральных зерен составляющих грунт, называют его скелетом.

 

Близкие по своим размерам частицы грунта, принято объединять в определенные группы - фракции.

 

Каждая фракция включает частицы, размер которых изменяется в определенных пределах:

        - валун (окатанный), глыба (неокатанная)     -  более  200мм

      - галька (окатанная), щебень (неокатанный) - от 200 мм до10 мм

      - гравий (окатанный), дресва (неокатанный)- от 10 мм  до 2 мм

       - песчаные - от   2 мм   до  0,05 мм

       - пылеватые - от 0,05 мм до  0,002 мм

       - глинистые - менее  0,002 мм

 

 

Твердые минеральные частицы грунтов представляют систему разнообразных по форме, составу и размерам

(от нескольких сантиметров –  галечники, до мельчайших частиц  коллоидного порядка - дисперсные  глины)  твердых минеральных зерен.

Систему минеральных зерен составляющих грунт, называют его скелетом. СЛАЙД

Дресва́ — рыхлые осадочные горные породы, образовавшиеся в результате механического разрушения

 самых разных горных пород (крупнообломочные). Представляют собой скопление относительно крупных

(200−10 мм — щебень, 10−2 мм — дресва) угловатых обломков. 

 

18

Свойства твердых частиц зависят от:

                                   -  размера,

                                   -  формы,

                                   -  минералогического состава.

 

       Наибольшее влияние на свойства грунтов оказывают самые мелкие глинистые частицы.

 

     Чем  меньше частицы  грунта, тем больше их удель-ная  поверхность  и  больше  поверхность  их соприкос-новения  с водой  и между собой, следовательно, тем  большее влияние они окажут  на свойства грунта в целом.

      1 г  глины монтмарилонита - площадь 800 м2;

      1 г  песка                                   -  площадь 0,8 м2. 

 

Рассмотрим влияние размера различных частиц на свойства грунтов. 

Грунт, состоящий только из галечных или гравелистых частиц, обладает большой водопроницаемостью >100 м/сут,

 высокой несущей способностью  и жесткостью скелета. Он не  обладает связностью,

т.е твердые частицы не связаны  друг с другом, другими словами, он сыпучий.

Такие грунты обычно являются удовлетворительными основаниями: они слабо сжимаются  под нагрузкой,

оказывают значительное сопротивление сдвигу и слабо размываемы водой.

 Физические свойства крупнообломочных  грунтов обычно не меняются  при увлажнении.

Грунт, состоящий только из песчаных частиц, в сухом состоянии  становится сыпучим, не обладает  свойством пластичности.

По крупности частиц пески подразделяются на гравелистые, крупные, средней крупности, мелкие  и пылеватые.

Увлажнение песчаного грунта может влиять на его строительные свойства, ухудшая их.

Это влияние менее заметно в крупных песках и возрастает по мере уменьшения размера частиц.

Чистые пески, в особенности крупный песок, являются хорошими основаниями.

Особенно сильно влияет увлажнение на мелкие и пылеватые пески с илистыми и глинистыми примесями.

Эти грунты в водонасыщенном состоянии под влиянием динамических нагрузок становятся текучими.

Такие грунты значительно осложняют устройство оснований, но при правильном производстве работ эти затруднения могут быть преодолены.

Грунт, состоящий только из глинистых частиц  обладает большой связностью и плотностью практически водонепроницаем,

обладает большой влагоемкостью и трудно поддается разработке.

Грунт, состоящий из глинистых частиц,  зависит от его влажности: при увеличении влажности переходит из

 твердого состояния в пластичное, а с дальнейшим увлажнением  – в текучее состояние.

Такой грунт меняет свой объем при изменении влажности (увеличивается при увлажнении и уменьшается при высыхании).

Кроме того на строительные свойства  этого грунта влияет также и низкая температура.

 С наступлением зимних холодов  возможно образование пучин, т.е. неравномерных вздутий поверхности  Земли,

 которые весной, после оттаивания  грунта, понижаются. После этого  грунт на месте пучин оказывается  настолько насыщенным водой,

что теряет первоначальную прочность.

Глинистые грунты в зависимости от консистенции могут быть более и менее надежным основанием – вполне надежным в твердом  и пластичном состояниях и ненадежным  в текучем и промерзшем.

Грунт, состоящий только их пылеватых частиц имеет все недостатки песка и глины: характеризуется крайне слабой связность в сухом состоянии, пылеватые частицы в воде не набухают или же набухают весьма незначительно, непластичны; слабо водопроницаем, плохо отдает воду, а кроме того обладает свойством плывунности – перемещается вместе с водой даже при малой скорости ее движения.

Наибольшее влияние на свойства грунтов оказывают глинистые частицы.

Чем  меньше частицы грунта, тем больше их удель-ная  поверхность  и  больше  поверхность  их соприкос-новения  с водой и между собой, следовательно, тем большее влияние они окажут на свойства грунта в целом.

Например, 1 г  глины – монтмориланита составляет  площадь 800 м2; 1 г песка составляет  площадь 0,8 м2. 

Мельчайшие частицы минерала монтмориланита придают грунту свойства пластичности, т.к. притягивают к себе большое количество воды.

 

19

Форма твердых частиц влияет на свойства грунтов

 

Песчаные и более крупные частицы имеют окатанную – (валуны, галька, гравий) или неокатанную (глыбы, щебень, дресва) форму.

Неокатанные частицы придают грунту большую прочность, т.к. между ними возникает большее трение и зацепление по сравнению с окатанными частицами.

 

Глинистые частицы представляют собой тонкие чешуйки размером 1…2 мкм, а форма может быть как прямоугольной пластинчатой так и  игольчатой.

Плоские частицы придают грунту агрегированность, т.е. способность «слипаться», образовывать агрегаты (комочки) в результате адгезии.

 

Форма твердых частиц

Песчаные и более крупные частицы имеют окатанную или остроугольную форму.

        Окатанная форма - валуны, галька, гравий.

        Неокатанная – глыбы, щебень, дресва.

        Неокатанные частицы придают  грунту большую прочность, т.к. между  ними возникает большее трение  и зацепление по сравнению  с окатанными частицами.

Глинистые частицы в отличие от песчаных имеющих компактную форму разнообразны по форме и представляют собой тонкие чешуйки, толщина которых в 10-50 раз меньше большего размера, а форма может быть как прямоугольной пластинчатой так и  игольчатой.

Плоские частицы придают грунту агрегированность, т.е. способность «слипаться», образовывать агрегаты (комочки) в результате адгезии.

Наличие в грунте частиц слюды (очень скользких, в массе ничтожно сопротивляющихся сдвигу) также существенно  сказывается на физических свойствах такого вида грунта, что и необходимо учитывать.

 

 

20

Минеральный состав твердых частиц

 

Минералы  инертные по отношению к воде. Грунты, сложенные  такими минералами, обладают наиболее благоприятными строительными свойствами.

 

Растворимые  в воде минералы оказывают сущест-

венное влияние на свойства грунта.

 

Глинистые минералы- нерастворимы в воде, обладают высокой коллоидной активностью. Поэтому уже малое содержание их в общей массе  грунта резко изменяет его свойства.