- 2. Схемы одно-, двух- и трехфазного грунтов.
- 3. Виды воды в грунтах и ее свойства
- 6. Типы грунтов, распространенных на территории Беларуси. Грунт
- Классификация грунтов СТБ 943-93: 1)
- 7. Водный режим грунтов.
- 8. Закономерности сжимаемости грунтов. Закон уплотнения.
- 9. Общие сведения и классификация горных пород
1. Составные компоненты грунтов
 Скачать 0.76 Mb.
|
|
1. Составные компоненты грунтов. Дисперсная система состоит из двух или трех веществ распределенных одно в другом. Грунт при увлажнении представляет собой дисперсную систему, где дисперсной системой является вода, в объеме которой распространены твердые минеральные частицы представляющие собой дисперсную фазу. Могут быть однофазными (гомогенными) и многофазными (гетерогенными). -Однофазные - системы, где в любой точке внутри занимаемого ими пространства физические свойства остаются постоянными. -Многофазные – системы, состоящие из различных фаз взаимодействующих между собой по поверхности раздела. Грунты представляют собой многофазную дисперсную систему. Основные элементы грунтов – твердые частицы, вода и газ. Твердые частицы – минеральные зерна, различные по форме, составу, размеру; реже из слабо разложившихся растительных остатков. Жидкие частицы – различные формы воды, с растворенными в ней веществами. Газообразные частицы – воздух, который часто отличается от атмосферного. Дисперсность – степень раздробленности. Чем мельче частицы грунта, тем больше дисперсность вещества и тем сильнее выражены определенные свойства дисперсных систем. По степени дисперсности грунт делится: грубодисперсные, тонкодисперсные, коллоидные. Увеличение содержания в грунте тонкодисперсных и коллоидных веществ ведет к увеличению суммарной поверхности частиц, а ,следовательно, к увеличению раздела между различными фазами в грунте. Характеристикой степени дисперсности грунтов является их удельная поверхность – это отношение величины суммарной поверхности частиц к занимаемому ими объему. Частицы поперечного размера меньше 0,2мкм называются коллоидными. 2. Схемы одно-, двух- и трехфазного грунтов. В механике грунтов различают следующие схемы твердой, жидкой и газообразной фаз: 1. Водонасыщеный грунт (поры грунта целиком заполнены водой). Рис.1 а) частицы грунта, б) пленки связанной воды, в) свободная вода Находятся грунты, расположенные ниже уровня грунтовых вод, а также слои насыщенные капиллярной водой. Они являются двухфазной системой. 2. Водонасыщеный грунт, включающий пузырьки газа. Рис.2 Поведение второй системы мало отличается от поведения первой, однако сжимаемость грунтов содержащих газ больше чем сжимаемость водонасыщенных. 3. Твердая фаза распределена в смешанной вводно-воздушной среде. Эти грунты называются трехфазной системой. Рис.3 В состоянии этой системы находятся грунты в пределах зоны аэрации, подвергающиеся поперечному увлажнению и просушиванию в зависимости от выпадающих атмосферных осадков, колебания уровня грунтовых вод и изменения температуры. 4. Твердая фаза распространена в сплошной газообразной среде, т.е. поры грунта заполнены воздухом. Обычно их рассматривают как однофазные. Рис.4 3. Виды воды в грунтах и ее свойства. В зависимости от характера связи со скелетом грунта вода подразделяется на группы:
а) химически связанная, входящая в состав минералов, она подразделяется на конституционную, кристаллизационную и цеолитную. б)физически связанная, удерживаемая на поверхности минеральных частиц силами имеющими электрическую природу.  Рис. Схема электромолекулярного взаимодействия поверхности минеральной частицы 1 с водой:2 — вода связанная; 3 — вода рыхлосвязанная (осмотическая); 4 — вода свободная 3. Свободная вода. -капиллярная - передвигающаяся и удерживающаяся в грунте силами капиллярного напряжения, легко удаляется при высушивании. -гравитационная - впитывается и перемещается под действием силы тяжести, скапливается под водоупорными пластами, образуя подземные и грунтовые воды. Обладает свойствами жидкой воды. -иммобилизованная - заключается в замкнутых пустотах и находящаяся в состоянии покоя. 