Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  


Загрузка...

Шпаргалка к экзамену по Инженерной геологии - файл 1.doc


Шпаргалка к экзамену по Инженерной геологии
скачать (409 kb.)

Доступные файлы (1):

1.doc409kb.30.11.2011 13:39скачать

содержание
Загрузка...

1.doc

1   2   3   4
Реклама MarketGid:
Загрузка...

11. Гранулометрический состав, содержание в горной породе, почве или искусственном продукте зерен различной крупности, выраженное в процентах от массы или количества зерен исследованного образца. Гранулометрический состав является важным показателем физических свойств и структуры естественного или искусственного материала. В зависимости от цели исследования Гранулометрический состав может быть определен с различной степенью детальности. Общепринятой классификации по данным Гранулометрический состав не существует, что связано с различием целей и объектов, для которых производится определение Гран-го состава В геологии (литологии), грунтоведении, почвоведении, геологии моря и в технике (абразивы, обогащение полезных ископаемых) имеются свои классификации и наименования гранулометрических фракций. Так, в осадочных горных породах различают: валуны крупные свыше 500 мм, средние 500—250 мм, мелкие 250—100 мм, галька 100—10 мм, гравий крупный 10—5 мм, мелкий 5—2 мм, грубый песок 2—1 мм, крупный песок 1—0,5 мм, средний песок 0,5— 0,25 мм, мелкий песок 0,25–0,10 мм, алеврит 0,10–0,05 мм, пыль 0,05–0,005 мм, глина — менее 0,005 мм. Гранулометрический состав определяется при помощи гранулометрического анализа. Определение ГС обломочных горных пород нужно для оценки их коллекторских свойств и для расшифровки условий их образования. Гранулометрический состав грунтов дает возможность судить об их технических свойствах для строительных целей.

Гранулометрический состав – содержание в породе частиц различной крупности (фракции), выраженное в процентах к массе абсолютно едкого образца. Различают гранулометрический состав связанных пород (глинистых и лессовых) и несвязанных пород (песчаных и крупнообломочных). Размеры фракции подразделяются в соответствии с классификацией В. В. Охотина. В соответствии с этой классификацией по гранулометрическим элементам выделяются: А) валуны – более 200мм, Б) галька и щебень – 40-200 мм, В) гравий – 2-40 мм, Г) песок – 0,05-2 мм, Д) пыль – 0,001-0,05 мм, Е) глина – менее 0,001 мм. Плотность минеральной части породы – отношение массы твердых частиц к их объему
^ 12. Пористость и трещиноватость грунтов. Структурные элементы, слагающие грунты, при неплотном прилегании друг к другу образуют промежутки различной величины, которые называются порами. Суммарный объем всех пор в единице объема, независимо от их величины и степени заполнения, называется общей пористостью пород. Пористость неоднородных по гранулометрическому составу пород обычно меньше, чем однородных, хорошо отсортированных, так как в неоднородных породах более мелкие частицы располагаются среди более крупных и общая плотность их упаковки их повышается. Коэффициент пористости песчаных и глинистых пород – это одна из основных характеристик, используемых при расчетах осадок сооружений.

От общей пористости и размера пор зависят свойства грунтов. По величине пористости судят о степени уплотнения пород и их сжимаемости в различных условиях. С величиной пористости тесно связаны водо – и газопроницаемость пород, их термические и электрические свойства и др. Значения общей пористости горных пород изменяются в очень широких пределах — от долей процента до 90%. Наиболее низкую пористость (1—3%) имеют большинство нетрещиноватых интрузивных и метаморфических пород. Как видно, пористость имеют все грунты, но наибольшая она у дисперсных грунтов; для них ее значение колеблется от 20 до 90%.

Трещиноватость тоже свойственна почти всем грунтам, но, в отличие от пористости, она имеет наибольшее значение, для скальных грунтов. Многие породы с кристаллизационными структурными связями (особенно магматические и метаморфические) при пористости 1—5% могут иметь трещинную пустотность, достигающую 10—20%, Разумеется, что проницаемость, термические и механические свойства таких пород будут определяться не столько их пористостью, сколько трещиноватостью.

При изучении горных пород бывает трудно разделить трещинную и поровую пустотность, поскольку трещиноватость может рассматриваться как линейная пористость. В этом случае приходится указывать общую пустотность породы.

