Грунты как дисперсные системы. Виды воды в грунтах. Структура и текстура грунтов.

Грунты как дисперсные системы. Виды воды в грунтах. Структура и текстура грунтов.

Дисперсные системы - это системы, состоящие из двух или более веществ, распределённых друг в друге. Грунты, состоящие из измельченных частиц минералов, могут представлять собой двухфазную систему типа твердые частицы+вода, твердые частицы+воздух или трехфазную систему типа твердые частицы+вода+воздух.

Коллоиды - это не вещества, а состояние веществ по степени раздроб­ленности. К коллоидам мы относим глинистые частицы крупностью менее 0,1 мкм, обладающие рядом специфических свойств.

Степень дисперсности грунтов зависит от условий образования их ми­нералогического состава. Чем тоньше измельчено вещество, тем выше его суммарная поверхность, а следовательно, тем значительнее развиты явления взаимодействия на поверхностях раздела твердой, жидкой и газообразной фаз.

Свойства, придаваемые грунтам коллоидами, используются в строи­тельных целях. Спо­собность к обменному поглощению может снизить набухаемость грунтов, их водоудерживающую способность. В грунтах всегда содержится некоторое количество воды, целиком или частично заполняющей трещины и поры между частицами.

Состояние влаги в грунте может быть твердым (лед), жидким (вода) и газообразным (пар). Вся влага, в любом состоянии, находится в постоянном физическом и химическом взаимодействии с частицами грунта.

При температуре выше 0°С в фунтах можно различать следующие ви­ды воды:

Кристаллизационная, или химически связанная, вода входит в состав кристаллических решеток минералов. Она может быть удалена при прокали­вании и, по существу, представляет собой составную часть вещества, сла­гающего частицы грунта.

Водяной пар заполняет пустоты грунта, свободные от воды; он пере­мещается из областей с повышенным давлением в области с низким давлени­ем; конденсируясь, способствует пополнению грунтовых вод.

Гигроскопическая вода притягивается частицами грунта из воздуха и конденсируется на их поверхности. Гигроскопическая вода может перемещаться в грунте, переходя в паро­образное состояние, и может быть удалена только высушиванием.

Пленочная вода удерживается на поверхности грунтовых частиц сила­ми молекулярного притяжения. Влажность грунта, соответствующая макси­мальной толщине молекулярных пленок воды, называется максимальной мо­лекулярной влагоемкостью. Пленочная вода может быть удалена из грунта путем испарения.

Капиллярная вода поднимается в грунте по свободным канальцам, об­разованным взаимосообщающимися порами или удерживается в них в под­вешенном состоянии.

Гравитационная вода не подвержена действию молекулярных и мени­сковых сил и полностью подчиняется законам гидростатики и гидродинами­ки. Подчиняясь действию сил тяжести, она свободно движется в грунте от большего напора к меньшему и пополняет грунтовую воду.

Структура природных грунтов характеризуется формой, величиной и взаимным расположением отдельных минеральных частиц.

Структура грунтов формируется в процессе отложения или образова­ния минеральных частиц и в процессе их дальнейшего существования.

Основные типы структурного фунта представлены на рис. 1.2.

Зернистая структура свойственна крупнообломочным и песчаным фун­там, губчатая - глинистым, хлопьевидная - илистым неуплотненным осадкам, а сетчатая характерна для песков.

Рис. 1.2. Основные типы структур грунта: а - зернистая; б - ячеистая (губчатая); в - хлопье­видная; г - сетчатая; 1 - микропоры; 2 – макропоры

Взаиморасположение структурных агрегатов в массиве грунтов обу­словливает текстуру грунтов. На текстуру также влияют условия образова­ния и существования грунтовых отложений, например периодичность осаж­дения частиц грунта в воде и последующие изменения величины и направле­ния действующих на породу сил.

Различают следующие основные текстуры грунтов:

- сыпучая, свойственная пескам эолового происхождения, элювиаль­ным обломочным образованиям;

- слоистая, характерная для грунтов водного происхождения, напри­мер, озерно-ледниковых отложений, речных и морских песков, сланцеватых пород (подвергшихся метаморфизму);

- слоистая, присущая ледниковым отложениям, лессам;

- слитная, присущая древним морским отложениям.

Основные закономерности механики грунтов. Зависимость между внешним давлением и изменением коэффициента пористости.

Общие положения о деформациях в грунте. Модуль деформации грунтов. Определение модуля деформации грунта.

 

Сжимаемость.

Способность грунта уменьшаться в объеме под воздействием уплотняющих нагрузок называют сжимаемостью, осадкой или деформацией. По физическому строению грунт состоит из отдельных частиц различной крупности и минерального состава (скелет грунта) и пор, заполненных жидкостью (вода) и газом (воздух). При возникновении напряжений сжатия изменение объемов происходит за счет уменьшения объемов, располагающихся внутри грунта пор, заполненных водой. Таким образом, сжимаемость зависит от многих факторов, основными из которых являются физический состав, вид структурных связей частиц и величина нагрузки.

По характеру усадки разделяют упругие и пластические деформации. Упругие деформации возникают в результате нагрузок, не превышающих структурную прочность грунтов, т.е. не разрушающих структурные связи между частицами и характеризуются способностью грунта возвращаться в исходное состояние после снятия нагрузок. Пластические деформации разрушают скелет грунта, нарушая связи и перемещая частицы относительно друг друга. При этом объемные пластические деформации уплотняют грунт за счет изменения объема внутренних пор, а сдвиговые пластические деформации – за счет изменения его первоначальной формы и вплоть до разрушения. При расчетах сжимаемости грунта основные деформационные характеристики определяют в лабораторных условиях согласно коэффициенту относительной сжимаемости, коэффициенту бокового давления и коэффициенту поперечного расширения.