4. Вода в твердом состоянии(лед). 4. Плотность грунтов. 1.Плотность грунта. ρ=m/v Для дисперсных грунтов колеблется от 1,2 . . . 2,4 г/см3 2. .Плотность сухого грунта. ρd=ρ/1+0,01W W – влажность Максимальное значение ρd : Для песков: 1,8 г/см3 Для супесей: 1,7 . . .2.0 г/см3 Для суглинок: 1,5. . . 1,8 г/см3 Для глин: 1,5 г/см3 3. Плотность частиц грунта. ρs=(m-mв)/vт vт - объем твердой части среднее значение плотности частиц грунта: песок 2,65 …2,67 г/см3 супеси 2,68…2,72 г/см3 суглинки 2,69…2,73 г/см3 глина 2,71…2,76 г/см3 торф 1,5…1,8 г/см3 5. Влажность грунтов. Влажность – это количество воды, содержащиеся в порах грунта, выраженное в процентах от массы грунта. W=((m-m1) /m1)·100% m1 – масса высушенного грунта Влажность, которую имеют грунты в естественном залегании, называются естественной влажностью. Степень влажности S r = W/Wmax Wmax – полное водонасыщение По степени влияния на физико-механические свойства грунтов различают следующие виды влажности: 1) недостаточная влажность колеблется от гигроскопической до максимальной молекулярной влагоёмкости. 2)оптимальная влажность находится в интервале между максимальной молекулярной влагоёмкостью и границей раскатывания. 3)избыточная влажность колеблется от границы раскатывания до границы текучести. 4)опасная или вредная соответствует влажности выше границы текучести. 6. Типы грунтов, распространенных на территории Беларуси. Грунт – горные породы различного состава, слагающие верхние слои земной коры и затронутые инженерно-строительной деятельностью человека. Грунт может выступать в качестве строительного материала, как добавка в строительные материалы, а также в качестве основания для зданий и сооружений. Классификация грунтов СТБ 943-93: 1) по характеру структурных связей: - скальные грунты, с жесткими структурными связями (магматические, метаморфические и осадочно-сцементированные породы); - нескальные грунты, без жестких структурных связей (осадочно-несцементированные, искусственные). Осадочно-несцементированные делятся на: а) обломочные, крупнообломочные (валуны, галька, гравий) б) обломочные, песчаные (пески различной крупности) в) обломочные, пылевато-глинистые (супеси, суглинки, глины, лёссы) г) озёрные (ил) д) биогенные (заторфованные обломочные грунты, торф, сапропель) ж)почвы Искусственные делятся на: а) уплотненные б) намывные в) насыпные 2) по условиям формирования и происхождения: а) континентальные - элювиальные - делювиальные - аллювиальные - ледниковые - эоловые б) морские Крупнообломочные и песчаные грунты характеризуются хорошей водопроницаемостью, применяют как дренирующий материал, как заполнители для цемента и асфальтобетона. Песок гравелистый, крупный и средний относится к непучинистым грунтам. Песок мелкий с содержанием частиц меньше 0,05мм относится к пучинистым грунтам. Песчаные пылеватые грунты мало связаны в сухом состоянии, в увлажнённом начинают плыть. Относятся к чрезмерно пучинистым грунтам, поэтому для устройства земляного полотна не используются, но их можно применять в качестве основания. Супесчаные грунты устойчивы в сухом и влажном состоянии, широко используются для возведения земляного полотна. Пылеватые супеси в сухом состоянии сильно пылят, при увлажнении плывут, склонны к образованию пучин; в дорожном строительстве не благоприятны. Суглинистые грунты отличаются связностью, не значительной водопроницаемостью, заметно проявляют пластичность, липкость, набухание; в земляном полотне они могут применяться, но требуют защитных мер. Суглинистые пылеватые грунты являются чрезмерно пучинистыми, применяются только в сухих местах с принятием мер против избыточного увлажнения. Глинистые грунты очень пучинистые, не рекомендуется в дорожном строительстве. 7. Водный режим грунтов. Водный режим складывается из процессов поступления и расходов и передвижения влаги в толщи грунта и земного полотна. Для поверхностных слоев грунта в условиях естественного залегания характерно три типа водного режима: 1. Промывной – количество поступающих в грунт осадков превышающих величину испарения и поступления воды из нижележащих слоев грунта. Вода просачивается до уровня грунтовых вод. Режим характерен для северных районов с избыточным увлажнением. 