Задачи в области фундаментостроения. Роль отечественных ученых в становлении механики грунтов. ч 2

Фазовый состав грунта 1. В большинстве случаев грунты состоят из 3-х компонентов: твердых частиц (твердых тел), воды (жидкого тела) и воздуха или иного газа (газообразного тела), т.е. составные части грунта находятся в трех состояниях: твердом, жидком и газообразном. 2. Если грунт состоит из твердых частиц, все поры между которыми заполнены водой, то он является двухкомпонентной (двухфазной) системой. Иногда такой грунт называют грунтовой массой. 3. В мерзлом грунте, содержится лед (пластичное тело), придающий грунту свойства, которые приходится учитывать, при строительстве в районах распространения вечномерзлых грунтов. Мерзлый грунт является четырехкомпонентной (четырехфазной) системой. 4. В основном в грунте, кроме твердых частиц и воды, имеется воздух или иной газ либо растворенный в поровой воде, либо свободно сообщающийся с атмосферой. Такой грунт является трехкомпонентной (трехфазной) системой. 5.Твердые частицы обычно имеют тот же состав, что и материнская порода(сиенид, габра и т.д.)

объединяют в определенные группы, называемые гранулометрическими фракциями (или просто фракциями),

которым присвоены соответствующие наименования.

на поле, затем его отправляют в лабораторию. Пробу высушивают, истирают

в ступке и просеивают на сито. Для мелких грунтов плотность суспензии (смесь твердых частиц с водой) определяют ареометрами, по скорости оседания твердых частиц в стоячей воде.

сит, для более мелких фракций менее 0,1 мм применяют методы

основанные на определении размеров частиц грунта по скорости их выпадания и суспензии – метод седиментации (образование осадка) используя зависимость стокса для скорости падения шара в вязкость жидкости.
Суспензию из пробы грунта и воды помещают в высокий стеклянный сосуд (цилиндр) и тщательно сбалтывают. Чем мельче частицы, тем медленнее они оседают в жидкости. Скорость падения частиц грунта оценивают по уменьшению плотности суспензии различными методами: Ареометрическим, пипеточным, и отмучиванием.

не действительные размеры частиц, а диаметр шара, который падал бы

в жидкости(воде) с такой же скоростью, как и сложная по форме частица.

Частицы размером :

> 20 мм

– галька
от 2-20 мм – гравий
от 0,05-2 мм – песок
от 0,005-0,05 мм – пылеватые частицы
< 0,005 мм – глинистые частицы

Жидкая составляющая грунта. Вода в пылевато-глинистых грунтах в значительной степени предопределяет свойства грунта, которые в первую очередь зависят от ее относительного содержания. Минеральные частицы грунтов заряжены отрицательно, а молекулы воды представляют собой диполи, заряженные положительно на одном(атом кислорода) и отрицательно на другом (два атома водорода) конце. При соприкосновении твердой минеральной частицы с водой возникают электромолекулярные силы взаимодействия, которые притягивают диполи воды к поверхности минеральных частиц с огромной силой (особенно первые слои), и чем больше удельная поверхность частиц, тем большее количество молекул воды будет находиться в связном состоянии.

1-го ряда связных молекул воды составляют несколько сотен МПа. По

мере удаления от поверхности твердых частиц они быстро убывают и становятся близкими к нулю.
Самые близкие к минеральной частице слои в 1-3 ряда молекул воды, соприкасающиеся с твердой поверхностью, настолько связаны электромолекулярными силами притяжения с поверхностью, что их не удается удалить ни внешним давлением в несколько атмосфер, ни действием напора воды, и эти слои образуют пленки так называемой прочносвязанной адсорбированной воды. Отделить можно только высушиванием.

3 – катион; 4 – анион; а- твёрдая частица; b

– адсорбционный слой; в – диффузный слой; г – свободная вода

по мере удаления от твердой поверхности грунтовых частиц все меньшими

силами и они образуют слои рыхлосвязанной лиосорбированной воды, которую можно выдавить давлением до нескольких сотен килопаскалей или нескольких МПа.
Молекулы воды, находящиеся вне сферы действия электромолекулярных сил взаимодействия с поверхностью минеральных частиц, образуют свободную воду, которая подразделяется на гравитационную воду, движение которой происходит под действием разности напора и капиллярную, подтягиваемую на некоторую высоту от уровня подземных вод силами капиллярного натяжения воды (капиллярными менисками, образующиесяся под воздействием адсорбционных сил поверхности в тонких порах грунтов и обусловливающими капиллярные силы в грунтах).

кислоты, создающие агрессивные среды. Если воздух содержится в замкнутых порах,

то мы имеем дело с идеально упругим телом. При нагревании объем воздуха увеличивается. Увеличенный в объеме воздух может привести к разрушению грунта.
Газообразные включения могут находиться (в том или ином количестве) в следующих состояниях: замкнутом (или защемленном), располагаясь в пустотах между твердыми минеральными частицами, окруженными пленками связанной воды; свободном, когда газы (воздух) соединяются с атмосферой и растворенными в поровой воде.

по крупности и форме минеральных частиц и агрегатов и характер

связей между ними. Связи между частицами грунта называют структурными связями.
Прочность структуры грунта, т.е. ее сопротивление изменению взаимного расположения частиц грунта зависит от прочности связей между ними.
Все грунты делятся на связные и несвязные. Связные грунты отличаются от несвязных (сыпучих) грунтов способностью воспринимать хотя бы небольшие растягивающие напряжения и сохранять без обрушения вертикальные откосы. Связность грунтов объясняется: молекулярными силами взаимодействия между частицами, а также частицами и ионами в поровой воде (водно-коллоидные структурные связи); цементационными связями, соединяющими частицы грунта; капиллярными силами (давлением) в грунте.

(структурные элементы) определяет тексктуру грунта. Текстурой грунтов называют их сложение.

Различают слоистую, слитную и сложную текстуру:
- слоистая – наиболее распространенный вид сложения грунтов, характерный для морских, озерных и других отложений;
- слитная – присуща морским отложениям, имеющим однородное сложение в различных точках массива;
- сложная - порфировая, ячеистая, макропористая и др. (порфировой обладают морские суглинки, ячеистая – характерна для вечномерзлых грунтов, имеющих вертикальные и горизонтальные полости, заполненные льдом, макропористую имеют лессовые грунты);.