МИНОБРНАУКИ РОССИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«АСТРАХАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Биологический факультет
Кафедра почвоведения,

землеустройства и кадастров
форма обучения: очно - заочная

Артемьева Ульяна Игоревна

Комплексная характеристика нескальных грунтов
Курсовая работа выполнена в рамках изучения дисциплины

«Почвоведение и инженерная геология»

Научный руководитель:

к.г.н., доцент кафедры

почвоведения, землеустройства и кадастров

Столярова Елена Михайловна

Астрахань – 2022

СОДЕРЖАНИЕ

Введение 3

ГЛАВА 1. Грунты 4

1.1. Происхождение грунтов 4

1.2. Составные части грунтов 5

1.3. Виды воды в грунтах и их свойства 5

1.4. Физико-механические свойства грунтов 6

1.4. Классификация грунтов 10

ГЛАВА 2. Нескальные грунты 14

2.1. Виды нескальных грунтов 14

2.2. Фазовый состав нескальных грунтов (минеральный скелет, вода, газы) 14

2.3. Вода в порах грунтов 18

2.4. Виды поровой воды 18

2.5. Свободная и связанная вода 21

2.6. Газообразные включения в грунтах 26

Заключение 27

Список литературы 28

Введение

Грунты разнообразны по своему составу, структуре и характеру залегания. При проведении инженерно-геологических изысканий, проектировании и строительстве следует учитывать классификацию грунтов ГОСТ 25100-95: Грунты. Классификация.

Грунты подразделяют на два основных класса: скальные и нескальные.

Скальные грунты — залегают в виде сплошного массива или в виде трещиноватого слоя и имеют жесткие структурные связи. К ним относятся: магматические породы (граниты, диориты), метаморфические породы (гнейсы, кварциты), осадочные сцементированные породы (песчаники, конгломераты) и искусственные грунты. Они водостойки, не проседают и при отсутствии трещин и пустот являются наиболее прочными и надежными основаниями. Трещиноватые слои скальных почв менее крепки.

Нескальные грунты — это грунты без жестких структурных связей. К ним относят рыхлые горные породы, включающие несвязные (сыпучие) и связные породы, прочность которых во много раз меньше прочности связей слагающих эти породы. Характеризуются эти породы раздробленностью, дисперсностью, что коренным образом отличает их от скальных достаточно прочных пород. В состав грунтов входят твердые минеральные частицы, вода в различных видах и состояниях и газообразные включения, а иногда и органические соединения.

Цель: изучение грунтов, а именно характеристика и свойства нескальных грунтов.

Основные задачи: подбор соответствующей информации, определение общего понятия грунта, классификации грунтов, нескальных грунтов. Подготовка курсовой работы на основе материалов, полученных в процессе изучения теоретических данных.

ГЛАВА 1. Грунты

В строительстве грунты рассматриваются как строительная среда, которая должна обеспечить прочность, устойчивость и долговечность сооружений. Без знания основ грунтоведения не представляется возможным правильно запроектировать современные промышленные сооружения, жилые здания и другие сооружения.

1. 
   Происхождение грунтов
   

Магматические горные породы образовались в результате остывания магмы, а также в результате горнообразовательных процессов. Вследствие физического и химического выветривания они постепенно превращались в рыхлые горные породы. Раздробленные частицы горных пород перемещались в пониженные части поверхности земли, где откладывались, образуя осадочные горные породы. Если в процессе горообразования они оказались близко к поверхности земли, то под воздействием химического выветривания образовывали крупноскелетные или мелкодисперсные грунты.

Грунтами строители называют верхние слои коры выветривания литосферы и относят к ним скальные, полускальные и рыхлые горные породы.

В большинстве случаев верхние слои земной коры сложены крупнообломочными, песчаными, пылевато-глинистыми, органогенными и техногенными грунтами. Ниже поверхности земли эти дисперсные грунты имеют почти повсеместное распространение. Большая часть дисперсных грунтов образовалась в результате накопления продуктов физического и химического выветривания. Некоторые грунты возникли вследствие отложения органических веществ (например, торф), а также в результате искусственной отсыпки или намыва различных материалов (техногенные отложения). В процессе физического выветривания образовались крупнообломочные и песчаные грунты. Результатом химического и частично биологического выветривания являются минералы, составляющие мелкодисперсную часть пылевато-глинистых грунтов.

2. 
   Составные части грунтов
   

В большинстве случаев грунты состоят из трех компонентов: твердых частиц, воды и воздуха (или иного газа), т. е. составные части грунта находятся в трех состояниях: твердом, жидком или газообразном. Соотношение этих компонентов обусловливает многие свойства грунтов.

Если грунт состоит из твердых частиц, все поры между которыми заполнены водой, то он является двухфазной системой. В большинстве случаев в грунте кроме твердых частиц и воды имеется воздух или иной газ, либо растворенный в воде, либо находящийся в виде пузырьков. Такой грунт является трехфазной системой.

В мерзлом грунте, кроме того, содержится лед. Он придает грунту специфические свойства, которые приходится учитывать, особенно при строительстве в районах распространения вечномерзлых грунтов. Мерзлый грунт является четырехфазной системой. 