По ширине трещины подразделяются на тонкие (<1 мм), мелкие (1—5 мм), средние (5—20 мм), крупные (20—100 м) и очень крупные (100 мм). При изучении трещинной пустотности пород следует определять генетический тип трещин, так как с этим связаны их глубина, протяженность, ширина и т., д.
^ 13. Структурные связи в грунтах. Все горные породы представляют собой кристаллы или отдельные минеральные частицы, соединенные структурными связями, возникающими в процессе геологического формирования породы. По характеру этих связей выделяют породы с жесткими цементационными связями, к которым относятся массивно-кристаллические (магматические и метаморфические) породы, а также сцементированные осадочные, и породы без жестких связей, к которым относят рыхлые осадочные породы — связные (глинистые, лёссовые) и несвязные (крупнообломочные, песчаные).

Существенной особенностью природных грунтов ненарушенной (естественной) структуры является наличие так называемой структурной прочности, которая проявляется при их компрессионных испытаниях (рис. 1.29). Благодаря наличию структурных и, в частности, цементационных (кристаллизационных) связей между частицами при относительно малых нагрузках на основной ветви компрессионной кривой до напряжений аСтр наблюдается практически горизонтальный участок, т. е. отсутствие уплотнения. В случае действия напряжений, несколько ббльших структурной прочности аСтр/ в результате разрушения хрупких связей между частицами происходит резкое нарастание деформаций (уменьшение е). Величина сгСтр у некоторых грунтов может быть весьма малой (0,01 ... 0,05 МПа) и поэтому для того, чтобы ее обнару, жить, нужно тщательно сохранять природную структуру при отборе и хранении образца грунта, а нагрузку прикладывать очень плавно малыми ступенями.

Наиболее ярко наличие структурной прочности обнаруживается у илистых грунтов и некоторых очень влажных глин, например иольдиевых и др. Имея очень рыхлое сложение и, как следствие, в водонасыщенном состоянии значительную влажность, иногда достигающую 1 ... 2, эти грунты обладают структурной прочностью, после малейшего превышения которой начинается «лавинное» разрушение связей между частицами и значительное, обычно катастрофическое для возведенных на них сооружений, стремление к уплотнению водонасыщенного грунта В результате этого ранее относительно прочный грунт переходит практически в состояние жидкости, поэтому такие грунты иногда относят к категории «структурно неустойчивых». Одним из возможных путей строительства на таких грунтах является максимальное сохранение в них под нагрузкой структурных связей.

Структурные междучастичные связи в грунтах можно подразделить на жесткие (кристаллизационные) связи и пластичные, вязкие связи (водноколлоидные). Жесткие связи более характерны для скальных грунтов, пластичные связи - главным образом для глинистых грунтов. Жесткие связи могут быть растворимыми в воде или нерастворимыми. При растворении жестких кристаллизационных связей на их месте могут возникать водноколлоидные связи.


^ 14. Классификация грунтов включает следующие таксономические единицы, выделяемые по группам признаков:

— класс — по общему характеру структурных связей;

— группа — по характеру структурных связей (с учетом их прочности);

— подгруппа — по происхождению и условиям образования;

— тип — по вещественному составу;

— вид — по наименованию грунтов (с учетом размеров частиц и показателей свойств);

— разновидности — по количественным показателям вещественного состава, свойств и структуры грунтов.

Класс природных скальных грунтов — грунты с жесткими структурными связями (кристаллизационными и цементационными) подразделяют на группы, подгруппы, типы, виды и разновидности согласно таблице 1.

Класс природных дисперсных грунтов — грунты с водноколлоидными и механическими структурными связями подразделяют на группы, подгруппы, типы, виды и разновидности

Класс природных мерзлых грунтов* — грунты с криогенными структурными связями подразделяют на группы, подгруппы, типы, виды и разновидности

Класс техногенных (скальных, дисперсных и мерзлых) грунтов — грунты с различными структурными связями, образованными в результате деятельности человека, подразделяют на группы, подгруппы, типы и виды

Частные классификации по вещественному составу, свойствам и структуре скальных, дисперсных и мерзлых грунтов (разновидности) представлены в приложении Б.

По своему происхождению горные породы они подразделяются на:

- магматические, изверженные, образовавшиеся в результате застывания магмы; они имеют кристаллическую структуру и классифицируются как скальные грунты;

- осадочные; они образовались в результате разрушения и выветривания горных пород с помощью воды и воздуха и образуют скальные и нескальные грунты;

- метаморфические, которые образовались в результате действия на метаморфические и осадочные породы высоких температур и больших давлений; они классифицируются как скальные грунты.

