- •Лекция 1.Введение. Общие сведения о Земле.
- •1.1. Инженерная геология (иг), ее задачи и содержание. Иг как наука о рациональном использовании и охране геологической среды
- •1.2.Общие сведения о Земле
- •Лекция 2. Минералы, магматические, метаморфические и осадочные горные породы.
- •2.1. Определения и основные сведения.
- •2.2. Магматические горные породы (мгп)
- •2.3.Осадочные горные породы (огп)
- •2.3.1. Обломочные огп
- •2.3.2. Глинистые огп
- •2.3.3. Химические и биохимические огп
- •2.4. Метаморфические горные породы (ммгп)
- •Лекция 3. Геологическое время и геохронологическая шкала. Эндогенные геологические процессы: тектонические движения земной коры, вулканизм, землетрясения
- •3.1. Абсолютный и относительный возраст горных пород. Геохронологическая шкала.
- •3.2. Тектонические движения (тд) и дислокации.
- •3.3. Платформы и геосинклинали
- •3.4. Сейсмические явления – землетрясения
- •Лекция 4. Основы грунтоведения. Дисперсные грунты как природные многофазовые динамические системы
- •4.1. Строительная классификация грунтов
- •4.2. Физические показатели, их использование в классификациях грунтов
- •4.3. Состав дисперсных грунтов
- •4.4. Структура и структурные связи. Природное и нарушенное состояния грунтов. Сжимаемость и прочность грунтов
- •Лекция 5. Основы гидрогеологии: подземные воды, их виды, состав, свойства. Режим подземных вод, закономерности их движения
- •5.1.Общие сведения и значение подземных вод (пв)
- •5.2. Физические свойства и химический состав пв
- •5.3. Виды пв по условиям залегания
- •5.4.Закономерности движения подземных вод
- •Лекция 6. Экзогенные процессы. Основные генетические типы отложений, их строительная характеристика
- •6.1. Выветривание, его виды
- •6.2. Кора выветривания и элювиальные отложения
- •6.3. Геологическая работа атмосферных вод
- •6.4.Геологическая работа рек и аллювиальные отложения
- •Лекция 7. Экзогенные процессы. Основные генетические типы отложений, их строительная характеристика (Геологическая деятельность морей, озер, болот, ледника)
- •7.1. Геологическая деятельность морей и морские отложения
- •7.2. Озера и озерные отложения
- •7.3. Болота и болотные отложения. Строительная оценка болот
- •7.4. Геологическая работа ледников и ледниковые отложения
- •Лекция 8. Опасные геологические процессы, условия их возникновения, прогноз и меры защиты. Задачи и структура инженерно-геологических изысканий
- •8.1. Геологическая работа ветра и эоловые отложения
- •8.2. Геологическая деятельность человека. Техногенные отложения
- •8.3. Геологические процессы, обусловленные действием поверхностных и подземных вод
- •8.4. Геологические процессы, обусловленные действием силы тяжести
- •8.1.1. Обвалы
- •8.2.1. Осыпи
- •8.3.1 Оползни
- •8.4. Горное давление и сдвижение горных пород
- •8.5. Геологические процессы, обусловленные действием отрицательной температуры
- •8.5.1. Сезонное промерзание и морозное пучение грунтов
- •8.5.2. Вечная мерзлота. Общие сведения и классификации.
- •8.5.3. Геологические процессы и явления в области вечной мерзлоты
- •8.6. Инженерно-геологические изыскания, их содержание и структура.
- •8.6.1. Полевые работы
- •Иг разведка:
- •Горно-проходческие работы
- •Бурение скважин
- •Геофизические методы
- •Электро-профилирование эп
- •Электрический каротаж скважин экс
- •Зондирование
4.3. Состав дисперсных грунтов
Для характеристики твердой фазы, или скелета грунта устанавливаются минеральный и гранулометрический составы грунта. Особенности их влияния на свойства грунтов отмечались ранее (см. л. №2 и рис. 2.4) и будут рассматриваться далее для различных генетических типов грунтов. Имеет значение также содержание органического вещества, повышающего дисперсность грунта и снижающего его плотность и водопроницаемость.
Вода в порах грунта разнообразна по свойствам и значению. Она подразделяется на свободную и связанную. Свободная может быть в газообразном состоянии (водяной пар) и жидком – гравитационная и капиллярная. Связанная вода подразделяется на химически и физически связанную.
Гравитационная вода заполняет открытые поры и трещины в грунтах, перемещаясь под действием силы тяжести. Для большинства грунтов закон этого движения, или фильтрации воды, имеет вид:
V = Q/A = k I,
где V – скорость фильтрации (фиктивная), м сутки;
Q – расход воды в единицу времени, м3/с;
А – площадь поперечного сечения;
I = (H – h)/L – гидравлический градиент, т.е. разность напоров на единицу пути фильтрации (рис.4.1);
k – коэффициент фильтрации, т.е. скорость фильтрации при единичном градиенте.
