4. Инженерно-геологические свойства грунтов: физические, физико-химические, физико-механические свойства. Характеристика массивов грунтов.

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГРУНТОВ – свойства проявляющиеся под влиянием физических полей.

Плотность зависит от состава атомов, слагающих минералы и плотности их упаковки в кристаллической решетке.

Теплофизические свойства характеризуют тепловой режим толщи грунтов. Определяется удельная теплоемкость, теплопроводность, температуропроводность и термическое расширение.

Электрические свойства грунтов. Способность грунтов проводить и поглощать электрический ток.

Магнитные свойства грунтов. Все грунты обладают намагниченностью в большей или меньшей степени. В качестве параметров, характеризующие магнитные свойства грунтов, используют величины магнитной восприимчивости, остаточной намагниченности.

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА проявляются в результате физико-химического взаимодействия между компонентами ,слагающие грунты.

Коррозионные свойства. Коррозия – процесс разрушения материалов вследствие их химического или электрохимического взаимодействия с окружающей средой.

Электрокинетические свойства связаны с возникновением электрокинетического потенциала при и смещении диффузного слоя по отношению к грануле. Этим обуславливаются явления электроосмоса и электрофореза. Электроосмос представляет собой движение воды в опорах под влиянием внешнего электрического поля. Электрофорезом называют движение взвешенных в жидкости твердых дисперсных частиц к одному из электродов.

Диффузные и осмотические свойства. Диффузия – процесс самопроизвольного выравнивания концентрации в системе. Осмос представляет собой диффузию вещества через проницаемую перегородку, разделяющую два раствора различной концентрации.

Адсорбционные свойства. Выделяется пять видов поглотительной способности:

- Механическая выражается в том, что в порах зажерживаются частицы, содержащиеся в фильтрующейся воде в результате конфигурации пор;

- Под физической понимается способность грунтов поглощать из водных растворов и суспензий некоторые вещества вследствие молекулярного взаимодействии, возникающего между ними и грунтовыми частицами;

- Химическая выражается в том, что анионы растворенных солей, которые дают с катионами, находящиеся в почвенном растворе, нерастворимые или малорастворимые слои, будут выпадать из раствора в виде соответствующих солей, выпадающий осадок будет примешиваться к твердой фазе почвы; - Физико-химическая обменная способность увеличивается с дисперсностью, обусловленная содержанием в грунтах коллоидных частиц.

Теплота смачивания грунтов. Адсорбционная способность грунта по отношению к воде выражается в образовании связанной воды. При образовании которой наблюдается выделение теплоты, которая называется теплотой смачивания.

Липкость грунта проявляется при влажности большей, чем максимальная гигроскопичная влажность. Зависит от категорий воды, содержащейся в грунте, особенностей его химико-минеральной части, площади контакта грунтов с предметом.

Под пластичностью грунта понимают его способность под воздействием внешних условий изменять форму без разрыва сплошности и сохранять приданную ему форму после прекращения воздействия внешний силы.

Набухание грунта – увеличение объема грунта в процессе смачивания.

Тиксотропные свойства. Глинистые, лессовые и супесчаные грунты, характеризующиеся наличием слабых структурных связей между отдельными частицами, проявляют в определенных условиях тиксотропные свойства, т. е. способны разжижаться под влиянием механического воздействия, а когда это воздействие уходит, переходить в прежнее состояние.

Усадка грунта – уменьшение его объема в результате удаления воды при высыхании или под влиянием физико-химических процессов.

Просадка грунта связана с уменьшение их объема, но связано это не с уменьшением влажности, а с замачиванием лессовых пород водой.

Водопрочность грунта – способность сохранять механическую прочность и устойчивость при взаимодействии с водой.

Растворимость грунта – способность растворять под действием природных вод или иных растворов.

Размягчаемость, т. е. снижение прочности, не происходит разрушение структурных связей.

Морозостойкость – способность грунта сопротивляться воздействию отрицательных температур.

ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГРУНТОВ проявляются, когда на грунт действуют внешнее давление.

- Деформационные свойства характеризуют поведение грунта под нагрузками не превышающие критические, следовательно не приводящие к разрушению. Эти свойства выражают следующими показателями: модулем деформации, коэффициентом Пуассона, коэффициентами сжимаемости и консолидации, модулями сдвига и объемного сжатия.