2. Непромывной – количество возникающей в грунте воды не достаточно для насыщения своей толщины грунта до уровня грунтовых вод. Вблизи дневной поверхности образуется горизонт подвешенный к капиллярной влаге. Между уровнем грунтовых вод и капиллярно-увлажненным грунтам расположен слой грунта с постоянной низкой влажностью, характерно для смежных районов с недостаточным увлажнением. 3. Выпотной – испарение превышает количество выпадающих осадков. Испаряющаяся вода поднимается из грунта грунтовыми водами. Такой режим характерен для сухих районов с близким залеганием грунтовых вод Источниками служат атмосферные осадки, поверхностные воды, капиллярные воды.  Рис. Источники увлажнения земляного полотна. 1 – атмосферные осадки; 2 – поверхностная вода (вода в боковых канавах); 3 – капиллярная вода от уровня грунтовых вод; 4 – парообразная вода В зависимости от источников увлажнения земного полотна авт. дороги существуют 3 схемы расчета накопившегося количества влаги в земном полотне за зимний период. 1.Сухие места с обеспеченным стоком поверхностных вод, глубоким залеганием грунтовых вод и малым количеством осадков. 2.Районы с достаточным кол-вом осадков и с затруднённым стоком воды. Накопление влаги происходит за счёт передвижения плёночной и капиллярно-подвешенной воды. 3.Постоянно сырые места с ближайшим расположением уровня грунтовых вод. Накопление влаги происходит из-за очень насыщенных капил. воды и уровня грунтовых вод. 8. Закономерности сжимаемости грунтов. Закон уплотнения. Сжимаемость грунта – способность изменять своё строение под влиянием внешних воздействий за счёт изменения пористости. Сжимаемость – свойство грунта изменять свое строение за счет уменьшения пористости под влиянием внешних воздействий (прикладываемой к грунту нагрузки, сил капиллярного натяжения при высыхании и т.п.). Уменьшение пористости грунта вызывают факторы: местные сдвиги и более компактная упаковка твердых частиц, изменение толщины водно-коллоидных оболочек (в том числе и при высыхании); ползучесть скелета грунта, вызванная искажением формы кристаллических решеток и вязкого течения прочно связной воды. Величина бокового давления характеризуется коэффициентом бокового давления  – отношение приращения бокового давления к приращению сжимаемого усилия.Для песков = 0,27 0,37 суглинок = 0,6 глины = 0,7 0,82 Проинтегрировав:  с – постоянная интегрирования, равная боковому давлению грунта на стенку до приложения перв. нагрузки. Если грунт первоначально находился в рыхлом состоянии, то влиянием собственного веса грунта можно пренебречь. P0= 0, c= 0, q= P. Если рассматривать сухой грунт с интенсивным послойным уплотнением, то создаётся первоначальное боковое давление на стенки. с= q0, q= P+q0 Если нагрузка даётся на уплотнённый, влажный, связанный грунт, то капиллярное давление препятствует деформации бокового расширения. с=-PK, q=P-PK Сжимаемость грунта в условиях невозможности бокового расширения называется компрессионной. Зависимость между коэффициентом пористости и давлением на грунт а условиях компрессионного сжатия характеризуется компрессионной кривой. e=αP=A  Рис7 А – величина, измеряемая отрезком, отсекаемым прямой линией по оси ординат; α – коэффициент сжимаемости  Коэффициент сжимаемости равен отношению изменения коэффициента пористости к величине действующего давления. При небольших изменениях уплотняющих давлений изменение коэффициента пористости прямопропорционально изменению давления. e1-e2=α(p2-p1) Компрессионная кривая состоит из сжатие к ветви расширение, т.е. разгрузка или декомпрессия. Ветвь расширения может характеризовать возможное набухание грунта после нагрузки.  ермм/м l0 – относительная деформация равная отношению абсолютной величины сжатия образца ∆h к его первоначальной высоте. Под модулем осадки понимают величину осадки слоя грунта мощностью 1 м под заданной нагрузкой. Характеристика сжимаемости грунтов