Коэффициент фильтрации характеризует водопроницаемость грунта и изменяется в широких пределах. Определяется экспериментально в полевых и лабораторных условиях. Примерные значения составляют (м/сутки): суглинки меньше 0,05; супеси 0,05…0,5; пески от пылеватого до крупного 0,5…50; гравий, галечник 50…500. Глины с коэффициентом фильтрации менее 0,001 можно считать практически водонепроницаемыми.
Рис. 4.1. Схема к пояснению закона фильтрации
Капиллярная вода перемещается в порах под действием сил поверхностного натяжения и возникающей вследствие этого подъемной силы менисков воды в порах-капиллярах. Поэтому в грунте выше уровня подземных вод, т.е. в зоне аэрации, поры частично заполнены капиллярной водой. Высота поднятия зависит от размеров пор, составляя в песках до 1м, супесях 1…2м, суглинках и глинах до 3…4м.
Опасность увлажнения капиллярной водой учитывается при проектировании дорог, фундаментов зданий и сооружений. Длительное испарение капиллярной воды с поверхности может приводить к засолению почв. Капиллярная вода влияет на прочность грунтов, сообщая им некоторую связность, что особенно заметно для увлажненного песка. Но при высыхании, или, наоборот, полном водонасыщении связность за счет капиллярных сил исчезает. Характер взаимодействия скелета грунта и воды сказывается на водопрочности грунта: растворимости, размягчаемости, размокании, размываемости. Имеют значение такие водные свойства грунтов, как влагоемкость – способность грунта вмещать воду и водоотдача – способность отдавать воду. Последняя больше у песчаных пород, чем у глинистых, хотя по влагоемкости соотношение может быть обратным.
Физически связанная вода в песках почти отсутствует, но для глинистых грунтов имеет большое значение. Вода адсорбирована поверхностью глинистых и коллоидных частиц и связана поверхностными силами ионно-электростатической и электромолекулярной природы. Непосредственно у поверхности частицы удерживается слой прочносвязанной воды с аномальными свойствами – повышенной плотностью и вязкостью, очень низкой температурой замерзания. Далее располагается рыхлосвязанная вода, близкая по свойствам к обычной, но не перемещающаяся под действием силы тяжести и замерзающая при температуре –(3…4)о С. Прочносвязанная вода называется еще гигроскопической, а рыхлосвязанная – пленочной.
К перемещению в грунте способна только пленочная вода. Возможна ее миграция в направлении понижения температуры (например, к фронту промерзания, что усиливает пучение грунта) и уменьшения толщины водных оболочек.
Влажность за счет всей связанной воды называется максимальной молекулярной влагоемкостью ωm. Ее значение растет с увеличением содержания глинистых минералов, особенно группы монтмориллонита. Сопоставление природной влажности и ωm позволяет установить содержание свободной воды и, следовательно, водоотдачу грунта, равную (ωе – ωm). Если же они близки, то грунт содержит только связанную воду.
В оболочке связанной воды, называемой также диффузным слоем, содержатся ионы из состава минерала частицы и порового раствора. Это катионы H+, Na+, K+, Ca2+ , Mg2+ , Fe2+ ,Fe3+ , Al3+ и анионы Cl - ,SO4 2- , CO3 2- , HCO3 - и др. При изменении состава порового раствора может происходить замещение одних ионов другими. Поэтому ионы диффузного слоя называются обменными, а максимальное их количество, способное к обмену в данных условиях, называется емкостью обмена. С ростом дисперсности, увеличением содержания глинистых минералов и органики емкость обмена увеличивается.
Состав и концентрация катионов диффузного слоя влияют и на его толщину, т.е. содержание связанной воды. Они больше для одновалентных ионов натрия , калия и уменьшаются при замещении их кальцием, железом и алюминием.
Закономерности строения и состава диффузного слоя глинистых грунтов проявляются в электроосмосе и электрофорезе. При обработке грунта постоянным электрическим током к катоду перемещаются гидратированные катионы и соответственно идет приток воды (электроосмос). К аноду перемещаются твердые частицы и анионы (электрофорез). Откачка воды из трубчатого перфорированного катода приводит к электроосмотическому осушению грунта. При введении в полость перфорированного анода растворов с содержанием кальция, железа и алюминия происходит электрохимическое закрепление грунта.
Газы в грунтах могут находиться в свободном, адсорбированном и защемленном состояниях. Свободный газ (обычно воздух) зоны аэрации связан с атмосферой и не оказывает существенного влияния на работу грунта. Газы в двух последних состояниях могут вызвать многолетние осадки насыпей из глинистых грунтов, появление в них трещин и полостей. Закупоривание пор газом уменьшает проницаемость грунта. Растворенный в поровой воде газ увеличивает сжимаемость грунта.
При извлечении отобранных на большой глубине образцов грунта происходит расширение защемленного в порах газа и выделение его из воды при снятии давления, что может вызвать разуплотнение грунта. При разработке глубоких котлованов это одна из причин часто отмечаемого подъема их дна.