- Грунты и их состав

Тема: Грунты их минеральный и гранулометрический состав. Основные свойства грунтов и их показатели.

1. Понятие грунтов. Состав грунтов.

2. Гранулометрический состав грунта.

3. Основные инженерно-геологические свойства грунтов.

1. Понятие грунтов. Состав грунтов.

Грунт - любая горная порода или почва (а также твердые отходы производственной и хозяйственной деятельности человека) представляющие собой многокомпонентную систему, изменяющуюся во времени, и используемые как основание, среда или материал для возведения зданий и инженерных сооружений.

Грунты могут быть искусственные и естественные.

Рекомендуемые материалы

Грунты искусственные - грунты природного происхождения, закрепленные и уплотненные различными методами, насыпные и намывные грунты, а также твердые отходы производственной и хозяйственной деятельности человека.

а) Состав минеральной части грунта

Различные горные породы и почвы, используемые в строительных целях состоят из множества минералов (их более 3000 видов). Из них не более (25 - 30) являются породообразующими.

Минералогический состав оказывает весьма значительное влияние на многие физические свойства и на степень устойчивости грунта в инженерных сооружениях. Он резко меняется в зависимости от исходного состава горных пород, степени ее раздробления, условий формирования и залегания. Физические химические и механические свойства кристаллических минералов определяются в основном природой связи между атомами, ионами и молекулами в кристаллической решетке.

Наибольшее распространение и значение имеют следующие минералы:

1. полевые шпаты - сравнительно прочные минералы, они практически не растворимы в воде, при их выветривании могут образоваться гидрослюды.

2. роговая обманка и авгит.

3. слюды (биотит - черная слюда, мусковит - белая слюда).

4. кальцит (известковый шпат).

5. доломит

6. кварц

7. пирит (серный колчедан)

8. гипс

9. глинистые минералы - продукт химического изменения первичных минералов (полевых шпатов, слюд и др.). По совокупности признаков многочисленные глинистые минералы разделяют на три основные группы:

а)     каолинита

б)    монтмориллонита

в)     гидрослюд.

О них мы еще будем говорить,

Каолинит — основной компонент многих глин. Образуется при каолинизации (выветривании и гидротермальном изменении полевошпатовых пород). При увлажнении подвижности кристаллической решетки ввиду ее жесткости не наблюдается. Сравнительно с другими глинистыми минералами каолинит обладает небольшой набухаемостью и малой обменной способностью.

б) Монтмориллонит

Весьма типичный трехслойный глинистый минерал. Данный минерал обладает способностью к сильному набуханию благодаря своему строению и имеет ярко выраженные сорбционные свойства.

Наличие в грунтах большого количества монтмориллонита (например в солонцеватых грунтах) придает им при увлажнении резко выраженные отрицательные свойства: чрезмерную липкость, сильное набухание, отсюда быструю потерю несущей способности.

в)гидрослюды.

( это иллит и др.) - трехслойные глинистые минералы, элементарные пакеты которых построены также, как и у монтмориллонита.

Однако по своим свойствам эта группа глинистых минералов существенно отличается от групп монтмориллонита и каолинита. ГИДРОСЛЮДА, слоистый дисперсный минерал, водный алюмосиликат калия, кальция и др. В природе ГИДРОСЛЮДА находится в виде мономинеральных гидрослюдистых глин и смесей гидрослюды с каолинитом, монтмориллонитом, палыгорскитом. Минералы группы гидрослюд по своим свойствам занимают промежуточное положение по сравнению со свойствами минералов групп монтмориллонита и каолинита.

Состав органической части грунта.

Органическая часть грунтов очень разнообразна по своему физическому состоянию и по химическому составу.

В зависимости от того состояния, в котором находятся органические вещества, они носят название торфа или гумуса. Торф представляет собой грубую полуразложившуюся массу растительных осадков, в которых еще можно различать строение веществ сложивших продуктами его образовании.

Гумусом принято называть сложный комплекс органических соединений почвы, образовавшийся в результате сложных биохимических превращений.

2. Гранулометрический состав грунта.

Горные породы (грунты) состоят либо из отдельных кристаллов или обломков горных пород, сцементированных в прочную монолитную массу, (скальные, магматические и часть осадочных горных пород), либо из частиц, не связанных друг с другом прочными кристаллизационными связями. Размер обломков в этих породах изменяется в широких пределах - от десятков сантиметров до долей микрона.

