Трехкомпонентная модель грунта. Компоненты грунта
Твѐрдая составляющая V1 и m1
Жидкая составляющая V2 и m2
Газообразныe компоненты V3 и m3
V = V1+ V2+ V3 m = m1+ m2 V2 + V3 – полный объем пор (заполнены частично водой и частично газом)
Грунт - всякая горная порода, используемая при строительстве в качестве основания сооружения. Состав - перечень минералов. Он в значительной мере определяет их физические и механические свойства. В общем случае, с физической точки зрения грунт состоит из трех основных элемент: твердой, жидкой и газообразной. Иногда выделяют биоту – живое вещество. Твердая, жидкая и газообразная компоненты находятся в постоянном взаимодействии. на небольших глубинах в грунтах присутствуют все три компоненты одновременно. На больших глубинах может состоять из двух и даже из одной компоненты (зона вечной мерзлоты). В зоне положительной температуры, ниже уровня подземных вод, грунт обычно состоит из твердой и жидкой компонент. Газ в условиях высокого гидростатического давления полностью растворен в воде, но может выделяться из нее при понижении внешнего давления или повышении температуры. Твердые частицы состоят из породообразующих минералов с различными свойствами. Часть минералов инертна по отношению к воде (кварц, полевые шпаты, слюда). Большое влияние на свойства грунта оказывают растворимые в воде минералы (галит, гипс, кальцит). Промежуточное положение занимают глинистые минералы. Они не растворимы в воде, но их нельзя назвать инертными. В силу чрезвычайно малых размеров кристаллов они обладают высокой коллойдной активностью (каолит, монтмориллонит, илит). Размеры этих кристаллов не превышают 1-2 мкм, поэтому в 1г каолита суммарная площадь поверхности всех частиц составляет – 10 м2 для монтмориллонита – 800м2 Органическое вещество в грунтах у поверхности находится в виде микроорганиз-мов, корней растений в глубоких горизонтах – в виде нефти, бурого и каменного угля.
Жидкая составляющая. Можно выделить следующие состояния воды:
1) Кристаллизационная (химически связан-ная) вода - принимает участие в строении кристалли-ческих решеток минералов и находится внутри частиц грунта.
2) Связанная Вода, находящаяся в порах грунта, является слабым химическим раствором за счет растворенных в ней солей. В результате взаимодействия с поверхностным слоем минералов на поверхности частиц возникает от-рицательный электрический заряд, а вокруг самих ча-стиц образуется электрическое поле. Электрическое поле притягивает катионы грунтового раствора. Диполи молекул воды ориентируются положительно заряжен-ными концами в направлении поверхности частиц и отрицательно заряженными концами вокруг катионов. По мере удаления от поверхности частиц силы элек-тромолекулярного взаимодействия падают, притяже-ние молекул воды поверхностью частиц ослабевает.
Молекулы воды у поверхности частиц испытывают огромные силы притяжения в сотни МПа, вода называ-ется прочносвязной (имеет повышенную вязкость, не замерзает до -100град). Последующие слои испытывают меньшую силу притя-жения - вода рыхлосвязанная.
3) Свободная – на достаточном удалении от поверхности частицы силы притяже-ния ослабевают настолько, что определяющим становится тепловое движение молекул воды и ионов раствора. Подчиняется законам гидравлики, она пере-дает гидростатическое давление и может перемещаться под воздействием разности напоров.
Газообразная составляющая представлена – атмосферным воздухом, азотом, ме-таном, сероводородом. Газ может быть растворен в воде или находится в свободном со-стоянии. Свободный – защемленный (находится в контактах м-у частицами или в виде пу-зырьков в воде), не защемленный (сообщающийся с атмосферой)