^ 15. РАЗНОВИДНОСТИ ГРУНТОВ. Класс природных скальных грунтов - грунты с жесткими структурными связями (кристаллизационными и цементационными). Класс природных дисперсных грунтов -- грунты с водноколлоидными и механическими структурными. Класс природных мерзлых грунтов - грунты с криогенными структурными связями. Класс техногенных (скальных, дисперсных и мерзлых) грун-тов - грунты с различными структурными связями, образованными в результате деятельности человека. Грунт скальный - грунт, состоящий из кристаллитов одного или нескольких минералов, имеющих жесткие структурные связи кристаллизационного типа. Грунт полускальный - грунт, состоящий из одного или нескольких минералов, имеющих жесткие структурный связи цементационного типа. Условная граница между скальными и полускальными грунтами принимается по прочности на одноосное сжатие (Rc 5 МПа - скальные грунты, Rc 5 МПа -- полускальные грунты). Грунт дисперсный - грунт, состоящий из отдельных минеральных частиц (зерен) разного размера, слабосвязанных друг с другом; образуется в результате выветривания скальных грунтов с последующей транспортировкой продуктов выветривания водным или эоловым путем и их отложения. Грунт глинистый - связный минеральный грунт, обладающий числом пластичности Ip 1. Торф -- органический грунт, образовавшийся в результате естественного отмирания и неполного разложения болотных растений в условиях повышенной влажности при недостатке кислорода и содержащий 50 % (по массе) и более органических веществ.

^ Техногенные грунты -- естественные грунты, измененные и перемещенные в ре-зультате производственной и хозяйственной деятельности человека, и антропогенные образования.

Антропогенные образования -- твердые отходы производственной и хозяйственной деятельности человека, в результате которой произошло коренное изменение состава, структуры и текстуры природного минерального или органического сырья.

Природные перемещенные образования -- природные грунты, перемещенные с мест их естественного залегания, подвергнутые частично производственной переработке в процессе их перемещения.

Природные образования, измененные в условиях естественного залегания, -- приро-дные грунты, для которых средние значения показателей химического состава измене-ны не менее чем на 15 %.

Грунты, измененные физическим воздействием, -- природные грунты, в которых техногенное воздействие (уплотнение, замораживание, тепловое воздействие и т. д.) изменяет строение и фазовый состав.

Грунты, измененные химико-физическим воздействием, -- природные грунты, в которых техногенное воздействие изменяет их вещественный состав, структуру и тек-стуру.

Насыпные грунты -- техногенные грунты, перемещение и укладка которых осу-ществляются с использованием транспортных средств, взрыва.

Намывные грунты -- техногенные грунты, перемещение и укладка которых осу-ществляются с помощью средств гидромеханизации.

Бытовые отходы -- твердые отходы, образованные в результате бытовой деятель-ности человека.

Промышленные отходы -- твердые отходы производства, полученные в результате химических и термических преобразований материалов природного происхождения.

Шлаки -- продукты химических и термических преобразований горных пород, образующиеся при сжигании.

Шламы -- высокодисперсные материалы, образующиеся в горнообогатительном, химическом и некоторых других видах производства. Золы -- продукт сжигания твердого топлива.

Золошлаки -- продукты комплексного термического преобразования горных по-род и сжигания твердого топлива.


16. Под физическими свойствами грунтов мы понимаем свойства, которые проявляютя под влиянием физических полей: гравитационного, теплового, электрического и др. К числу физических свойств относятся плотность грунтов, рассмотренная ранее, а также теплофизичес-кие, электрические и магнитные свойства грунтов. Теплофизические свойства характеризуют тепловой режим толщи грунтов. Это имеет большое значение как для познания таких природных процессов, как выветривание и почвообразование, так и для оценки устойчивости инженерных сооружений, особенно в области развития многолетнемерзлотных пород. Обычно определяются: удельная, или объемная, теплоемкость, теплопроводность, температуропроводность н термическое расширение грунтов. Значения этих свойств зависят от пористости, влажности и состава твердого компонента.

К числу дополнительных характеристик глинистых пород относится их консистенция, а песчанях – относительная плотность.