В некоторых грунтах присутствуют органические вещества в виде растительных остатков или гумуса. Наличие даже сравнительно небольшого количества таких веществ в грунте существенно отражается на его свойствах.

3. 
   Виды воды в грунтах и их свойства
   

Вода в пылевато-глинистых грунтах в значительной степени предопределяет свойства грунта, которые зависят в первую очередь от ее относительного содержания.

Наличие между частицами пылевато-глинистого грунта связанной воды определяет ее пластичность. При этом, чем толще пленка воды, тем меньше прочность грунта, и наоборот. Изменение толщины пленок воды приводит к изменению его состояния от почти жидкого до твердого.

Увлажнение пылевато-глинистого грунта приводит к увеличению толщины пленок воды между частицами и сопровождается увеличением объемов грунта.

4. 
   Физико-механические свойства грунтов
   

Зерновой (гранулометрический) состав. Под зерновым составом содержание по массе групп частиц грунта различной крупности по отношению к общей массе абсолютно сухого грунта. По данным зернового состава породы может быть получена приблизительная характеристика водопроницаемости песчаных пород; по тем же данным могут быть даны оценка возможности вымывания мелких песчаных частиц породы из-под основания сооружений и другие приблизительные показатели. На основании данных анализа зернового состава может быть дана оценка пород в качестве материала для бетона, земляных плотин, дамб и др.

Для определения зернового состава применяются следующие виды анализа:

Механический анализ производят путем разделения пород на ряд фракций, которые отличаются диаметром частиц. После разделения на фракции определяют процентное содержание частиц каждой фракции в исследуемой породе.

Ситовый анализ заключается в просеивании частиц через набор сит с отверстиями различного диаметра. Этот способ служит для анализа песков.

Метод Сабанина, основанный на принципе разделения фракций по скорости падения частиц, взвешенных в спокойной жидкости, служит для определения глинистых и пылеватых песчаных пород.

 Пипеточный метод, принцип которого заключается в отборе пипеткой проб частиц, не успевших в определенные сроки осесть в процессе отстаивания; применяется для анализа глинистых пород.

 Ареометрический метод заключается в измерении специальным ареометром плотности взмученных в воде частиц породы, изменяющейся по мере осаждения их в водной среде.

  Метод Рутковского, основанный на способности глинистых фракций набухать в воде и на различной скорости падения частиц в воде в зависимости от их размеров. Пользуясь этим методом, можно выделить в породе три группы фракций: глинистую, пылеватую и песчаную. 

Механический анализ применяется для связных и несвязных пород, имеющих размер частиц не свыше 20 мм.

Плотностьи пористость породы являются важной физической характеристикой. Плотность породы есть отношение массы породы, включая массу воды в ее порах, к занимаемому этой породой объему.

Плотностью частиц грунтаназывают отношение массы сухого грунта к объему твердой части этого грунта. Плотность частиц грунта у горных пород изменяется в пределах от 2,6 до 2,75 г/см³ и для каждой группы пород определяется только ее минералогическим составом. Величина плотности зависит от минералогического состава, влажности, пористости.

Пористость пород представляет собой пустоты или свободные промежутки между минеральными частицами, составляющими породу. Пористость n обычно выражают в виде процентного отношения объема пустот к общему объему породы.

Влажностью породы называют отношение массы воды, содержащейся в порах, к массе сухой породы. Влажность породы является очень важной характеристикой физического состояния породы, определяющей ее прочность и другие свойства при использовании в инженерных целях.

Пластичностью называют способность породы изменять под действием внешних сил свою форму, т. е. деформироваться без разрыва сплошности и сохранять полученную форму, когда действие внешней силы прекратилось.

Деформируемость глинистых пород под действием давления зависит от их консистенции (относительной влажности). Для того, чтобы выразить в числовых показателях пределы влажности породы, при которой она обладает пластичностью, введены понятия о верхнем и нижнем пределах пластичности.

Нижним пределом пластичности называется такая степень влажности глинистой породы, при которой глинистое тесто, замешанное на дистиллированной воде, при раскатывании его в жгутик диаметром в 3 мм начинает крошиться вследствие потери пластических свойств.

Верхним пределом пластичности называется такая степень влажности глинистой породы, при которой глинистое тесто, положенное в чашку и разрезанное глубокой бороздой, сливается после трех легких толчков чашки ладонью. При большей степени влажности тесто течет без встряхивания или при одном, или двух толчках.

Набуханиемназывается способность глинистых пород при насыщении водой увеличивать свой объем. Возрастание объема породы сопровождается развитием в ней давления набухания. Набухание зависит от содержания в породе глинистых и пылевых частиц и их минералогического состава, а также от химического состава воды.

Набухание учитывают при строительных работах. Явление набухания породы наблюдается в котлованах, выемках, а также при строительстве плотин и водохранилищ, когда изменяются гидрогеологические условия района сооружений и увеличивается влажность пород за счет вновь поступающей воды.

Усадкой породы называется уменьшение объема породы под влиянием высыхания, зависящее от ее естественной влажности: чем больше влажность, тем больше усадка.

