8. Структурные связи в грунтах.

В дисперсных материалах, к которым принадлежат глинистые грунты, представляющие сложнейшие минерально-дисперсные образования, прочностные свойства зависят не столько от прочности отдельных минеральных зёрен, сколько от структурных особенностей глинистых грунтов, среди которых одно из важных мест занимают структурные связи между отдельными минеральными частицами и их агрегатами.

Природа этих связей весьма сложна и определяется комплексом действующих в грунте внешних и внутренних энергетических полей, в основе которых лежат молекулярные силы электромагнитной природы.

Основными видами структурных связей в грунтах являются: водно-коллоидные (коагуляционные и конденсационные) – вязкопластичные, мягкие, обратимые и кристаллизационные – хрупкие (жёсткие), необратимые, которые могут быть водостойкими и неводостойкими.

Водно-коллоидные связи обусловливаются электромолекулярными силами взаимодействия между плёночной водой и твёрдыми частицами, включая коллоидные частицы. Чем тоньше плёнки воды (меньше влажность), тем эти силы больше, и наоборот. Обратимость водно-коллоидных связей заключается в том, что при увлажнении они ослабляются, а при повторном подсушивании опять возрастают. Ослабление водно-коллоидных связей в некоторых случаях наблюдается и при перемятии (нарушении природной структуры). Однако после прекращения перемятия (оставлении в покое) такого грунта водно-коллоидные связи в нём постепенно восстанавливаются.

Кристаллизационные связи, образовавшиеся в результате отложения поликристаллических соединений в точках контактов минеральных частиц грунта, обладают достаточно высокой прочностью, которая зависит от состава минералов цементирующего вещества. Кристаллизационные связи хрупкие и не восстанавливаются после их нарушения.

Пески естественного сложения могут иметь жёсткие связи между частицами, обусловленные цементированием железистыми, кремнистыми и другими соединениями. В глинистых грунтах в той или иной мере проявляются два вида связности: у молодых грунтов преобладает водно-коллоидная, у древних – кристаллизационная.

9. Основные физические характеристики грунтов. Методы их определения.

При нарушении структурных связей грунта его свойства изменяются, поэтому необходимо изучать состояние грунта при ненарушенной структуре. Для этого в процессе инж.-геологических изысканий из шурфов и скважин отбирают образцы грунта и экспериментально определяют 3 основные характеристики:

• влажность;

• плотность;

• плотность частиц грунта.

Рассмотрим выделенный из грунта образец объемом V=1 см³:

Мысленно разделим его на 2 части: 1-я часть, занятая твердыми частицами, объемом Vs, и 2-я, занятая порами, расположенными м/у этими частицами, объемом равным Vпор. Пространство, занятое порами можно разделить т.ж. на 2 части, одна из кот-х занята водой, объемом Vw, а другая воздухом. Масса твердых частиц в объеме Vо равна ms, а масса воды – mw.

Природная весовая влажность грунта (W) – отношение массы воды, содержащейся в порах грунта, к массе грунтового скелета: , %.

Определяется взвешиванием образца грунта естественной влажности до и после высушивания (до постоянной массы) при температуре 105 ⁰С.

Плотность грунта (ρ) – отношение массы образца грунта к его объему: , г/см³.

Зависит от минералогического состава, пористости и влажности (ρ=1,4…2,2 т/м³).

Методы определения плотности грунта:

• метод режущего кольца – применяется для связных грунтов, легко поддающихся резке, а т.ж. песчаных грунтов ненарушенного сложения и естественной влажности;

• метод взвешивания в воде – для связных грунтов, трудно поддающихся резке.

Плотность частиц грунта (ρ_s) – отношение массы частиц грунта к объему, занимаемому этими частицами: , т/м³. (ρ_s=2,4…2,8 т/м³).

Определяется с помощью мерных сосудов (пикнометров), емкостью не менее 100 см³ (пикнометрический метод).

В расчетах чаще всего используются не значения ρ и ρ_s, а  и _s – соответственно удельный вес грунта и удельный вес частиц грунта.

, кН/м³; , кН/м³ (g=9,81 м/с²).