Навигация
Грунты как многокомпонентная система
48879
знаков
8
таблиц
10
изображений
1.2 Грунты как многокомпонентная система.
Мёрзлые и вечномёрзлые грунты являются природными многофазными образованиями, состоящими из различных по своим свойствам компонентов, находящихся в различном фазовом состоянии, поэтому допущение об их однокомпонентности имеет смысл лишь в случае отсутствия в данном объёме грунта перераспределения во времени отдельных фаз грунта.
Таким образом, механика мёрзлых грунтов есть механика четырёхфазной системы, содержащей :твёрдые минеральные частицы; идеально-пластичные включения льда(лёд-цемент и лёд прослойков);воду в связанном и жидком состояниях; газовые компоненты: пары и газы.
Все перечисленные компоненты находятся в физико-химическом и механическом взаимодействии, интенсивность и формы которого зависят от температуры.
Твёрдые минеральные частицы оказывают существенное влияние на свойства мерзлых грунтов характеристики, которых зависят от размеров и формы минеральных частиц, физико-химической природы их поверхности, определяемой их минеральным составом и составом поглощённых катионов.
Существенно влияет на свойства грунтов форма частиц. Например, при плоской форме зёрен давление в точках контакта частиц практически равно внешнему давлению от нагрузки, тогда как при остроугольной форме- может достигать огромной величины. И интенсивность протекания физико-химических поверхностных явлений зависит от удельной поверхности частиц грунта, которая может достигать в глинистых грунтах 80 и более м2/г.
Лёд, являясь обязательной компонентой мёрзлых грунтов в противоположность твёрдым минеральным частицам представляет собой мономинеральную криогидратную породу с весьма своеобразными физико-механическими свойствами. Кроме льда в грунтах могут содержаться и другие криогидратные минералы, например, углекислый натрий Na2Co3,хлористый магний MgCl2. Льдом называют все твёрдые модификации воды, независимо от их кристаллического или аморфного состояния. Различают несколько модификаций льда, образующихся при отрицательных температурах и соответствующих давлениях: три кристаллических модификации: 1,2,3,аморфную модификацию, образующуюся при «глубоком» замораживании и кристаллическую воду, существующую при высоких давлениях и положительных температурах. В мёрзлых грунтах содержится лёд 1-й модификации (существующий при температурах до –100°С и при обычных давлениях),он является важнейшей компонентой мёрзлых грунтов. Он имеет высокую анизотропию свойств, например, механические свойства его кристаллов в направлении перпендикулярном главной оптической оси подчиняются законам реологической механики, в параллельном же направлении–напротив, после упругих деформаций наступает хрупкое разрушение. Кроме того, электро- молекулярные связи льда значительно превосходят электро- молекулярные связи свободной воды, что и обусловливает адсорбцию свободной воды поверхностью льда.
Льдонасыщенность и характер распределения льда в разрезе многолетнемёрзлых пород во многом определяются условиями их промерзания. Лёд, распределённый в мёрзлой породе в виде различных по величине, в целом относительно небольших, но видимых глазом линз, пропластков, слоёв, зёрен и включений другой формы, а также заполняющий поры в породе(лёд-цемент), определяет криогенную текстуру.
Классификация генетических типов подземных льдов приведена в табл.1.6. Таблица 1.6
Генетические типы подземных льдов.
| типы | подтипы | |
| Конституционные льды | ||
| Пещерно- жильные льды | Жильные льды | |
| Пещерные льды | ||
| Погребённые льды | Конжеляционные льды | |
| Осадочно-метаморфические |
В зависимости от заполнения пор льдом различают (Шумский,1957) следующие виды льда цемента: контактный, находящийся в местах контакта частиц скелета; плёночный, обволакивающий поверхность частиц, оставляя часть пор незаполненными; поровый, заполняющий поры целиком; и базальный, образующий основную массу породы и разобщающий частицы минерального скелета.
Вода в жидкой фазе в мёрзлых грунтах, по крайней мере до температуры –70°С содержится в том или ином количестве. Вода бывает в двух состояниях: прочносвязанная поверхностью минеральных частиц, когда в следствие огромных электро- молекулярных сил, вода не в состоянии перейти в гексагональную кристаллическую решётку льда, даже при очень низких температурах..
Рыхлосвязанная вода переменного фазового состава, замерзающая при температурах ниже 0°С. Понижение температуры замерзания воды происходит в следствие того, что между слоем прочносвязанной и более «тёплой воды»существует энергетическая связь, что обусловливает более низкую температуру её кристаллизации.