Размоканием называется способность глинистых пород в соприкосновении со стоячей водой терять связность и разрушаться - превращаться в рыхлую массу с частичной или полной потерей несущей способности. Размокание породы имеет большое значение для характеристики ее строительных качеств. Скорость размокания пород определяет степень ее устойчивости под водой.

Для характеристики размокания пород обычноиспользуют два показателя: время размокания, в течение которого образец породы, помещенный в воду, теряет связность и распадается на структурные элементы разного размера; характер размокания, отражающий качественную картину распада образца породы.

Большая часть пород с кристаллизационными ионно-ковалентными структурными связями является практически неразмокаемой. В противоположность им дисперсные породы (у них эти связи отсутствуют) размокают. Плотные суглинки и глины, не размокающие в воде, размываются лишь при длительном воздействии текучей воды. Размокаемые связные породы, характеризующиеся слабыми структурными связями, размываются быстро, причем их размываемость обусловливается сопротивлением размоканию.

Сжимаемость.

Глинистые породы под влиянием нагрузки деформируются не разрушаясь. Свойства деформации характеризуются модулем деформации, коэффициентом Пуассона, коэффициентами сжимаемости и консолидации, модулями сдвига и объемного сжатия.

Деформационные свойства дисперсных грунтов определяются их сжимаемостью под нагрузкой, обусловленной смещением частиц относительно друг друга и соответственно уменьшением объема пор, вследствие деформации частиц породы, воды, газа.

При определении сжимаемости грунтов различают показатели, характеризующие зависимость конечной деформации от нагрузки и изменение деформации грунта во времени при постоянной нагрузке. К первой характеристике показателей относятся коэффициент уплотнения, коэффициент компрессии,  модуль осадки, ко второй – коэффициент консолидации.

Сцепление. Сопротивление грунтов сдвигу – их важнейшее прочностное свойство, знание которого необходимо для решения инженерно-геологических задач. Под действием некоторой внешней нагрузки в определенных зонах грунта связи между частицами разрушаются, и происходит смещение одних частиц относительно других – грунт приобретает способность неограниченно деформироваться под данной нагрузкой. Разрушение грунта происходит в виде перемещения одной части массива относительно другой.

5. 
   Классификация грунтов
   

Классификация грунтов могут быть общими, частичными, регио­нальными и отраслевыми.

Задача общих классификаций—по возможности охватить все наиболее распространенные типы горных пород и охарактеризовать их как грунты. Такие классификации должны основываться исключитель­но на генетическом подходе, при котором оказывается возможным связать инженерно-геологические свойства горных пород с их генети­ческими особенностями и проследить изменение этих свойств от одной группы грунтов к другой. Эти классификации служат базой для разра­ботки всех других видов классификаций.

Частные классификации подразделяют и детально расчленяют грунты на отдельные группы по одному или нескольким признакам. К таким классификациям относятся классификации:

- осадочных, обломочных, песчано-глинистых грунтов по гранулометрическому составу,

- глинистых пород — по числу пластичности,

- лессовых пород — по степени просадочности и т. п.

Эти классификации могут быть развитием или составной частью общих классификаций.

Региональные классификации рассматривают грунты применительно к определенной территории. В их основе лежит возрастное и генетическое подразделение пород, встречающихся на данной терри­тории. Разделение групп фунтов проводят, базируясь на формационно-фациальном учении о горных породах.

Отраслевые классификации фунтов составляются применительно к запросам определенного вида строительства. Естественно, такие классификации базируются на положениях вышеописанных класси­фикаций и являются как бы конкретным результатом общих класси­фикаций для решения вопросов при инженерно-геологической оценке территорий и площадки строительства.

Классификация фунтов отражает их свойства. В настоящее время фунты согласно ГОСТ 25100—95 разделяют на следующие классы — природные: скальные, дисперсные, мерзлые и техногенные образова­ния. Каждый класс имеет свои подразделения. Так, фунты скальных, дисперсных и мерзлых классов объединяются в группы, подгруппы, типы, виды и разновидности, а техногенные фунты вначале разделя­ются на два подкласса, а далее также на группы, подгруппы, типы, виды и разновидности. Классификация фунтов согласно ГОСТ 25100—95 в сокращенном виде показана в таблице:

Таблица 1 – Строительная классификация грунтов

Классы	Группы	Подгруппы	Типы	Виды	Разновидности
Скальные грунты (с жесткими структурными связями)	Скальные грунты	Магматические породы Метаморфические породы Осадочные	Силикатные Силикатные Карбонатные Железистые Силикатные Карбонатные	Граниты, базальты,габбро Гнейсы, сланцы Мраморы и др. Железные руды Песчаники, конгломераты Известняки, доломиты	Выделяются по : Прочности Плотности Выветрелости Водорастворимости Размягчаемости в воде водопроницаемости и т.д.
	Полускальные грунты	Магмат. Эффузив.породы Осадочные	Силикатные Силикатные Кремнистые Карбонатные Сульфатные Галоидные	Вулканические туфы Аргиллиты, алевролиты Опоки,трепелы ,диатомиты Мел.мергели Гипсы,ангидриты Галиты и др.
Дисперсные грунты (с механическими и водно-коллоидными связями)	Связные грунты Несвязные грунты	Осадочные породы Осадочные породы	Минеральные Органоминеральные Органические Силикатные, карбонатные, полиминеральные	Глинистые грунты Илы, сапропели,заторфованные земли торф пески, крупнообломочные грунты	Выделяются по: Гранулометрическому и минералогическому составу Числу пластичности Набуханию Просадочности Водонасыщению Коэф-ту пористости Плотности и др.
Мерзлые грунты (с криогенными структурными связями)	Скальные грунты Полускальные грунты Связные грунты Ледяные грунты	Промерзшие магматические, метаморфические и осадочные породы Померзшие магматические эффузивные породы Осадочные породы Промерзшие Осадочные породы Внутригрунтовые погребенные	Ледяные минеральные Ледяные минеральные Ледяные органоминеральные Ледяные органические льды	Все виды грунтов магматических, метаморфических и осадочных Все виды дисперсных связных и несвязных грунтов Ледниковые Наледные,речные,озерные и т.д.	Выделяются по: Льдистости Температурно-прочностным свойствам Засоленности Криогенной текстуре и т.д.

