Трещинная пустотность.

У большинства скальных грунтов свойства определяются не столько пористостью, сколько трещиноватостью. В первую очередь устанавливается генезис трещин.

По генетическим признакам выделяют литогенетическую трещиноватость, которая формируется в результате образования гп. Образуется в результате контрактации объема при остывании магмы.

Тектоническая трещиноватость – наиболее широко развитый тип трещиноватости.

Экзогенная трещиноватость.

Для количественной оценки трещиноватости служит показатель трещинной пустотности.

Влияние структуры и текстуры грунтов на их свойства.

Среди магматических и метаморфических пород наиболее прочные и устойчивые к выветриванию являются породы. Чем мельче размер кристаллов, тем выше прочность. Большое влияние на свойства магматических и метаморфических пород оказывает текстура. Наибольшей прочностью обладают грунты с массивной структурой, не обладают анизотропностью, более устойчивые к выветриванию. Метаморфические породы с плоскопараллельной, флюидальной текстурой разрушаются легче, обладают анизотропностью свойств.

Свойства осадочных сцементированных пород зависят как от структурных особенностей зерен и обломков, так и от состава и типа цемента. Максимальным значениям прочности и устойчивости к выветриванию являются псаммитовые (среднеобломочные) породы с мелкозернистой структурой и кварцевым цементом базального типа.

Наблюдается прямая зависимость между прочностью осадочных пород (сцементированных) и их пористостью. Чем выше пористость, тем меньше прочность.

Свойства грунтов.

Свойство – качество грунтов в определенных условиях. Почти все свойства изменяются за счет изменения структурных связей. По характеру изменения структурных связей все свойства можно разделить на 3 группы.

1. Физические (структурные связи остаются без изменения).

2. Физико-химические (структурные связи меняются за счет взаимодействия компонент, слагающих грунт).

3. Физико-механические (структурные связи меняются, но изменение структурных связей происходит за счет внешнего воздействия).

Физические свойства грунтов.

Физические свойства грунтов.

Плотность

Количественно оценивается отношением массы грунта к занимаемому объему.

Плотность твердых частиц

Численно равна отношению массы твердой компоненты к ее объему. Исходя из того, что плотность твердой компоненты зависит от минерального состава, то с увеличением содержания твердых частиц, плотность повышается.

Породы	Плотность,г/см3
У/о, о	3-3,4
К	2,63-2,75
Органическое вещество	1,25-1,4
Пески	2,66
Суглинки	2,71
Глины	2,74

Значение плотности твердых частиц используется при расчете пористости и коэффициента пористости, поэтому его замеряют с высокой точностью до 2-го знака.

Плотность грунта (плотность влажного грунта)

Отношение массы к единице объема грунта с естественной влажностью и природным сложением. Величина плотности грунта зависит от минерального состава, влажности и характера сложения или пористости.

Породы	Плотность,г/см3
Дисперсные	1,3-2,2
Скальные	2,5-3,5

Плотность скелета грунта (плотность сухого грунта)

Отношение массы твердой компоненты к объему грунта при естественной структуре. Значение плотности скелета меняется в более узком пределе, т.к. зависит от минерального состава и пористости (сложения). В дисперсных грунтах плотность скелета практически зависит только от пористости.

Плотность скелета высушенного грунта

Используется только для глинистого грунта. Отношение массы грунта к объему высушенного грунта при температуре 105º. Характеризует максимальную плотность сложения грунта, которая может быть достигнута в процессе усадки при высушивании.

Расчет пористости грунта – см. выше.

- плотность твердых частиц

- плотность скелета грунта - естественная структура

Проницаемость

Способность пропускать через себя жидкость или газы при наличии перепада давления. Обычно изучается в иг и гг водопроницаемость.

При условии ламинарного движения.

При турбулентном движении характер движения описывается уравнением Краснопольского-Шези

Kk определяется опытным путем.

Водопроницаемость определяется химико-минералогическим составом, структурно-текстурными особенностями, составом, концентрацией и свойствами фильтрующейся жидкости.

Водопроницаемость песчаных и крупнообломочных грунтов зависит от степени однородности гранулометрического состава.

На водопроницаемость пылеватых и особенно глинистых грунтов огромное значение оказывает состав.

Анион	Na+	Ca2+	Al3+	Fe3+
Кф(отношение)	1	48	280	290

Особое место занимает понятие начального градиента фильтрации.

На начальном этапе фильтрации свободная вода перходит в прочносвязную и связную воду.

Величина наального градиента фильтрации зависит от химико-минералогического состава, от состава и концентрации фильтрующего вещества. Наибольшее значение для монтмориллонита до 70, гидрослюды 25, каолинит – д.е.

Теплофизические свойства грунтов

• Теплоемкость

Теплоемкость характеризует способность грунтов поглощать тепловую энергию при теплообмене. Различают удельную и обычную теплоемкость.

