Составные части грунта

Твердая часть грунта — это мелкие частицы различных минералов, являющиеся продуктом разрушения и выветривания горных пород, а также перегноя — органической части почвы. Размеры этих частиц обычно находятся в пределах от сотых долей микрона до 1 мм.

Газообразная часть грунта — воздух и водяной пар, заполняющие не занятые водой пространства в грунте, а также содержащиеся в свободной воде в виде местных включений.

Жидкая часть грунта — это так называемый почвенный раствор — вода и растворенные в ней вещества, которые содержатся также в твердой и газообразной частях грунта. Воду условно можно разделить на две формы: связанную и свободную.

Связанная вода — тонкая водяная пленка, окружающая твердые частицы грунта и удерживаемая ими с большой силой.

Свободная вода — вода, не подверженная влиянию сорбционных сил, т.е. не ориентированная около почвенных частиц. Она может свободно перемещаться в порах и пустотах грунта.

Связи между частицами и агрегатами частиц в грунте называются структурными. Прочность грунтов зависит не столько от прочности отдельных минеральных зерен, сколько от структурных особенностей грунта. Основными видами структурных связей в грунтах являются:

- водно-коллоидные – (эти связи) вязко-пластичные, мягкие, обратимые, и

- кристаллизационные – хрупкие (жесткие), необратимые; последние могут быть водостойкими и неводостойким.

Водно-коллоидные связи формируются в результате электромолекулярных сил взаимодействия между пленочной водой и твердыми частицами.

Кристаллизационные связи, возникают при образовании кристаллических решеток в минералах. Обладают достаточно высокой прочностью. Их прочность зависит от состава минералов цементирующего вещества. Кристаллизационные связи хрупкие и не восстанавливаются после их нарушения.

Структура – особенности строения грунта, обусловленные размером и формой частиц, характером их поверхности, количественным соотношением слагающих грунт элементов и характером их взаимодействия друг с другом. Различают следующие основные структуры грунтов:

1. Зернистая (характерна для грубодисперсных, песчаных и крупнообломочных: рыхлая и плотная);

2. Сотообразная (характерна для глинистых грунтов: рыхлая, плотная);

3. Хлопьевидная (характерна для глинятых грунтов);

4. Сложная (характерна для глинистых грунтов).

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.

Структуры сыпучих грунтов определяются преимущественно формой частиц, которые могут быть: 1-угловатыми, 2-полуокатанными, 3-окатанными, 4-пластинчатыми.

Структуры связных грунтов – имеют важное свойство – агрегированность, т.е. способность частиц этих грунтов” слипаться”, образовывать агрегаты (комочки), состоящие из нескольких сотен элементарных частиц. Это определяет весьма сложную структуру связных грунтов, примером, которой служит структура морских глинистых отложений.

Строительная классификация грунтов по физическим свойствам

Структурные междучастичные связи в грунтах можно подразделить на жесткие (кри-сталлизационные) связи и пластичные, вязкие связи (водноколлоидные). Жесткие связи более характерны для скальных грунтов, пластичные связи, главным образом, – для глинистых грунтов. Жесткие связи могут быть растворимыми в воде или нерастворимыми.

Соотношение составных частей грунта можно охарактеризовать тремя основными физическими показателями:

-Плотность ρ – отношение массы образца к его объему (обычно ρ= 1,5 …2,2 т/м3);

-плотность частиц грунта ρs – отношение массы частиц к их объему (обычно ρs = 2,5…2,7 т/м3);

-влажность ω – отношение массы воды в пробе к массе частиц. Обычно влажность значительно меньше единицы, но для торфа возможно и ω > 1, причем намного больше.

На практике часто используются показатели, которые можно рассчитать по основным, например:

- плотность сухого грунта d - отношение массы частиц к объему (пробы) грунта;

- пористость n – отношение объема пор ко всему объему; пористость можно рассчитать по введенным показателям: n = 1 - d/s;

- коэффициент пористости е – отношение объема пор к объему частиц, причем n и е взаимосвязаны: е = n/(1- n);

- степень влажности Sr – отношение объема воды к объему пор; если поры грунта полностью заполнены водой, то Sr = 1 и такая влажность представляет собой полную влагоемкость, или водопоглощение грунта.

Значения пористости или коэффициента пористости позволяют характеризовать состояние грунта по плотности – плотное, средней плотности или рыхлое. По значению Sr грунты подразделяются на маловлажные (Sr <0,5), водонасыщенные (Sr > 0,8) и влажные при значении в указанном интервале.

Для глинистых грунтов, кроме приведенных, важными показателями являются влажности, соответствующие верхней и нижней границам пластичности, получившие названия верхнего и нижнего пределов пластичного состояния грунта, или, соответственно, его пределов раскатывания ωp и текучести ωL. Их разность называется числом пластичности; это интервал влажности, в котором глинистая порода находится в пластичном состоянии.

Для твердых частиц главное значение имеют минеральный и гранулометрический составы; для песчаных и более крупных фракций важны форма и характер поверхности обломков.

Состав и состояние грунтов характеризуются такими показателями, как плотность, влажность, пористость, пределы и число пластичности, показатель текучести и др. Во взаимосвязи с характеристиками структуры и структурных связей (водноколлоидные или цементационные) они используются в классификациях, по которым составляется общее представление о грунте, о таких его свойствах, как прочность и сжимаемость, водопоглощение и водоотдача, водопроницаемость, усадка и набухание, размокание и липкость и др. Количественно прочность характеризуется зависимостями сопротивления сдвигу и деформаций от напряженного состояния грунта. Грунтоведение устанавливает обусловленность показателей прочности и сжимаемости (внутреннее трение, сцепление, модуль деформации и др.) генетическим типом, составом и состоянием грунта.