^ Гранулометрический состав – содержание в породе частиц различной крупности (фракции), выраженное в процентах к массе абсолютно едкого образца. Различают гранулометрический состав связанных пород (глинистых и лессовых) и несвязанных пород (песчаных и крупнообломочных). Размеры фракции подразделяются в соответствии с классификацией В. В. Охотина. В соответствии с этой классификацией по гранулометрическим элементам выделяются: А) валуны – более 200мм, Б) галька и щебень – 40-200 мм, В) гравий – 2-40 мм, Г) песок – 0,05-2 мм, Д) пыль – 0,001-0,05 мм, Е) глина – менее 0,001 мм. Плотность минеральной части породы – отношение массы твердых частиц к их объему. Плотность породы не зависит от ее пористости и влажности, а определяется плотностью слагающих пород минералов и присутствием органических веществ. Плотность минеральной части горных пород выражает среднюю плотность слагающих их минералов. Плотность главнейших породообразующих минералов песчаных и глинистых пород изменяется в сравнительно небольших пределах, вследствие чего и плотность минеральной части большинства этих пород изменяется мало, например от 2,65 г/см3 (супеси, пески) до 2,75 г/см3 у тяжелых разностей глин. Kоэффициент пористости (Е), равный отношению объема пор к объему твердой части породы, остающемуся постоянным при уплотнении: Е=n/m=n/(1-n)=(γм -γск)/ γск Пористость песчаных и глинистых пород изменяется в щироких пределах в зависимости от формы и размера слагающих их частиц, т.е. от их дисперсности, степени отсортированности и однородности, плотности сложения, степени и характера цементации. У порода более тонкозернистых (тонкодисперсных), обладающих большей удельной поверхностью, пористость, как правило выше, чем у пород грубодисперсных с меньшей удельной поверхностью. В соответствии с этим пористость глинистых пород обычно выше, чем пористость песков, гравелистых и других обломочных пород, хотя поры и пустоты у последних крупнее. Пористость неоднородных по гранулометрическому составу пород обычно меньше, чем однородных, хорошо отсортированных, так как в неоднородных породах более мелкие частицы располагаются среди более крупных и общая плотность их упаковки их повышается. Коэффициент пористости песчаных и глинистых пород – это одна из основных характеристик, используемых при расчетах осадок сооружений. Влажность. Важнейшей характеристикой физического состояния, хар-ет количество воды, заполняющей их поры. В зависимости от степени влажности песчаные и глинистые породы могут находится в различном физическом состоянии, в соответствии с которым (особенно у глинистых пород) изменяется их прочность, деформируемость и устойчивость. Влажностью называется отношении массы воды (g2) к массе абсолютно сухой породы (массы скелета грунта) в данном объеме, выраженное в долях единицы или процентах. Это весовая влажность: W=g2/g1=(γ- γcк)/ γcк. Если определяется по образцам естественной влажности, то ее называют естественной. Влажность пород может быть охарактеризована также через объемную влажность, под которой понимается объем воды, содержащейся в единице объема сухой породы. Влажность глинистой породы при этом будет соответствовать ее полной влагоемкости, а у песчаных их полной влагоемкости. Влажность песчаных и глинистых пород в естественных условиях может изменятся в широких пределах. Например влажность песков в зоне аэрации нередко достигает 4-5%, в зоне капилярного увлажнения и насыщения 27-30%, а влажность м/з и т/з песков в этой зоне может достигать 35-40%.