Скальные грунты. Их структуры с жесткими кристаллическими связями, например, гранит, известняк. Класс включает две группы грунтов: 1) скальные, куда входит три подгруппы пород, магматические, метаморфические, осадочные сцементированные и хемогенные; 2) по­лускальные в виде двух подгрупп — магматические излившиеся и осадочные породы типа мергеля и гипса. Деление грунтов этого класса на типы основано на особенностях минерального состава, например, силикатного типа — гнейсы, граниты, карбонатного типа — мрамор, хемогенные известняки. Дальнейшее разделение грунтов на разновид­ности проводится по свойствам: по прочности—гранит—очень прочный, вулканический туф —менее прочный; по растворимости в воде —кварцит —очень водостойкий, известняк —неводостойкий.

Дисперсные грунты. В этот класс входят только осадочные горные породы. Класс разделяется на две группы — связных и несвязных грунтов. Для этих фунтов характерны механические и водноколлоидные структурные связи. Связные фунты делятся на три типа — минеральные (глинистые образования), органоминеральные (илы, сапропели и др.) и органические (торфы). Несвязные фунты представ­лены песками и крупнообломочными породами (гравий, щебень и др.). В основу разновидностей фунтов положены плотность, засоленность, гранулометрический состав и другие показатели

Мерзлые грунты. Все грунты имеют криогенные структурные связи, т. е. цементом грунтов является лед. В состав класса входят практически все скальные, полускальные и связные грунты, находящиеся в условиях отрицательных температур. К этим трем группам добавляется группа ледяных грунтов в виде надземных и подземных льдов. Разновидности мерзлых грунтов основываются по льдистым (криогенным) структурам, засоленности, температурно-прочностным свойствам и др.

Техногенные грунты. Эти грунты представляют собой, с одной: стороны, природные породы — скальные, дисперсные, мерзлые, ко­торые в каких-либо целях были подвергнуты физическому или физи­ко-химическому воздействию, а с другой стороны, искусственные минеральные и органоминеральные образования, сформировавшиеся в процессе бытовой и производственной деятельности человека. Последние нередко называют антропогенным образованием. В отличие от других классов этот класс вначале разделяется на три подкласса, а уже после этого каждый подкласс, в свою очередь, распадается на группы, подгруппы, типы, виды и разновидности грунтов. Разновид­ности техногенных грунтов выделяются на основе специфических особенностей свойств.

ГЛАВА 2. Нескальные грунты

2.1. Виды нескальных грунтов.

Грунт – это горные породы различного состава, слагающие верхнюю часть земли и затронутые строительной деятельностью человека.

Все нескальные грунты состоят из твердых минеральных частиц, образующих скелет грунта, пронизанный сообщающимися порами, в которых содержится поровая жидкость (обычно вода) и поровый газ (обычно воздух и водяной пар). Частицы скелета, поровую воду и поровый газ называют соответственно твёрдой, жидкой и газообразной фазами грунта.

При полном заполнении пор водой систему превращается в двухфазовую.

Твердые частицы представляют собой систему минеральных зерен различных по форме, составу, размер которых измеряется от нескольких см до мельчайших частиц коллоидного порядка, т.е. менее одного микрона. Важнейшей характеристикой твердых частиц является минералогический состав, который во многом и определяет физико-механические свойства грунтов. Чем меньше размер минеральных частиц, тем больше их удельная поверхность. С уменьшением размера частиц возрастает число центров взаимодействия в контакте между зернами и окружающей их водой.
2.2. Фазовый состав нескальных грунтов (минеральный скелет, вода, газы).

Грунт это 3х фазная система.



От соотношения этих фаз и зависят характеристики грунтов.

Грунт – это горные породы различного состава, слагающие верхнюю часть земли и затронутые строительной деятельностью человека.

Грунт может выступать в качестве строительных материалов и в качестве оснований зданий и сооружений. В процессе выветривания в грунтах происходит накопление всё более мелких частиц, и они начинают приобретать свойства дисперсных систем. Дисперсная система состоит из двух или более веществ, распределённых в одно в другое.

Дисперсность – степень раздробленности, чем мельче частицы грунта, тем больше дисперсность этого грунта.