Сопротивление сдвигу

Предельным сопротивлением сдвигу называется способность грунта противостоять перемещению частей грунта относительно друг друга под воздействием касательных и прямых напряжений. Этот показатель характеризуется прочностными свойствами грунтов и используется в расчетах оснований зданий и сооружений. Способность грунта воспринимать нагрузки не разрушаясь, называют прочностью. В песчаных и крупнообломочных несвязных грунтах сопротивление достигается в основном за счет силы трения отдельных частиц, такие грунты называют сыпучими. Глинистые грунты обладают более высоким сопротивлением к сдвигу, т.к. наряду с силой трения сдвигу противостоят силы сцепления. В строительстве этот показатель важен при расчете оснований фундаментов и изготовлении земляных сооружений с откосами.

Сопротивление глинистых грунтов сдвигу t определяется уравнением Кулона:

Для песчаных грунтов, из-за отсутствия сил сцепления, сопротивление сдвигу приобретает вид:

Водопроницаемость

Водопроницаемость характеризуется способностью грунта пропускать через себя воду под действием разности напоров и обуславливается физическим строением и составом грунта. При прочих равных условиях при физическом строении с меньшим содержанием пор, и при преобладании в составе частиц глины водопроницаемость будет меньшей, нежели у пористых и песчаных грунтов соответственно. Нельзя недооценивать данный показатель, т.к. в строительстве он влияет на устойчивость земляных сооружений и обуславливает скорость уплотнения грунтов оснований.

Общие положения теории ПНС. Фазы напряженного состояния,

Грунты как дисперсные системы. Виды воды в грунтах. Структура и текстура грунтов.

Дисперсные системы - это системы, состоящие из двух или более веществ, распределённых друг в друге. Грунты, состоящие из измельченных частиц минералов, могут представлять собой двухфазную систему типа твердые частицы+вода, твердые частицы+воздух или трехфазную систему типа твердые частицы+вода+воздух.

Коллоиды - это не вещества, а состояние веществ по степени раздроб­ленности. К коллоидам мы относим глинистые частицы крупностью менее 0,1 мкм, обладающие рядом специфических свойств.

Степень дисперсности грунтов зависит от условий образования их ми­нералогического состава. Чем тоньше измельчено вещество, тем выше его суммарная поверхность, а следовательно, тем значительнее развиты явления взаимодействия на поверхностях раздела твердой, жидкой и газообразной фаз.

Свойства, придаваемые грунтам коллоидами, используются в строи­тельных целях. Спо­собность к обменному поглощению может снизить набухаемость грунтов, их водоудерживающую способность. В грунтах всегда содержится некоторое количество воды, целиком или частично заполняющей трещины и поры между частицами.

Состояние влаги в грунте может быть твердым (лед), жидким (вода) и газообразным (пар). Вся влага, в любом состоянии, находится в постоянном физическом и химическом взаимодействии с частицами грунта.

При температуре выше 0°С в фунтах можно различать следующие ви­ды воды:

Кристаллизационная, или химически связанная, вода входит в состав кристаллических решеток минералов. Она может быть удалена при прокали­вании и, по существу, представляет собой составную часть вещества, сла­гающего частицы грунта.

Водяной пар заполняет пустоты грунта, свободные от воды; он пере­мещается из областей с повышенным давлением в области с низким давлени­ем; конденсируясь, способствует пополнению грунтовых вод.

Гигроскопическая вода притягивается частицами грунта из воздуха и конденсируется на их поверхности. Гигроскопическая вода может перемещаться в грунте, переходя в паро­образное состояние, и может быть удалена только высушиванием.

Пленочная вода удерживается на поверхности грунтовых частиц сила­ми молекулярного притяжения. Влажность грунта, соответствующая макси­мальной толщине молекулярных пленок воды, называется максимальной мо­лекулярной влагоемкостью. Пленочная вода может быть удалена из грунта путем испарения.

Капиллярная вода поднимается в грунте по свободным канальцам, об­разованным взаимосообщающимися порами или удерживается в них в под­вешенном состоянии.

Гравитационная вода не подвержена действию молекулярных и мени­сковых сил и полностью подчиняется законам гидростатики и гидродинами­ки. Подчиняясь действию сил тяжести, она свободно движется в грунте от большего напора к меньшему и пополняет грунтовую воду.

Структура природных грунтов характеризуется формой, величиной и взаимным расположением отдельных минеральных частиц.

Структура грунтов формируется в процессе отложения или образова­ния минеральных частиц и в процессе их дальнейшего существования.

Основные типы структурного фунта представлены на рис. 1.2.

Зернистая структура свойственна крупнообломочным и песчаным фун­там, губчатая - глинистым, хлопьевидная - илистым неуплотненным осадкам, а сетчатая характерна для песков.

Рис. 1.2. Основные типы структур грунта: а - зернистая; б - ячеистая (губчатая); в - хлопье­видная; г - сетчатая; 1 - микропоры; 2 – макропоры

Взаиморасположение структурных агрегатов в массиве грунтов обу­словливает текстуру грунтов. На текстуру также влияют условия образова­ния и существования грунтовых отложений, например периодичность осаж­дения частиц грунта в воде и последующие изменения величины и направле­ния действующих на породу сил.

Различают следующие основные текстуры грунтов:

- сыпучая, свойственная пескам эолового происхождения, элювиаль­ным обломочным образованиям;

- слоистая, характерная для грунтов водного происхождения, напри­мер, озерно-ледниковых отложений, речных и морских песков, сланцеватых пород (подвергшихся метаморфизму);

- слоистая, присущая ледниковым отложениям, лессам;

- слитная, присущая древним морским отложениям.