^ 17. Осн. физико-механ св-ва грунтов. Мех. свойства горных пород определяют их поведение под воздействием внешних усилий – нагрузки. В песчаных и др-х обломочных и глинистых породах при этом происходит изменение внутреннего сложения и объема (уплотнение), т.е уменьшение пористости и увеличение концентрации минер-х частиц в единице объема. Чем значит. эти изменения пород под воздействием определенной нагрузки, тем большей деф-стью они обладают. Когда под влиянием внеш. усилий в породах возникают касательные силы, превышающие сопротивление сдвига, порода начинают разрушаться, наступает потеря прочности. Сл-но, мех-кие св-ва песчаных и глинистых пород как и любых других, характеризуются их деформируемостью и прочностью. Их выражают деформ-ми и прочн-ми показателями: дефор-сть – показателями сжимаемости (деформ-сти), а прочность – сопротивлением сдвигу. Они позволяют прогн-ть осадки сооружений, определять устойчивость пород в их основании, а при конструировании фундаментов предельно использовать несущие способность грунтов. Показателями, выраж-щие сопротивление пород сдвигу, дают возможность проектировать заложение откосов плотин, насыпей, дамб, бортов карьеров с минимальным объемом земляных работ, определять устойчивость склонов и оползней, определять рац-е сечение и устойчивость различных сооружений в т.ч. бетонных плотин. Сжимаемостью породы называют ее способность к уменьшению объема под воздействием нагрузки. При сжатии породы вертикальной нагрузкой в условиях свободного бокового расширения при одноосном сжатии относительной деформацией (е) называют отношение величины абсолютного уменьшения нагруженного образца (Δh) к его начальной высоте (h0) е=Δh/h0 Зависимость между напряжением (δ) и величиной относ-й деформации (е) при нагрузках меньше предела пропор-сти определяется выражением: δ=Ее (Е – модуль упругости).. Сопротивление сдвигу. Прочностные свойства пород определяются рядом показателей, относящихся к категории прямых расчетных показателей. Прочность пород характеризуется способностью сопротивляться сдвигающим усилиям (сопротивление к сдвигу). Сдвигом называется процесс деформации и разрушения породы вследствие смещения одной ее части относительно другой. Сдвиг по данной площадке вызывается касательным напряжением к ней. Сопротивление сдвигу зависит от величины вертикальной нагрузки, приложенной к образцу. Прочность пород оценивается в основном по теории Мора, согласно которой разрушение тела происходит при определенном предельном соотношении нормальных и касательных напряжений. Физ-мех св-ва скальных и полускальных пород подразделяются также на физические, водные и механические. Глав-ми физ-ми св-вами этих пород является плотность и пористость, кроме того у полускальных пород имеет значение влажность. Для хар-ки физ-го состояния скальных и полускальных пород решающее значение имеют: степень их выветрелости, трещиноватости и закарстованности. Водные св-ва главнейшие: водоустойчивость, влагоемкость и водопроницаемость. Водоустойчивость хар-тся в первую очередь их размягчаемостью. Любые горные породы, в том числе и кварцит, базальт и др. при насыщении водой размягчаются и теряют свою прочность. Водопроницаемость. Скальные породы проницаемы только по трещинам. В полускальных – движение воды происходит как по трещинам, карстовым полостям и другим сверхкапиллярным пустотам, так и отчасти при соответствующих напорах – по микротрещинам и порам. Мех-кие св-ва скальных и полускальных пород характеризуются также прочностью и деформируемостью. Прочность скальных и полускальных пород принято выражать и оценивать временным сопротивлением сжатия, растяжению, сдвигу (скалыванию) и реже изгибу. Полускальные породы (песчаники и алевролиты с глинистым цементом, глинистые сланцы, аргиллиты, глинистые известняки, доломиты и мергели и др.) отличаются от скальных пород пониженными прочностью и сопр-ю деформациям. Деф-ции полуск-х пород в обычных условиях до сравнительно небольшого значения нагрузки бывают упругими, затем когда нагрузка превышает предел пропорциональности, деформация растет быстрее нагрузки, получает развитие упруго-вязкие или остаточные пластические деформации. Имеются допо-е хар-ки физико-мех-х св-в скальных и полуск. пород. Такие как: крепость горных пород, твердость, истираемость, износ, абразивность, буримость, морозоустойчивость и др.

^ 18. Деформационные свойства скальных грунтов.

Скальные грунты относятся к группе твердых. Минеральные частицы скальных грунтов сцементированы между собой веществом, которое заполняет пустоты между частицами и образует твердое тело. Прочность скальных грунтов зависит от минералогического состава частиц, их твердости и растворимости, степени заполнения пор цементирующим веществом и прочности вещества. Показатели механической прочности скальных грунтов колеблются в больших пределах — от марки камня 1000 и более (граниты, базальты, песчаники и др. с однородной мелкозернистой структурой и кремнистой цементацией) до марки камня 50 и менее (ракушечник, туф и др.). Скальные грунты практически не сжимаемы под влиянием давления на них веса сооружения.