По степени дисперсности:

• 
  Грубодисперсные
  
• 
  Тонкодисперсные
  
• 
  Коллоидные грунты
  

Коллоиды – тела, размер которых превышает размер молекул, но не меньше частиц способных осаждаться в воде под действием силы тяжести. Обычно размеры коллоидов меньше 0,2 мкм.

Грунт представляет собой многофазную дисперсную систему. Основные элементы грунта – твёрдые частицы, газ, вода.

Твердые частицы обычно представлены минеральными зёрнами, различными по составу и размеру, реже – разложившимися горными остатками. Размер твёрдых частиц колеблется от нескольких (см) до частиц коллоидного порядка.

Основной характеристикой твёрдых частиц является минеральный состав. Основные минералы в грунтах – полевые шпаты, слюда, кварц, глинистые минералы:

1. 
   Встречаются в виде очень мелких кристаллов.
   
2. 
   Обладают поглотительной или обменной способностью.
   
3. 
   Кристаллы имеют пластинчатую форму.
   
4. 
   В составе минералов есть связная вода.
   

Основные глинистые минералы – коалинит. Относительно стойкий, небольшая набухаемость, малая обменная способность.

Монтмориллонит – высокая дисперсность, размеры не превышают 1мкм, большая пластичность, способность в 10-20 раз увеличиваться в объёме в результате увлажнения.

Наличие в грунтах монтмориллонита в больших количествах отрицательно сказывается на несущих характеристиках грунта при увлажнении.

Гидрослюды – отличаются изменчивостью химического состава, занимают промежуточное значение между каолинитом и монтмориллонитом.

Состав органической части грунтов представлен торфом и гумусом. Торф представляет собой грубую полуразложившуюся массу растительных остатков, в которых можно различить исходный материал.

Наличие органических веществ придаёт грунту чрезмерную влагоёмкость и пластичность.

Жидкая фаза представлена различными формами воды (жидкая, пар, лёд) с растворимыми в ней вещёствами.

Газообразные части – воздух, заполняющий поры грунта и отличающийсяпо составу от атмосферного.

Системы фазового состояния грунтов:

1.Водонасыщенный грунт (поры целиком заполнены водой)

1. 
   Частицы грунта
   
2. 
   Плёнки связанной воды
   
3. 
   Свободная вода
   

В водонасыщенном состоянии находятся грунты расположенные ниже уровня грунтовых вод (это двухфазная система)

2. Водонасыщенный грунт включающий пузырьки газа.



4) Пузырьки газа

Поведение этих грунтов мало отличается от водонасыщенных, однако из-за содержания газа сжимаемость выше, чем водонасыщенность.

3. 
   Твёрдая фаза, распределённая в водно-воздушной среде.
   

3. 
   Твёрдая фаза, распределённая в газообразной среде
   

Вода отсутствует. В виду того что газ в таких грунтах не влияет на поведение грунта под нагрузкой, грунт рассматривается как однофазная система


2.3. Вода в порах грунтов.

Свойства грунта, которые определяются наличием в их составе воды:

• 
  просадка лессовых грунтов при замачивании под нагрузкой;
  
• 
  развитие сил морозного пучения в грунтах при замерзании;
  
• 
  миграция влаги, переувлажнение и просадка мёрзлых грунтов при оттаивании под нагрузкой;
  
• 
  тиксотропность глинистых грунтов – разжижение под действием динамической нагрузки;
  
• 
  изменение плотности водонасыщенного грунта в результате взвешивающего действия воды;
  
• 
  электроосмос или снижение количества связанной воды в результате воздействия электрического поля;
  
• 
  снижение механических характеристик грунтов в результате повышения консистенции;
  
• 
  набухание и усадка.
  

2.4. Виды поровой воды.

Вода в форме пара.

Водяной пар является одной из составных частей грунтовой атмосферы. Количество водяного пара в приземном слое воздуха весьма изменчиво и обычно колеблется от десятых долей до нескольких процентов. Содержание пара в грунтовой атмосфере несколько выше. Однако общее количество водяного пара в грунте не превышает 0,001% от всего веса грунта. Несмотря на это, вода в форме пара играет большую роль в процессах, протекающих в грунтах, так как она, во-первых, является единственной формой воды, которая способна передвигаться в грунте при незначительной его влажности, и, во-вторых, потому, что путем конденсации пара на поверхности грунтовых частиц образуются другие виды воды.

Передвижение водяного пара возможно, как со всей массой газообразной компоненты, так и независимо от ее движения под влиянием разности упругости паров в различных слоях грунта. В последнем случае движение будет проходить от слоя с большей упругостью к слою с меньшей упругостью. В большинстве случаев газообразная компонента в грунте полностью насыщена водяными парами; относительная влажность ее тогда равна 100%. Если пары воды находятся в состоянии насыщения, т. е. имеют максимальную упругость при данной температуре, то передвижение их определяется только величиной температуры и будет направлено от слоя с более высокой к слою с более низкой температурой.

Парообразная вода в грунте находится в постоянном динамическом равновесии с другими видами воды (в частности, с гигроскопической водой) и с парами воды в атмосфере. При определенных условиях парообразная вода конденсируется.