Изменение размеров частиц или обломков, слагающих различные грунты, в очень сильной степени сказываются на физических, механических и других свойствах грунтов.

Далее по плакату пояснить эту классификацию и дать пояснение по каждому виду обломков (Бобков, стр. 41 - 43).

В зависимости от размеров частицы грунта разделяют на отдельные группы, называемые гранулометрическими фракциями. Гранулометрическим составом грунта называют относительное содержание по весу частиц грунта различной крупности (гранулометрических фракций), выраженные в процентах к общему весу сухого грунта.

Название видов и разновидностей грунта устанавливают в зависимости от количественного содержания в грунте глинистых (менее 0,401 мм), пылеватых (0,001 - 0,05 мм) и песчаных (0,05 - 2,0 мм) частиц. (Далее по плакату пояснить различные виды грунтов, т.е. классификацию по гранулометрическому составу).

Результаты гранулометрического анализа для наглядности изображаются графически в виде суммарных, в полулогаметрическом масштабе. Эта кривая гранулометрического состава позволяет определить коэффициент неоднородности

, где

d₆₀ и d₁₀ - диаметры частиц, меньше которых в данном грунте содержится соответственно 60 и 10% частиц по весу. Чем больше К_i, тем более разнородным по гранулометрическому составу является грунт, тем он устойчивее и плотнее.

Пески с К_i; более 3 - разнозернистые, неоднородные, а с К_i, менее 3 - одноразмерные.

Характеристику этих грунтов мы рассмотрим в последнем вопросе.

3. Основные инженерно-геологические свойства грунтов.

Для оценки поведения грунтов при взаимодействии с сооружениями, при их разработке при строительстве мелиоративных и других объектов надо знать главнейшие инженерно-геологические свойства их:

1. Угол естественного откоса рыхлых пород - предельный угол наклона поверхности к горизонту, при котором сохраняется устойчивость откоса. Этот угол определяется силами трения между частицами и зависит от гранулометрического состава, формы зерен, влажности и др.

2. Пластичность. Это способность глинистых пород изменять форму без разрыва сплошности под влиянием внешнего механического воздействия, и после прекращения его сохранять форму. Пластичность тесно связана с влажностью. Влажность при которой грунт переходит из твердого состояния в пластичное называется нижним пределом пластичности W_p, а влажность грунта, при которой грунт переходит из пластичного состояния в текучее называется верхним пределом пластичности W_L.

Диапазон влажности пластичного состояния грунта определяется числом пластичности М _р

I_р= W_L -W_р.

где W_L – влажность на границе текучести, %; W_p – влажность на границе раскатывания, %.

Для каждого типа грунта характерны свои пределы пластичности. Несущая способность и допускаемая нагрузка при использовании их в строительстве определяется в значительной степени их консистенцией, т.е. состоянием пластичного грунта в зависимости от влажности. Изменение состояния глин при увлажнении называется изменением консистенции. Под консистенцией понимается степень подвижности частиц грунта.

Таблица 1. Консистенция грунтов.

Количественно консинстенция характеризуется показателем консинстенции В.

B=,

где I_p – число пластичности

W_p – нижний предел пластичности

W – влажность грунта

3. Набухание. Свойство грунта увеличиваться в объеме при увлажнении. Оно зависит от гранулометрического состава, минерального состава, состава обменных катионов и др. свойств. Набухание объясняется образованием вокруг частицы связанной воды. Монтмориллонитовые глины обладают большей степенью набухания, чем глины из минерала группы каолинита и т.д.

4. Усадка - процесс уменьшения объема грунта при высыхании.

5. Липкость - способность грунтов при определенном содержании воды прилипать к различным предметам.

6. Растворимость. Некоторые грунты, как известняки, доломиты, гипс, соли и т.п., частично растворяются подземными водами. В результате растворения пустоты в грунтах увеличиваются, физико-механические свойства ухудшаются.

7. Размягчимость - это свойство грунта снижать свою прочность при увлажнении без видимых признаков разрушения. Она ведет к снижению прочности.

8.     Размокаемость - способность глинистых грунтов при увлажнении терять связанность и превращаться в рыхлую бесформенную массу с полной потерей несущей способности.

Контрольные вопросы:

24. Французская пресса в годы Второй мировой войны - лекция, которая пользуется популярностью у тех, кто читал эту лекцию.

1. Что называется грунтом?

2. Назовите состав органической части грунта.

3. Перечислить основные свойства грунтов.

4. Как определить число пластичности?

5. По какой формуле определяется показатель консистенции грунта?