Деформационные свойства скальных пород разделяют на упругие, пластические и реологические. Вообще твердым горным породам присущи: 1. Упруго-линейные деформации, следующие почти мгновенно за приложением нагрузки и носящие обратимый характер. 2. Нелинейно-упругие деформации, особенностью которых является криволинейная зависимость между напряжением и деформацией. Кривая медленной разгрузки следует за кривой нагрузки в обратной последовательности и возвращается в точку О. Это называется последействием (прямым — при загрузке и обратил _при разгрузке). Особенностью упругого последействия является его зависимость не только от величины нагрузки, но и от длительности их действия. 3. Пластические деформации, происходящие длительное время за приложением нагрузки и носящие необратимый характер (остаточные деформации). Пластические деформации зависят от продолжительности действия, величины и скорости возрастания напряжений. Упругая часть деформаций связана с объемными деформациями (сжатием, растяжением) кристаллических решеток минералов. Природа неупругих деформаций значительно сложнее. Они связаны с так называемой девиаторной частью напряжений, т. е. напряжениями, изменяющими форму - тела. Неупругие (пластические) деформации поликристаллических тел в основном являются результатом следующих процессов: 1) сдвиговых деформаций минеральных зерен — явлений трансляции (внутрикристаллического скольжения), двойникования, изгиба, пластинообразования и некоторых других; 2) диффузионных процессов, имеющих место при наличии «вакантных» (т. е. не занятых атомами) мест в узлах кристаллических решеток минералов и других дефектов и происходящих в форме переноса вещества (атомов, ионов) путем последовательного замещения «вакантных» мест в направлении деформирующей силы; 3) пограничных процессов — явлений относительного перемещения зерен и блоков по плоскостям спайности, полигонизации (дробление зерен), рекристаллизации и некоторых других. Если напряжение, вызывающее пластические деформации, по своей величине не превышает предельного значения (предела прочности) и остается постоянным, скорость пластического течения во времени падает, т. е. наблюдается упрочнение породы в процессе пластической деформации. Оно происходит вследствие роста удельной площади истинных контактов минеральных зерен в процессе полигонизации и уплотнения. По мере упорядочения структуры при пластическом течении, развитии микротрещин и т. д. сопротивление породы к сдвигу постепенно ослабевает. Данное явление, имеющее место при напряжениях, превышающих предел прочности, называется раз-Упрочнением в процессе пластической деформации. Развитие Деформаций во времени в этом случае приводит в конечном счете к разрушению породы. Реологические свойства характеризуют изменение (рост) во времени деформаций в горных породах при постоянном напряжении (явление ползучести), либо ослабление (уменьшение) напряжений при постоянной деформации (явление релаксации). Ползучесть и релаксация также как и пластические деформации, являются необратимыми, остаточными, но если пластичность пород характеризует их поведение при напряжениях, превышающих предел упругости, то ползучесть, представляющая собой медленное нарастание необратимых деформаций, проявляется и при напряжениях, меньших предела упругости, но при достаточно длительном воздействии нагрузок. Явление, обратное ползучести, называют релаксацией напряжений. При релаксации упругие деформации в породе с течением времени постепенно переходят в необратимые, но общая деформация во времени не изменяется. При этом происходит падение напряжений.
^ 19. Деформационные свойства дисперсных грунтов

Как известно, под действием давления грунт деформируется. Характер и величина деформации зависят от природы грунта, способа нагружения и граничных условий деформирования грунта. Деформационные свойства грунтов определяют следующие основные природные факторы: 1) структура и текстура; 2) состав и концентрация порового раствора; 3) химико-минералогический состав скелета грунта; 4) температура окружающей среды. Влияние тех или иных природных факторов на деформируемость грунтов зависит главным образом от структуры грунта, т.е. от дисперсности, плотности и расположения частиц в пространстве и связей между частицами. В зависимости от способа нагружения грунта различают деформации при статическом (ступенчатом), ударном и динамическом способах приложения давления. Наиболее часто деформационные свойства грунтов оснований сооружений определяют при статическом нагружении. В особых случаях деформационные свойства грунтов определяют при действии ударной нагрузки (трамбование, взрыв и т.п.), при вибрации, а также при воздействии гидростатического, главным образом отрицательного (капиллярного) давления, возникающего при водопонижении в дисперсных грунтах.

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.

Деформационные свойства грунтов определяют как в лабораторных условиях на образцах с нарушенными или ненарушенными структурными связями, так и в полевых условиях. Лабораторные испытания до настоящего времени являются основным методом изучения свойств грунтов, так как позволяют сравнительно просто передавать различные давления на грунт, исследовать поведение грунта в широких диапазонах изменения физического состояния и условий окружающей среды, моделировать сложные случаи работы грунта в основании или теле сооружений. Полевые методы испытания позволяют более правильно отразить влияние текстурных особенностей грунта на его деформируемость.