Конденсация паров воды может происходить под влиянием падения температуры — термическая конденсация, и в силу молекулярного взаимодействия паров воды с грунтовыми частицами — молекулярная конденсация. В том случае, когда молекулы парообразной воды адсорбируются на поверхности грунтовых частиц, образуется гигроскопическая вода.

Вода в твердом состоянии.

Гравитационная вода является источником других видов воды в грунте; ее химический состав сказывается на составе этих видов. При температуре грунта ниже O°C гравитационная вода замерзает и содержится в грунте в виде льда. Лед может содержаться в грунте в виде отдельных кристаллов или в виде прослоев чистого льда, достигающих местами значительной мощности. Кристаллы льда в большинстве случаев играют роль цемента, скрепляющего минеральные частицы друг с другом. Благодаря присутствию льда резко изменяются свойства грунта.

Свойства мерзлых рыхлых пород очень чувствительны к изменению температуры, особенно при переходе ее через нуль градусов, так как при этом резко изменяется содержание незамерзшей воды. Изменение количества незамерзшей воды влияет на большую часть физических и химических свойств дисперсных мерзлых грунтов.

При промерзании дисперсных и особенно глинистых пород происходит миграция влаги и льдовыделение, которые резко изменяют строение грунтов, что также влияет на их физические и механические свойства. Следует иметь в виду, что повторные замерзания и оттаивания дисперсных пород могут приводить к необратимым изменениям структуры (и в том числе дисперсности) и их свойств (увеличивается количество свободной воды, возрастает фильтрационная способность, изменяется прочность, электрические свойства и т. д.).

Влажные песчаные грунты при промерзании резко изменяют свои свойства даже при близких к нулю отрицательных температурах; глинистые же грунты при замерзании изменяют свои свойства более монотонно и плавно и в более значительном диапазоне отрицательных температур. Неразрушенные скальные породы при промерзании изменяют свои физические и механические свойства в наименьшей мере. Изучением свойств мерзлых грунтов занимается мерзлотоведение.

Кристаллизационная вода и химически связанная вода.

Кристаллизационная вода и химически связанная (конституционная) вода принимают участие в строении кристаллических решеток различных минералов. Кристаллизационная вода входит в состав минералов типа CaSO4•2H2O (гипс). Кристаллизационная вода, участвуя в построении кристаллической решетки минералов, сохраняет свою молекулярную форму. Химически связанная вода входит в гидраты типа гидроокисей Ca(OH)2. Молекулы ее в результате химической реакции распадаются на ионы H+ и ОН-. Химически связанная вода не сохраняет своего молекулярного единства.

Химически связанная вода по сравнению с кристаллизационной водой более прочно связана с другими молекулами кристаллических решеток. Удаление из минералов химически связанной воды возможно только путем их нагревания при высокой температуре, превышающей 200°С. Кристаллизационная вода может быть выделена из минералов при более низких температурах. Значительное количество кристаллизационной воды, содержащейся в гипсе (16% из общего содержания ее в гипсе — 20,93%), выделяется уже после 32-часового нагревания при температуре 82°C. Удаление кристаллизационной воды из минералов заметно отражается на многих их химических и физических свойствах. Выделение химически связанной воды из минералов приводит к их распаду.

2.5. Свободная и связанная вода.

Связанная вода:

1 прочносвязанная (гигроскопическая) вода;

2 рыхлосвязанная вода.

Вода в глинистых грунтах в значительной степени предопределяет свойства грунта, которые зависят в первую очередь от ее относительного содержания. Это объясняется взаимодействием молекул воды вследствие наличия электромолекулярных сил с поверхностями коллоидных и глинистых частиц грунта. Твердые частицы грунта, состоящие из тех или иных обычно кристаллических минералов, имеют на поверхности заряд статического электричества, чаще всего отрицательный. Молекулы же воды, являясь диполями, и ионы различных веществ противоположного заряда, растворенных в грунтовой воде, попадая в поле заряда частицы грунта, ориентируются определенным образом и притягиваются к поверхности этой частицы. В результате поверхность твердой частицы покрывается монослоем молекул воды.



Вода, адсорбированная на поверхности твердых частиц, называется связанной (она связана с твердыми частицами). Эта вода создает гидратные пленки вокруг твердых частиц и ее часто называют пленочной. Поскольку в пределах слоя адсорбированной воды удельные силы взаимодействия изменяются от очень больших величин до нуля, такой слой принято условно делить на слои прочносвязанной и рыхлосвязанной воды.

Прочносвязанная вода, слой которой состоит из одного или нескольких слоев молекул, обладает свойствами, существенно отличающимися от свойств свободной воды. По свойствам прочносвязанная вода скорее соответствует твердому, а не жидкому телу. Она не отделяется от твердых частиц при воздействии сил, в тысячи раз превышающих силы земного притяжения, замерзает при температуре значительно ниже 0°С, имеет большую, чем свободная вода, плотность, обладает ползучестью; такую воду можно отделять от твердых частиц лишь выпариванием при температуре выше 100 °С.

Рыхлосвязанная вода представляет собой диффузный переходный слой от прочносвязанной воды к свободной. Она обладает свойствами прочносвязанной воды, однако они выражены слабее. Это обусловлено резким уменьшением в слое рыхлосвязанной воды удельных сил взаимодействия между поверхностью твердой частицы и молекулами воды.