Принцип линейной деформируемости заключается в том, что при небольших изменениях давления грунт можно рассматривать как линейно-деформируемое тело. Справедливо это для грунтов средней уплотнённости, для слабых грунтов исходящих из линейной деформации. Зависимость величины деформации от величины приложения нагрузки. Деформация грунта lот тяжёлой нагрузки Р1, за времяt1= деформация от меньшей нагрузки Р3, но более длительного действия. 9. Общие сведения и классификация горных пород Горные породы представляют природный агрегат одного (мономинеральные) или нескольких (полиминеральные) минералов или скопление обломков последних. Каждой породе свойственно известное постоянство химического и минерального состава, структуры, а иногда и условий залегания в земной коре. Изучением горных пород занимается наука петрография. По своему происхождению горные породы делятся на три типа: магматические, осадочные, метаморфические. Осадочные породы располагаются непосредственно на поверхности Земли, покрывая собой в большинстве случаев магматические и метаморфические породы. Магматическими (изверженными, эндогенными) горными породами называются горные породы, которые образовались в результате кристаллизации магмы при ее остывании в недрах Земли или на ее поверхности. В зависимости от условий, в которых происходило охлаждение и застывание магмы, горные породы делятся на интрузивные (глубинные) и эффузивные (излившиеся). В земной коре магматические породы составляют 95 % общей массы горных пород. Магматические породы характеризуются особыми формами залегания и строения. Застывая на значительной глубине, магма образует массивные тела больших размеров – батолиты, лакколиты, штоки, а по трещинам пород, в которые она внедряется, также жилы, дайки. Эффузивные магматические породы образуют покровы, жилы. Классификация магматических пород, кроме деления на интрузивные и эффузивные, основана также на содержании в них кремнезема в пересчете на SiO2. В зависимости от процентного содержания в магматических горных породах SiO2 они делятся на: кислые (75-65 %); средние (65-52 %); основные (52-40 %); ультраосновные (менее 40 %). Свойства пород зависят от особенностей их внутреннего строения и сложения в массиве. Структура – особенность внутреннего строения породы, обусловленная формой, размерам, количественным соотношением ее составных частей – минералов. В магматических породах различают ряд структур, в частности: зернистые, типичные для глубинных пород полукристаллические (совместное нахождение кристаллов и аморфного стекла); стекловатые, типичные для излившихся пород и др. Текстура (сложение) характеризует пространственное расположение частей породы в ее объеме. Для магматических пород характерны следующие текстуры: массивная – равномерное, плотное расположение минералов;полосчатая - чередование в породе участков различного минерального состава или различной структуры; шлаковая – порода, содержащая видимые глазом пустоты и т.д. Осадочные горные породы образуются из различных осадков обломочного, органического, химического и смешанного состава. Несмотря на то, что осадочные породы составляют всего 5 % земной коры, земная поверхность на 75 % своей площади покрыта именно этими породами, в связи с чем, строительство и производится в основном на осадочных породах. Инженерная геология этим породам уделяет наибольшее внимание. Характерными признаками осадочных пород являются слоистость и форма залегания. Структуры осадочных пород очень разнообразны. Для рыхлых пород характерны обломочные структуры, для сцементированных пород – брекчиевидные. Породы, состоящие из хорошо сохранившихся окаменелых раковин, имеют биоморфную структуру; породы, состоящие из обломков скелетов организмов, имеют детритусовую структуру; структура пород химического происхождения, как правило, зернистая и т.д. Текстура осадочных пород может быть массивной, слоистой, макропористой, кавернозной и др. Существует много классификаций осадочных пород. В зависимости от условий образования осадочные породы подразделяют на следующие группы: обломочные, органогенные, хемогенные и смешанного происхождения. |