Структура и текстура грунтов
В пылевато-глинистых грунтах прочностные свойства зависят, главным образом:
от структурных связей между минеральными частицами;
от сил молекулярного взаимодействия между поровой водой и твердыми частицами.
Основными видами структурных связей в грунтах являются:
водно-коллоидные - вязкопластичные, мягкие, обратимые и
кристаллизационные - хрупкие, необратимые.
Водно-коллоидные связи обусловливаются электромолекулярными силами. Чем тоньше пленки воды (меньше влажность), тем эти силы больше и наоборот. При увлажнении они ослабляются, при подсушивании - возрастают.
Кристаллизационные связи возникают в результате химической реакции между частицами грунта с другими элементами. При этом в точках контакта минеральных частиц грунта образуются поликристаллические соединения, обладающие достаточно высокой прочностью. Их прочность зависит от состава минералов цементирующего вещества. Связи, образуемые гипсом и кальцитом, существенно снижают свою прочность при увлажнении; связи же, например, из окислов железа, кремния - водостойки. Кристаллизационные связи хрупкие и не восстанавливаются после нарушения.
Для оценки строительных свойств грунтов весьма важным является их сложение или текстура грунта, т.е. пространственное размещение, зависящее от условий накопления осадка. Различают слоистую, слитную и сложную текстуру:
слоистая - наиболее распространенный вид для морских, озерных и других отложений;
слитная - присуща морским отложениям, имеющим однородное сложение в различных точках массива;
сложная - порфировая (обладают моренные суглинки); ячеистая (характерна для вечномерзлых грунтов, имеющих вертикальные и горизонтальные полости, заполненные льдом); макропористая (имеют лессовые грунты) и др.
Характеристики физического состояния грунтов
Определяемые характеристики грунта
В процессе инженерно-геологических изысканий из шурфов и скважин отбирают монолиты - большие образцы грунта ненарушенной структуры, из которых в лабораторных условиях выделяют меньшие образцы.
Выделим из грунта образец объемом V и мысленно разделим его на две части: занятую твердыми частицами и занятую порами.
Рис. 1.3. Модель образца грунта
V1 - объем, занятый твердыми частицами; V2 - объем, занятый порами; m1 - масса твердых частиц; m2 - масса воды.
Экспериментально определяют три основных характеристики:
1) плотность грунта - отношение массы грунта к его объему в естественном состоянии
; (1.0)
2) плотность твердых частиц - отношение массы твердых частиц к их объему в абсолютно плотном состоянии
; (1.0)
3) влажность грунта - отношение массы воды к массе минеральной части грунта
. (1.0)
Вычисляемые характеристики грунта
Для определения полного наименования грунта, при расчете оснований и фундаментов часто бывает удобно пользоваться не только перечисленными выше основными характеристиками грунта, но и рядом производных, вычисляемых характеристик:
- плотность сухого грунта - отношение массы твердых частиц грунта к объему образца ненарушенной структуры до высушивания
; (1.0)
-
удельные веса грунта
,
сухого грунта
,
твердых частиц грунта
(удельный вес материала - вес его единицы
объема)
,
(1.0)
где
.
- пористость грунта - отношение объема пор в образце к объему самого образца
;
(1.0)
- отношение объема твердых частиц к объему образца
. (1.0)
Очевидно:
(1.0)
Величины m и n можно выразить через плотности:
. (1.0)
Следовательно:
; (1.0)
- коэффициент пористости грунта
.
(1.0)
Величины
и
можно выразить через коэффициент
пористости грунта
:
;
(1.0)
- полная влагоемкость грунта - влажность при полном заполнении пор водой
,
(1.0)
где
- плотность воды (
);
- степень влажности грунта - степень заполнения пор водой
.
(1.0)
Степень влажности в ряде случаев характеризует качество грунтов. В зависимости от ее величины грунты делят на маловлажные, влажные и насыщенные водой.
Таблица 1.4. Классификация грунтов по степени влажности
-
Характеристика грунтов
Степень влажности
Маловлажные
Влажные
Насыщенные водой
Коэффициент пористости при влажности на границе текучести (используется при оценке просадочности грунта)
(1.0)
Скелет грунта, залегающего ниже уровня подземных вод, будет испытывать взвешивающее действие воды в соответствии с законом Архимеда;
- удельный вес взвешенного грунта
(1.0)