Газообразные компоненты в мёрзлых грунтах могут играть в отдельных случаях существенную роль, так как они перемещаются от мест с большей упругостью к местам с меньшей упругостью, и в водо-насыщенных грунтах могут явиться причиной перераспределения влажности. Кроме того, газообразные компоненты претерпевают значительное сокращение в процессе понижения температуры, образуя вакуум обуславливающий миграцию влаги.
1.3 Характеристики физических свойств
При оценке многолетнемёрзлых пород используются те же характеристики физико-механических свойств, что и для талых пород, а также, необходимы дополнительные характеристики, которые выражают специфику состава мёрзлых пород и особенностей их поведения под нагрузками. Общими характеристиками талых и мёрзлых грунтов являются:
1. Плотность - масса грунта в единице объёма
r= m/V; [г/см3]
m-масса образца ненарушенной структуры;
V -объём грунта;
2.Плотность частиц грунта в единице объёма при плотной упаковке :
rs [г/см3], определяемая с помощью пикнометра.
3.Плотность скелета грунта
rd; [г/см3]
определяемая, как масса частиц грунта в объёме ненарушенной структуры;
4. Пористость грунта ,характеризуемая коэффициентом пористости :
e=( rs -rd )/ rd ;
5.Суммарная относительная влажность:
Отношение массы воды к массе сухого грунта в единице объёма
Wс=mводы /m сух.гр.
6.Влажность на пределе раскатывания и на пределе текучести соответсвенно:
Wрас% , Wтек%
7. Число пластичности :
Jчисло пласт = Wтек% -Wрас%:
8.Степень водонасыщения :
Sr=W с/Wп
Где Wп - полная влагоёмкость, равная влажности грунта, при полном заполнении пор водой.
К дополнителным характеристикам относятся :
1.Влажность за счёт незамёрзшей воды Wн(в долях единицы);
2.Льдистость мёрзлого грунта i , равная отношению массы льда к массе всей воды , содержащийся в мёрзлом грунте:
i = (Wc-Wн)/Wc;
3.Температура начала замерзания грунтовой влаги qbf ;
4.Засолённость грунта (Dsol) ,либо концентрация порового раствораCр :
Dsol=mсоли/mсух.грунта ;
Ср=Dsol%/(Dsol% +Wc%) ;
5. Заторфованность :
характеристика, равна отношению массы органического вещества к массе грунта в сухой навеске.
Im = mторфа/mсух.грунта
6.Относителная влажность Wс в мёрзлых грунтах рассматривается как сумма влажности за счёт включений льда (Wв), влажность минеральных прослоек грунта (Wг) , равная сумме влажности за счёт льда цементирующего минеральные частицы(Wц) и влажности за счёт незамёрзшей воды(Wн).
Wc=Wв+Wг=Wв+(Wц+Wн);
Важными характеристиками мёрзлых грунтов являются текстура и структура. В заваисимости от интенсивности промораживания , наличия подтока воды и задержек в промораживании формируется текстура мёрзлых грунтов. Основными видами стуктуры грунтов являются слитная(массивная),слоистая и ячеистая(сетчатая).Также выделяют другие дополнительные виды структур.
Похожие работы
... в районах, подверженных данным процессам; – инженерно–геологическое значение этих процессов, мероприятия, устраняющие их вредное влияние на условия строительства и эксплуатации сооружений. Гравитационные процессы на склонах Горные породы, слагающие склоны, очень часто находятся в неустойчивом положении. При определенных условиях и под влиянием гравитации они начинают смещаться вниз по склонам ...
... 2.01.01-82 “Строительная климатология и геофизика”. СНиП 2.01.15-90 Инженерная защита территорий, зданий и сооружений от опасных геологических процессов. Основные положения проектирования”. СНиП 2.06.15-85 “Инженерная защита территорий от затопления и подтопления”. СНиП II-7-81* Строительство в сейсмических районах”. При проектировании, строительстве и эксплуатации зданий и сооружений, а также ...
... и с различным масштабом воздействия: макроэкономическая политика, приводящая к экстенсивному использованию природных ресурсов; инвестиционная политика, ориентированная на развитие ресурсоэксплуатирующих секторов экономики; неэффективная секторальная политика (топливно-энергетический комплекс, сельское хозяйство, лесное хозяйство и др.); несовершенное законодательство; неопределенность прав ...
... -литологическое строение и гидрогеологические условия обследованных участков. Данный раздел изложен по материалам ин-та «Тюменьгидроводхоз», полученным при проведении изыскательских работ для проектирования оросительной системы в ТОО СПХ «Ембаевское» В геолого-литологическом строении обследованных участков принимают участие отложения четвертичной системы второй надпойменной террасы, перекрытые ...
0 комментариев