С – удельная теплоемкость грунтов.

Численно равна количеству тепла, которое необходимо сообщить единице массы грунта для изменения его температуры на 1ºС при отсутствии фазовых переходов.

С[Дж/кг*1ºС]

Сv – объемная теплоемкость грунтов.

Численно равна количеству тепла, которое необходимо для изменения температуры на 1ºС единицы объема грунта. Сv[Дж/м³*1ºС]

Сv=С*ρ

Ρ – плотность грунта.

Для грунтов, которые представляют собой многокомпонентную систему удельная теплоемкость определяется теплоемкостью составляющей грунт компоненты. Теплоемкость твердой компоненты определяется минеральным составом и присутствием органических веществ. У большинства минералов колеблется от 0,7 до 0,95 кДж/кг*1ºС.

С увеличением содержания органического вещества теплоемкость увеличивается.

С увеличением плотности скелета грунта теплоемкость падает.

Соотношение глинистых и песчаных частиц в грунте. Чем больше глинистых частиц, тем выше теплоемкость.

Теплоемкость влажных грунтов всегда больше, чем сухих.

Это определяется высокой удельной теплоемкостью воды (при 20ºС – 40Дж/кг*1ºС).

Теплоемкость воздуха при 20ºС – 1Дж/кг*1ºС – данной величиной можно пренебречь.

• Теплопроводность

Характеризует способность грунтов проводить тепло.

λ – коэффициент теплопроводности - величина, равная количеству тепла, проводимого грунтом в единицу времени через единицу площади при температурном градиенте равном 1.

λ [Вт/м*1ºС]

Теплоемкость грунтов как многокомпонентных систем определяется соотношением твердой, жидкой и газообразной составляющей, зависит от химико-минерального состава и структурно-текстурных особенностей. Большое влияние оказывает влажность и агрегатное состояние воды.

Теплопроводность большинства породообразующих минералов 0,8-4 Вт/м*1ºС, воды 0,63 Вт/м*1ºС, лед 2,1 Вт/м*1ºС, воздух 0,021 Вт/м*1ºС.

λ резко возрастает при увеличении влажности. При полном заполнении пор воды, теплопроводность грунта достигает max значения. С повышением содержания грубых частиц теплопроводность повышается. С ростом плотности скальных грунтов теплопроводность повышается. Именно поэтому промерзание и оттаивание грунтов под полотном дорог происходит более интенсивно по сравнению с соседними участками с естественным сложением.

• Температуропроводность

Характеризует скорость распространения изменения температуры вследствие поглощения или отдачи тепла.

α – коэффициент теплопроводности – численно равен теплопроводности грунта с объемной плотностью равной 1 и изменяется в очень незначительных пределах.

α=λ/Сv [м²/1ºС]

Гипс 0,31*10^-6 м²/1ºС

NaCl 40*10^-6 м²/1ºС

• Морозостойкость

При замерзании вода увеличивается в объеме на 9%

Морозостойкость – способность грунта противостоять воздействию отрицательных температур.

- прочность.

Уменьшение прочности происходит под влиянием двух причин (внутреннее напряжение, которое возникает вследствие разности в коэффициенте объемного расширения слагающих минералов, вторая причина обусловлена взаимодействием замерзающей воды).

Морозостойкость скальных грунтов зависит от прочностных и теплофизических свойств минералов, от прочности связи между отдельными структурными элементами. Породы, обогащенные слабопрочными минералами (слюды или хлорит) имеют относительно низкую морозостойкость. Один из определяющих факторов – влажность.

При степени водонасыщения 0,8 наступает разрушение. При меньших значениях действие воды не наблюдается.

Структура грунтов влияет на морозостойкость. Крупнозернистые, среднезернистые менее устойчивы с повышением открытой пористости морозостойкость уменьшается. Рекомендуется проводить не менее 25 циклов замораживания – оттаивания. В отдельных случаях до 100.

Электрические

Электропроводность грунтов.

способность грунтов проводить электрический ток. Характеризуется величиной удельного электрического сопротивления.

Электропроводность и электрическое сопротивление грунтов мало изучены. На электропроводность влияет состояние, строение грунтов, минеральный состав, дисперсность, структурно-текстурные особенности, влажность, химический состав и концентрация порового раствора, температура.

Удельное сопротивление минералов

Влияние влажности – у сухих ус во много раз меньше, чем у влажных. Наибольшее изменение электропроводности с повышением влажности наблюдается в пористых грунтах. При увлажнении сухого песчаника на 2% его ус уменьшается на несколько порядков.

Существенное влияние на электропроводность оказывает температура грунтов. С возрастанием температуры удельное сопротивление падает и возрастает электропроводность. При повышении t на 50ºС ус падает в 2 раза. С понижением температуры и образованием льда ус резко возрастает.