Для исследования сжимаемости грунтов в полевых условиях применяют прессиометр — прибор, основанный на обжатии и измерении деформации грунта, находящегося в стенках необсаженной скважины, и определении модуля сжимаемости.

^ 20. К основным характеристикам прочностных свойств грунтов относятся: сопротивление сдвигу грунта по грунту и по поверхностям смерзания; сопротивление сжатию, растяжению; сцепление и угол внутреннего трения, эквивалентное сцепление.

Различают простое и сложное напряжённые состояния в грунте.

Простое напряжённое состояние соответствует проявлению одного из видов напряжений: сжатия, растяжения, сдвига. Напряжённое состояние в массиве грунта, соответствует сложному напряжённому состоянию, когда проявляются одновременно при различном сочетании все виды простых напряжённых состояний.

Они позволяют прогн-ть осадки сооружений, определять устойчивость пород в их основании, а при конструировании фундаментов предельно использовать несущие способность грунтов. Показателями, выраж-щие сопротивление пород сдвигу, дают возможность проектировать заложение откосов плотин, насыпей, дамб, бортов карьеров с минимальным объемом земляных работ, определять устойчивость склонов и оползней, определять рац-е сечение и устойчивость различных сооружений в т.ч. бетонных плотин. Сжимаемостью породы называют ее способность к уменьшению объема под воздействием нагрузки. При сжатии породы вертикальной нагрузкой в условиях свободного бокового расширения при одноосном сжатии относительной деформацией (е) называют отношение величины абсолютного уменьшения нагруженного образца (Δh) к его начальной высоте (h0) е=Δh/h0 Зависимость между напряжением (δ) и величиной относ-й деформации (е) при нагрузках меньше предела пропор-сти определяется выражением: δ=Ее (Е – модуль упругости)..

^ Сопротивление сдвигу. Прочностные свойства пород определяются рядом показателей, относящихся к категории прямых расчетных показателей. Прочность пород характеризуется способностью сопротивляться сдвигающим усилиям (сопротивление к сдвигу). Сдвигом называется процесс деформации и разрушения породы вследствие смещения одной ее части относительно другой. Сдвиг по данной площадке вызывается касательным напряжением к ней. Сопротивление сдвигу зависит от величины вертикальной нагрузки, приложенной к образцу. Прочность пород оценивается в основном по теории Мора, согласно которой разрушение тела происходит при определенном предельном соотношении нормальных и касательных напряжений.

Определение прочностных и деформационных характеристик выполняются как в лабораторных, так и в полевых условиях, при простом и сложном напряжённом состояниях. Основными видами испытаний являются: одноосное сжатие; разрыв; сдвиг; кручение; компрессия; осесимметричное трёхосное сжатие вертикальной и радиальной нагрузкой; осесимметричное трёхосное сжатие с кручением; осесимметричное сжатие полого цилиндра с кручением; трёхосное сжатие с независимым заданием всех трёх главных направлений; динамометрическое испытание в релаксационно-ползучем режиме.