- Реологические свойства. Характер сопротивления грунта внешним силам зависит от скорости приложения этих сил. При быстром возрастании нагрузки сопротивление грунта будет наибольшим и в нем будут преобладать упругие деформации, при медленном возрастании внешних сил – сопротивление грунта будет меньшим, и он будет проявлять свойства ползучести и текучести. Степень проявления упругости или ползучести в грунте зависит от отношения времени действия силы так к называемому времени релаксации, под которым понимается такой промежуток времени, в течение которого напряжение, после прекращения действия силы, уменьшается на определенную величину.

- Прочностные свойства. Сопротивление одноосному сжатию: испытание, где разрушающая сила, действующая в одном направлении. Сопротивление грунта разрыву: разрыв грунта происходит под действием растягивающих нормальных давлений, возникающих в массиве грунта в результате действия гравитационных сил и горизонтального давления воды, неравномерного термического расширения и сжатия, а так же усадки различных участков пород. Выражается в проявлении трещин отрыва. Сопротивление грунта сдвигу: под действием некоторой внешней нагрузке в определенных зонах грунтах связи между частицами разрушаются и происходит смещение одних частиц относительно других.

Массив грунтов – геологическое тело, образующее тектоническую структуру или ее часть, сформировавшееся в определенной геолого-структурной и палеогеографической обстановке и характеризующееся присущими только ему геологическими, гидрогеологическими и инженерно-геологическими закономерностями. Факторы, определяющие поведение массива грунтов:

1. Вещественный состав. Массивы сложены различными горными породами, обладают различными свойствами. Оценивая прочность массива, следует иметь в виду неоднородность слагающих пород.

2. Трещиноватость массива нарушает его сплошность. Трещины бывают первичные и вторичные. Первичные трещины делятся на трещины отдельности и напластования. Большее значение имеют трещины вторичные. Тектонические трещины связаны со сжатием и растяжением земной коры при тектонических процессах. Экзогенный трещины образуются при экзогенных процессах. Устанавливается степень трещиноватости пород для количественной оценки трещин. Трещиноватость влияет на неоднородность и анизотропность массивов пород. Неоднородность массива определяется тем, что он сложенн разными породами. Анизотропия пород в массиве связана со слоистостью, сланцеватостью, трещиноватостью и напряженным состоянием.

3. Напряженное состояние массивов. Напряжения в массивах пород распределяются в зависимости от характера тектонических структур, направления или величины тектонических сил, трещиноватости пород, чередования в разрезе прочных, слабых, хрупких и пластичных толщ, особенностей фильтрационного и температурного полей, расчлененности рельефа. С вертикальными напряжениями возникают и горизонтальные, во много раз превышающие вес вышележащих пород. Вблизи тектонических нарушений возникают области повышенных напряжений. Действующие в массиве напряжения оказывают в основном отрицательное влияние на его прочностные свойства.

Прочность массива определяется многими факторами, но самым определяющим являются сами горные породы, слагающие массив.

5. Классификация грунтов: разновидности классификаций, ГОСТ 25100-2011, краткая характеристика.

Первая классификация грунтов появилась в начале 19 века.

1. Общая классификация основывается на генетическом подходе.

2. Частная классификация – на основе разделения грунтов по признакам.

3. Региональная классификация. В основе происхождение грунтов по времени и способу образования.

4. Отраслевые основывается на определенных видах работ.

ГОСТ 25100-2011 был принят в 2011 году. Состоит из 7 разделов и 7 приложений. В первом разделе указана область применения, во втором нормативные ссылки, в третьем термины и определения. В четвертом общие положения. Пятые раздел включает в себе характеристику грунтов по классам: скальные, дисперсные и мерзлые грунты. Ранее техногенные грунты выделялись в отдельных класс, сейчас они являются одним из типов классов грунтов. Шестой раздел – сопоставление наименований грунтов с международными стандартами, седьмой – обозначения. Приложения: основные показатели свойств грунтов, разновидности грунтов (частные классификации) обязательное и рекомендуемое, классификация массивов скальных грунтов, термины используемые в международных стандартах, и их определения, соответствие наименований дисперсных грунтов, используемых в настоящем стандарте, и в международных стандартах, основные буквенные обозначения характеристик грунтов.