Структура и текстура грунта, структурные связи в грунте

Совокупность твердых частиц образует скелет грунта. Форма частиц может быть угловатой и округлой. Основной характеристикой структуры грунта является гранулометрический состав, который показывает количественное соотношение фракций частиц различного размера.

Текстура грунта зависит от условий его формирования и геологической истории и характеризует неоднородность грунтовой толщи в пласте. Различают следующие основные виды сложения природных глинистых грунтов: слоистые, слитные и сложные.

Связи между частицами и агрегатами частиц в грунте называются структурными связями.

Скальным грунтам присущи кристаллизационные связи - очень прочные, но хрупкие, возникают под действием сил химического сродства. Прочность их зависит от состава минералов. При разрушении они не восстанавливаются.

Нескальные грунты по характеру структурных связей разделяются на связные и несвязные (сыпучие). К связным относятся пылевато-глинистые грунты (супеси, суглинки, глины); к сыпучим – крупнообломочные и песчаные грунты.

Сопротивление взаимному перемещению частиц сыпучих грунтов обусловливается силами трения соприкасающихся поверхностей и зацепления между неровностями этих поверхностей. Такой механизм связи между частицами сыпучих грунтов называют внутренним трением грунта.

Структурные связи в глинистых грунтах называаются водно-коллоидными иобуславливаются электромолекулярными силами взаимодействия между минеральными частицами, с одной стороны, и пленками воды и коллоидными оболочками – с другой. Величина этих сил зависит от толщины пленок и оболочек. Водно-коллоидные связи пластичны и обратимы; при увеличении влажности они быстро уменьшаются до значений близких к нулю.

Следует отметить, что отдельно выделяют так называемые структурно-неустойчивые грунты, связи в которых относительно легко разрушаются при воздействиях, типичных для условий строительства и эксплуатации зданий и сооружений.

 

Физические свойства грунтов

 

Представим себе некоторый объем трехкомпонентного грунта массой , разделенный на отдельные компоненты, где , , , , ,   — соответственно объем и масса твердой, жидкой и газообразной компонент грунта (рис. 2). Тогда ; , так как масса газообразной составляющей ничтожно мала и не оказывает влияния на результаты определений.

Рис. 2. Схематическое изображение содержания компонент в объеме грунта

Плотность грунта (г/см³, т/м³) - отношение массы грунта к его объему:

.   (1.1)

Удельный вес грунта (кН/м³):        (1.2)

Влажность грунта - отношение массы воды к массе твердых частиц, выражаемое в долях единицы, иногда в процентах:

.               (1.3)

Плотность твердых частиц грунта (г/см³, т/м³) определяется как отношение массы твердых частиц грунта к их объему:

.                                                   (1.4)

Плотность сухого грунта (плотность скелета грунта) - отношение массы сухого грунта (частиц грунта) к объему всего грунта:

 или .                                  (1.5)

Пористость грунта - отношение объема пор ко всему объему грунта, что соответствует объему пор в единице объема грунта:

.                                                 (1.6)

Относительное содержание твердых частиц в единице объема грунта:

, тогда .                                        (1.7)

Коэффициент пористости грунта - отношение объема пор к объему твердых частиц:

.                                              (1.8)

Степень влажности (степень водонасыщения) - отношение объема воды в порах грунта к объему пор и соответствует отношению влажности грунта к его полной влагоемкости:

или .                            (1.9)

По консистенции различают три состояния глинистого грунта: твердое, пластичное и текучее. Границами между этими состояниями являются характерные значения влажности, называемые влажностью на границе раскатывания (нижний предел пластичности)  и влажностью на границе текучести (верхний предел пластичности) .

Число пластичности грунта - разница между влажностями на границе текучести и границе раскатывания:

.                                           (1.10)

Показатель текучести глинистого грунта:

.                                      (1.11)