Так как в пределах слоя связанной воды удельные силы взаимодействия резко меняются, свойства пылевато-глинистых грунтов в значительной степени будут зависеть от толщины пленок рыхлосвязанной воды. При этом чем больше дисперсность грунта, тем в большей степени будет проявляться эта зависимость, поскольку при большей дисперсности грунта, содержащего глинистые и особенно коллоидные частицы, удельная площадь их поверхности, т. е. суммарная площадь поверхности частиц глин и суглинков, больше, чем у песков, в тысячи раз. Кроме того, она зависит от минералогического состава глинистых частиц. Таким образом, минеральный состав и удельная площадь поверхности частиц пылевато-глинистых грунтов обусловливают их специфические свойства.

Наличие между частицами пылевато-глинистого грунта связанной (пленочной) воды определяет его пластичность. При этом чем толще пленки воды, тем меньше прочность грунта, и наоборот. Изменение толщины пленок воды, окружающих частицы пылевато-глинистого грунта, приводит к изменению его состояния от почти жидкого до твердого. При малой толщине пленок воды пылевато-глинистые грунты обладают сцеплением. Поскольку сцепление в значительной степени обусловлено наличием связанной воды, такие грунты обладают присущей этой воде ползучестью.

Увлажнение пылевато-глинистого грунта приводит к увеличению толщины пленок воды между частицами и сопровождается увеличением объема грунта, т. е. грунт набухает. Наоборот, при высыхании пылевато-глинистые грунты уменьшаются в объеме вследствие утончения пленок воды (грунт получает усадку). Когда связность грунта обусловлена наличием пленочной воды или растворимых солей, увлажнение грунта может приводить к полному его размоканию.

Если пылевато-глинистый грунт содержит небольшое количество рыхлосвязанной воды и при этом все его поры заполнены водой, фильтрация ее практически невозможна. В связи с этим строители используют перемятую глину в качестве гидроизоляционного материала.

Связность (прочность) грунта, зависящая от толщины слоя рыхлосвязанной воды, может резко снижаться при нарушении определенного расположения молекул воды и частиц (например, при динамических воздействиях или перемятии). Свободная вода: капиллярная вода;

гравитационная вода.

Капиллярная вода передвигается в тонких порах почвы. Это движение происходит в силу поверхностного натяжения и смачивания. Вода по капиллярам поднимается тем выше, чем меньше диаметр капилляра, тем тяжелее механический состав почвы и грунта.

Собственно, капиллярная вода поднимается кверху от уровня грунтовых вод. При уменьшении количества капиллярной воды в связи с высыханием грунта наблюдается восстановление ее благодаря подъему по капиллярным порам новой части грунтовой воды, подобно тому, как это происходит в капиллярной трубке, опущенной одним концом в воду.

Подвешенная вода чаще всего встречается в песках. Она возникает как в однородной, так и в слоистых толщах при промачивании их сверху. В однородной толще образование подвешенной влаги зависит от гранулометрического состава песка и его исходной влажности. В грубозернистых песках подвешенная вода не образуется.

Подвешенная вода отличается от капиллярной тем, что она не имеет непосредственной связи с уровнем грунтовых вод, вследствие чего не может питаться ими. В таком состоянии воду в грунте можно сравнить с водой в капилляре, нижний конец которого не опущен в воду.

В сухих песках подвешенная вода образуется в верхних горизонтах; мощность ее измеряется сантиметрами, реже дециметрами. В слоистых толщах подвешенная вода образуется на границе двух слоев, различных по гранулометрическому составу.

Гравитационная вода подразделяется на просачивающуюся воду и воду грунтового потока. Просачивающаяся вода находится преимущественно в зоне аэрации и передвигается под влиянием силы тяжести сверху вниз. Это движение продолжается до тех пор, пока она не встретит на своем пути слой грунта, обладающий малой водопроницаемостью — фактически водонепроницаемый, водоупорный горизонт. После этого дальнейшее движение воды происходит под влиянием напора в виде грунтового потока. Слой грунта, в котором движется вода грунтового потока, называется водоносным горизонтом.

Просачивающаяся вода оказывает локальное воздействие на толщу пород. В частности, глинистые, лёссовые и другие связные грунты теряют прочность лишь на пути ее движения. В других точках пласта прочность породы сохраняется. Вода грунтового потока оказывает воздействие на весь пласт, по которому она движется.

Содержание гравитационной воды в грунте зависит от характера его пористости. В глинистых грунтах, где количество макропор незначительно, гравитационная вода находится в небольшом количестве и при большом уплотнении грунта может совсем отсутствовать. В крупнообломочных грунтах (гравий, галечник) и в крупнозернистых песках гравитационная вода может преобладать над другими видами воды.

Гравитационная вода обладает всеми свойствами обычной воды. По своему химическому составу она может быть различна, так как содержит в себе растворенные соли и газы, а также вещества в коллоидальном состоянии. Количество веществ, содержащихся в грунтовой воде, называется общей минерализацией воды и может колебаться в широких пределах: от нескольких сот миллиграммов до нескольких сот граммов на литр, в то время как соленость морской воды составляет примерно 35 г/л. Минерализация подземных вод, как правило, увеличивается с глубиной. Наибольшее количество растворимых солей находится в водах, циркулирующих в районах соляных месторождений и в пустынных и полупустынных областях в условиях засушливого климата.

