Состав и строение грунта

Состав, структура и состояние грунтов характеризуются такими показателями, как плотность, влажность, пористость, пределы и число пластичности, показатель текучести и др. Во взаимосвязи с характеристиками структуры и структурных связей (водноколлоидные или цементационные) они используются в классификациях, по которым составляется общее представление о грунте, о таких его свойствах, как прочность и сжимаемость, водопоглощение и водоотдача, водопроницаемость, усадка и набухание, размокание и липкость и др. Количественно прочность характеризуется зависимостями сопротивления сдвигу и деформаций от напряженного состояния грунта. Грунтоведение устанавливает обусловленность показателей прочности и сжимаемости (внутреннее трение, сцепление, модуль деформации и др.) генетическим типом, составом и строением грунта.

Состав грунтов

Грунты состоят из: твердых частиц; воды в различных видах и состояниях (в том числе льда при нулевой или отрицательной температуре грунта); газов (в том числе и воздуха).

Вода и газы находятся в порах между твердыми частицами (минеральными и органическими). Вода может содержать растворенные в ней газы, а газы могут содержать пары воды.

От соотношения этих фаз и зависят характеристики грунтов. Структура, текстура и структурные связи грунта. Следует различать структуру грунта, т. е. взаимное расположение частиц грунта и характер связи между ними и текстуру грунта, т. е. сложение грунта в массиве.

Под структурой грунта понимается размер, форма и количественное (процентное) соотношение слагающих грунт частиц.

Под текстурой грунта понимается пространственное расположение элементов грунта с разными составом и свойствами. Текстура характеризует неоднородность строения грунта в пласте залегания.

Свойства твердых частиц.

Для твердых частиц главное значение имеют минеральный и гранулометрический составы.

Твердая минеральная масса состоит из первичных зерен скелета грунта (обломков горных пород и минералов) и вторичных частиц, служащих цементирующим веществом грунта. Свойства твердых (минеральных) частиц зависят от размеров (крупности).

Диапазон изменения крупности частиц грунтов значительный. Частицы, близкие по крупности, объединяют в определенные группы, называемые гранулометрическими фракциями (или просто фракциями). Грунты состоят из фракций разной крупности. Процентное содержание в грунте по массе фракции определяет зерновой (гранулометрический) состав грунта.

Свойства воды.

Свойства всех разновидностей грунтов, особенно песчаных, пылеватых и глинистых, самым существенным образом зависят от состава и содержания в них воды. В грунте различают кристаллизационную, или химически связанную, физически связанную, или пленочную (характерна для пылевато-глинистых грунтов) и свободную воду. Кроме того, вода в грунте может находиться в виде пара, который обычно относят к газообразной составляющей. При отрицательной температуре вся вода или ее часть может переходить в лед.

Кристаллизационная вода принимает участие в строении кристаллических решеток минералов и находится внутри частиц грунта. Этот тип воды практически не извлекаем из грунта и не добавляем в грунт.

Физически связанная вода в пылевато-глинистых грунтах в значительной степени предопределяет свойства грунта, которые зависят в первую очередь от ее относительного содержания. Это объясняется взаимодействием молекул воды вследствие наличия электро-молекулярных сил с поверхностями коллоидных и глинистых частиц грунта. Эта вода создает гидратные пленки вокруг твердых частиц, и ее часто называют пленочной. Данная вода является связанной, и она трудно извлекается из грунта и добавляется в грунт. Свободная вода в грунте не испытывает силу притяжения. Она подчиняется законам гидравлики, т. е. передает гидростатическое давление и может перемещаться под воздействием разности напоров. Часто свободную воду подразделяют на гравитационную и капиллярную. Капиллярная вода может содержаться в песках средней крупности, мелких и особенно в пылеватых песках, глинистых грунтах. Легко извлекается из грунта и добавляется в грунт.

Свойства газа.

Содержание воды и газа в грунте зависит от объема его пор: чем больше поры заполнены водой, тем меньше в них содержится газов. В самых верхних слоях грунта газообразная составляющая представлена атмосферным воздухом, ниже — азотом, метаном, сероводородом и другими газами. Газы в грунте могут быть в свободном состоянии или растворены в воде. Свободный газ подразделяется на незащемленный, сообщающийся с атмосферой, и защемленный, находящийся в контактах между частицами и пленками воды в виде мельчайших пузырьков в воде.

Содержание в грунте защемленного и растворенного в воде газа существенно сказывается на свойствах грунта и протекающих в них процессах. Уменьшение давления вследствие разработки котлована или извлечения образца грунта на поверхность может привести к выделению пузырьков газа и разрушению природной структуры грунта. Наоборот, увеличение давления при передаче нагрузки от сооружения может сопровождаться повышением содержания растворенного в воде газа. В то же время увеличение содержания в воде пузырьков воздуха может увеличить сжимаемость воды в сотни раз и сделать ее соизмеримой со сжимаемостью скелета грунта.

Структура грунта

• · Зернистая
• · Слоистая
• · Сотообразная
• · Порфировидная
• · Хлопьевидная
• · Слитная (однородная)

Структурные междучастичные связи в грунтах можно подразделить на жесткие (кристаллизационные) связи и пластичные, вязкие связи (водноколлоидные). Жесткие связи более характерны для скальных грунтов, пластичные связи, главным образом, — для глинистых грунтов.

Жесткие связи могут быть растворимыми в воде или нерастворимыми. При растворении жестких кристаллизационных связей на их месте могут возникать водноколлоидные связи.