- Горные пароды (грунта)

Лекция №30

Горные пароды (грунта) и их классификация по гранулометрическому составу.

План:

1. Горные породы как грунты.

2. Грунты как дисперсные системы.

3. Вещественный состав грунтов.

4. Гранулометрический состав грунтов.

Ключевые слова: Грунты, генезис, дисперсная фаза, многофазная, ситуация, коллоидная, гель, золь, однофазная, гранулометрический, водоотдача, набухание, фракция, сыпучие, пылеватая, тяжелый суглинок.

Грунты – это горные породы, находящиеся в сфере воздействия инженерного сооружения и рассматриваемые с инженерной – строительной точки зрения.

Рекомендуемые материалы

Грунты изучает наука грунтоведение. Преобладающие значение в грунтоведении имеет изучение свойств рыхлых (крупнообломочных и песчаных) и глинистых пород. Это объясняется тем, что массивные твёрдые горные породы (скальные грунты) обладают жесткой связью между минеральными зёрнами и с инженерно – строительной точки зрения оказываются в большинстве случаев достаточно прочными, не вызывающими опасений в отношении устойчивости сооружений.

Рыхлые и глинистые горные пароды (грунты) характеризуются отсутствием жёсткой связи между частицами и обладают непостоянными физико – механическими свойствами. Они широко распространены на земной поверхности и служат основанием для разного рода зданий и сооружений, а также материалом для возведения земляного полотна, плотин и дамбу для хвостохранилищ  и других инженерных объектов.

Основой рыхлых и глинистых грунтов являются твёрдые минеральные частицы, создающие структурный каркас грунтов. Поры грунтов занимают газы и вода.

В практике чаще всего приходится иметь дело с накоплениями мелкораздробленных частиц в виде песчаных, суглинистых и глинистых образований. Такие грунты называются дисперсными.

Дисперсные грунты представляют собой многофазную систему. Они состоят из двух или более веществ, распределённых одно в другом. Примером такой системы является глинистая суспензия, состоящая из мелких глинистых частиц, равномерно распределённых в воде. В качестве непрерывной среды или дисперсной среды здесь является вода, а в качестве дисперсной фазы – распределённой вещество – глинистые частицы.

Такая система является двухфазной и между этими фазами, т.е. между поверхностью глинистых частиц и водой существует поверхность раздела.

Фазы взаимодействуют друг с другом через поверхность раздела причём, чем больше эта поверхность, тем активнее происходит это взаимодействие. Дисперсные системы с размером частиц дисперсной фазы от 1 до 100 мм.к., не обнаруживают свойств, присутствующих истинным растворам, но отличаются своеобразными свойствами. Также системы называют коллоидными.

Характерным признаком таких систем является их относительная неустойчивость, т.е. они могут существовать только при определённых условиях, в противном случае немедленно выпадают в осадок за счёт свёртывания, или коагуляции, коллоидов. Этот осадок называется гелем. В отличии от него коллоидные системы с жидкой дисперсной средой принято называть золем.

Глинистые грунты, состоят не только из коллоидных, но из других более крупных частиц, не обладающих или обладающих в незначительной степени коллоидными свойствами. Выделяют частицы коллоидных размеров от 0,000001 до 0,0001 мм, тонкодисперсные частицы от 0,0001 до 0,005 мм и грубодисперсные больше 0,005 мм. Последние свойствами не обладают.

В дисперсных грунтах наблюдается тесное взаимодействие твёрдой, жидкой и газовой фаз. В зависимости от условий существований грунта значение этих фаз меняется и вместе с этим меняются и физико – механических свойств грунтов, поэтому в механике грунтов, изучающей эти свойства, все грунты разделяются по принципу соотношения фаз на три группы – 1) однофазные 2) двухфазные 3) трёхфазные.

Однофазные – это сухие грунты (обычно песчаные), состоящие из твёрдой и газообразной фазы. Однофазными их называют потому, что газообразная часть в данном случае практически не влияет на механические свойства грунтов.

Двухфазные грунты состоят практически из твёрдой части и воды, т.е. это водонасыщенные грунты.

Трёхфазные – это грунты, в порах которых содержатся вода и воздух, причём воздух в оценке свойств грунта начинает играть заметную роль.

Главной составляющей грунта является его твёрдая фаза. Она определяет его классификационное положение и физико-механические свойства. Существенную роль при этом играют вещественный и гранулометрический состав.

Твёрдая фаза грунта слагается из минеральной и органической части. Минеральная часть состоит из первичных минералов, которые перешли в состав грунта из материнской породы, и вторичных минералов, образовавшихся уже после образования грунта, в результате последующих физико – химических процессов.