Растворенные в воде соли находятся в подвижном равновесии с твердой составляющей грунтов и взаимодействуют с ней. В коллоидальном состоянии находятся кремнекислота и полуторные окислы. Среднее значение рН для грунтовых вод колеблется около 7. С повышением общей минерализации значение рН увеличивается. В районах развития известняков, солонцеватых глин и солонцовых почв величина рН природной воды может достигать 9 - 10.

2.6. Газообразные включения в грунтах.

Обычно это воздух, заполняющий поры грунта. По своему составу он в большей или меньшей степени всегда отличается от атмосферного.

Газы в грунтах по генезису могут быть природными и антропогенными (техногенными). Среди природных газов выделяется три генетических типа – геологического, атмосферного и биологического происхождения. Газы первой группы образуются за счет собственно геологических процессов (экзогенных и эндогенных); второй – в основном за счет газообмена с атмосферой; третей – за счет жизнедеятельности организмов в грунтах. Газы в грунте



Свободные газы: Растворенные в воде

• 
  связанные с атмосферой,
  
• 
  защемленные газы (глинистые грунты).
  

Газ в грунтах может находиться в виде пузырьков, окруженных поровой водой, в растворенном (в поровой воде) или в свободном виде (воздух, сообщающийся с атмосферой). Пузырьки газа, содержащиеся в относительно крупных порах грунтов, а также растворенный в поровой воде газ придают грунтам свойство упругости, сказывающееся на их сжимаемости и деформируемости во времени. Газ, сообщающийся с атмосферой, не влияет на распределение давления между твердыми частицами и поровой водой.

Таким образом, свойства грунтов зависят от относительного содержания и свойств, входящих в него фаз, от закономерности взаимодействия частиц скелета дуг с другой и с поровой водой, и от особенностей совместной работы фаз под действием внешних нагрузок, приложенных к грунту.

Заключение

При подготовки курсовой работы были выполнены поставленные цели и задачи, а именно изучен общий теоретический материал по грунтам, а также более подробно разобраны нескальные грунты. По итогу подготовки курсовой работы, определили следующее.

Грунт — любая горная порода, почва, осадок и техногенные минеральные образования, рассматриваемые как многокомпонентные динамичные системы и часть геологической среды, изучаемые в связи с инженерно-хозяйственной деятельностью. Грунты используют в качестве оснований зданий и сооружений, материалов для строительства дорог, насыпей и плотин, среды для размещения подземных сооружений (тоннелей, трубопроводов, хранилищ) и др. Грунты изучаются в инженерной геологии.

Нескальные грунты представляют собой осадочные породы без жестких свойств структуры. Их градируют по таким параметрам, как крупность частиц и их концентрации в материале. Таким образом, нескальные грунты разделяют на крупнообломочные, песчаные, пылевато-глинистые, биогенные и почвы.

Специфической особенностью нескальных грунтов является их дисперсность, отличающая этот вид грунтов от прочных скальных пород.

Список литературы

1. 
   Электронный ресурс [https://dodiplom.ru/ready/133250 Инженерно-геологические изыскания для определения характеристик грунтов и оснований]
   
2. 
   Электронный ресурс [https://olymp.in/news/klassifikatsiya-gruntov-porody-kak-osnovaniya-ikh-svojstva/1179 Классификация грунтов]
   
3. 
   Электронный ресурс [https://infopedia.su/15x8615.html Строительная классификация грунтов]
   
4. 
   Электронный ресурс [https://exkavator.ru/articles/grunt/

id%3D6436

---

Классификация и строительные свойства грунтов]

Электронный ресурс [https://studfile.net/preview/6859391/page:2/ Основные виды, состав и свойства грунтов]

Электронный ресурс [https://studopedia.ru/11_75952_obshchie-svedeniya-o-gruntah.html Общие сведения о грунтах]

Электронный ресурс [https://ozlib.com/965900/tehnika/gruntovedenie Введение, грунтоведение, основные физико-механические свойства]

Электронный ресурс [https://vistagrad.com/engineering-preparation-of-territory/klassifikatsiya-gruntov Классификация грунтов и способы их укрепления]

Электронный ресурс [https://sground.ru/opredeljaem-tip-i-harakteristiki-grunta-samostojatelno-bez-laboratorii/ Классификация грунтов]

Электронный ресурс [https://plodorodnyy-grunt.ru/klassifikatsiya-grunta/ Классификация грунтов в строительной сфере]

---

Смотрите также файлы

• Надежность, эргономика и качество асоиу.pdf

• 8 А сыныбы,аза тілінен ыса мерзімді саба жоспары Бекітемін Аманбаева Ж. А.docx

• Александра Федоровна (Алиса ГессенДармштадтская) родилась 6 июня в 1872 году в городе Дармштаде, находившемся в небольшом герцогстве Германии.docx

• Общее устройство робота.docx

• Космос это интересно!.docx