Первичные минералы представляют собой обломки кварца, полевых шпатов, карбонатов, чешуйки слюд, вторичные – это глинистые минералы (каолинит, монтмориллонит, гидрослюда), окислы и гидраты окислов, железа, алюминия, кремния и др.

Роль минералов различна. Первичные минералы являются скелетом грунта, а его цементом служат вторичные минералы. На свойства грунтов большое влияние оказывают глинистые минералы, в частности, монтмориллонит и водорастворимые минералы (гипс и др.).

Грунты содержат те или иные количества органических примесей, образовавшихся в результате биохимических превращений, связанных с жизнедеятельностью различных микроорганизмов. В состав грунта входят углерод, кислород, водород и азот. Наличие органических веществ придаёт грунтам повышенную влагоёмкость и пластичность, сильное набухание, плохую водопроницаемость и водоотдачу. Каждая рыхлая и глинистая горная порода состоит из обломков самого различного размера. Обломки (минеральные частицы), близкие по своим размерам и свойствам, объединяют в группы, называемые фракциями. Количественное содержание этих фракций принято называть гранулометрическим составом. Гранулометрический состав является одной из важнейших характеристик грунтов, имеющей существенное значение для оценки их металогического типа и физико-механических свойств. Для его определения производят гранулометрический анализ.

Сыпучие рыхлые грунты (песок, гравий и т.д.) анализируют ситовым методом. Грунт последовательно просеивают через сито с различными размерами отверстий. Пески с примесью глины предварительно размачивают в воде, высушивают и уже после этого подвергают пересеиванию.

Значительно сложнее производить гранулометрический анализ глинистых грунтов (супесей, суглинков, глин). Эти грунты требуют применения специальной методики.

Фракции рыхлых и глинистых пород. таблица 1.

В природе редко встречаются глинистые, песчаные породы, состоящие из одной фракции, в большинстве случаев они состоя из смеси различных фракций. В зависимости от относительного содержания а породе тех или иных фракций можно говорить о степени её однородности или неоднородности, а также соответствующим образом классифицировать. В инженерно-геологической практике при классификации глинистых пород по гранулометрическому составу учитывают содержание в них глинистых, пылеватых, песчаных и гравийных фракций. Для глинистых отложений четвертичного возраста наиболее часто применяется классификация, представленная в таблице 2.

Следует заметить, что в этой классификации термины «Суглинок», «супесь» определяют не только относительное содержание тех или иных фракций в глинистой породе, но и их стратиграфическую принадлежность к образованиям четвертичного возраста. Поэтому классификацию в таблица 2, можно применять только для четвертичных отложений.

Коренные глинистые породы редко классифицируются только по гранулометрическому составу, так как они в большинстве случаев уплотнены, в какой-то степени сцементированы и могут быть отнесены к породам полускальным. Минеральные частицы, их слагающие, большей частью сцементированы в микроагрегаты. Наличие в этих породах цемента создаёт большие трудности при производстве гранулометрического анализа.

Выводы и заключения.

При инженерно-геологическом изучении обломочных и глинистых пород почти всегда целесообразно определять их гранулометрический состав. Это позволяет:

Выводы:

1) классифицировать их на типы, которые можно выделять на геологических колонках, разрезах, картах;

2) давать структурную характеристику пород;

3) сравнивать эти породы между собой в колонках, и на разрезах на разных глубинах и участках, оценить степень их однородности;

4) примерно судить об особенностях условий образований пород и их минеральном составе;

5) Оценивать породы как строительный материал для возведения дамб, плотин, насыпей;

6) примерно характеризовать их физико-механические свойства;

7) Оценивать сопротивляемость их разработке, и категории буримости и т.д.

Фракции рыхлых и глинистых пород.

Контрольные вопросы:

1. Расскажите все генетические типы осадочного происхождения?

2. Проблемная ситуация. Размокание, набухание глинистых пород (грунтов).

3. Зависимость водные свойства с размерами частиц пород?

Ещё посмотрите лекцию "4 - система уравнений гидростатики" по этой теме.

Литературы:

      1. Якушева А. Ф. «Общая геология». М. Недра 1988.

      2. Мильнучук В. И. «Общая геология». М. Недра 1989.

      3. Ершов В. В. «Основы геологии». М. Недра 1986.

      4. Иванова М. Ф. «Общая геология». М. Недра 1974.

      5. Панюков П. Н. «Основы геологии». М. М. Недра 1978.