^ 21. Реол. св-ва грунтов. При инженерно-геологической оценке пород эти свойства имеют весьма важное значение. Однако роль каждого из них при этом неодинакова, что зависит от состава пород.1) Водоустойчивость. Определение водоустойчивости наиболее важно при оценке глинистых пород, которые под воздействием воды теряют связность и изменяют консистенцию или размокают и распадаются. Скорость и характер размокания характеризуют водоустойчивость.Некоторые разности глинистых пород при увлажнении сильно набухают, причем объем их увеличивается на 25-30%. Изменение свойств глинистых пород происходит не только при увлажнении. Высыхание влажных глинистых пород иногда сопровождается их растрескиванием, изменением монолитности, уменьшением объема (усадкой). Вода, воздействуя на породы, может также растворять, выщелачивать водорастворимые части и тем самым изменять их свойства. 2) Влагоемкость. Под влагоемкостью породы понимается ее способность в вмещать и удерживать определенное количество воды. В соответствии с этим различают породы: влагоемкие (глины, суглинки), среденевлагоемкие (скпеси, пески м/з,с/з, пылеватые) и невлагоемкие (пески с/з, к/з, гравий и т.д.). Применительно к породам невлагоемким следует говорить об их водоемкости. У влагоемких пород различают полную, капиллярную и молекулярную Влагоемкость. Полной влагоемкости полное насыщение породы водой, т.е. заполнение всех ее пор. Сравнивая естественную влажность породы с влажностью, соответствующей полной влагоемкости судят о степени ее водонасыщения. Капиллярной влагоемкости соответствует не полное насыщение породы водой, а такое, когда водой заполнены только капиллярные поры. Под молекулярной влагоемкостью понимается способность пород удерживать определенное количество физически связанной воды. Максимальное количество физически связанной воды, которое может удержать порода на поверхности своих частиц называется максимальной молекулярной влагоемкостью. Из песчаных пород насыщенных водой не вся вода может вытекать свободно, а только та часть, которая подчиняется силе тяжести. Способность песчаных и других обломочных пород, насыщенных водой, отдавать ее путем свободного стекания, характеризует их водоотдачу. Такой способностью обладают невлагоемкие породы. Водоотдача пород примерно равна разности между полной их влагоемкостью (Wп) и максимальной молекулярной: Wотд=Wп -W м Характеристика водоотдачи пород имеет важное значение при решении многих практических вопросов, например при проектировании дренажей, притоков воды в котлован и т.д. 3) Капиллярность. При значительном повышении влажности песчаных и особенно глинистых пород понижаются их строительные качества. Увлажнение воды может быть обусловлено инфильтрацией воды с поверхности земли или поступлением ее снизу из какого-либо водоносного горизонта под влиянием напора капиллярных сил. Капиллярные силы образуют капиллярную зону над уровнем грунтовых вод, в пределах которой наблюдается повышенное увлажнение или насыщение пород. При интенсивном испарении капиллярных вод происходит засоление почв, образование солончаков. Известно, что максимальная высота капиллярного поднятия в т/з и м/з песках может достигать 1,5-2,0 м, в глинистых породах 3-4 м. В грубозернистых породах она мала и практического значения не имеет. 4) Водопроницаемость. К числу основных водных свойств пород относится водопроницаемость, т.е. способность пропускать через себя воду под действием напора. Данные, характеризующие водопроницаемость рыхлых обломочных и глинистых пород, имеет широкое применение в практике для определения притоков в строительные котлованы, подземные выработки, способов осушения и т.д. Водопроницаемость песков, галечников и др. рыхлых отложений зависит от их пористости и скважности. Глинистые породы при небольших напорах очень слабопроницаемы, т.к. размер пор в них мал. Движение воды и других жидкостей через пористые среды (породы) называется фильтрацией. Следовательно, водопроницаемость песчаных и глинистых пород – это их фильтрационная способность. Мерой водопроводимости горных пород служит коэффициент фильтрации. В инженерно-геологической практике пользуются главным образом скоростным выражением коэффициента фильтрации, исходя из уравнения v=KфI(k). Если I=1, то v=Kф м/сут, см/сут.

В глинистых породах эффективная пористость всегда значительно меньше общей пористости и часто равна нулю, т.к. поровое пространство в значительной мере занято физически связной водой.

22. Релаксация. При нагружении постоянной силой F возникают деформации,

развивающиеся во времени . Для прекращения развития этих деформаций необходимо уменьшать силу по некоторому закону F(t).Уменьшение во времени напряжения, необходимого для поддержания постоянной деформации называется релаксацией(расслаблением) напряжений. С позиции статистической физики релаксацию можно рассматривать как процесс установления статистического равновесия в физической системе, когда микроскопические величины, характеризующие состояние системы (напряжения), асимптотически приближаются к своим равновесным значениям. Характеристикой явления расслабления напряжений является время релаксации, равное времени за которое напряжение уменьшается в e раз, которое характеризует продолжительность «осёдлой жизни» молекул, т. е. определяет подвижность материала. Время релаксации различно у разных тел. Для скальных грунтов время релаксации изменяется сотнями и тысячами лет, ДЛЯ стекла — ОКОЛО ста лет, а для воды — 10-11 с. Например, горные породы, формирующие земную кору, обладают временем релаксации измерямым тысячелетиями, у воздуха 10-10, у воды 10-11, у льда сотни секунд. Если продолжительность действия сил на грунт меньше периода релаксации , то будут развиваться в основном упругие деформации.

Таким образом, в пределах 100-1000 секунд лёд ведёт себя как упругое тело (например, хрупко разрушается при ударе в условия большой нагрузки). При уменьшении нагрузки лёд течёт как вязкая жидкость. Аналогичное поведение - хрупкое разрушение при быстром приложении нагрузки и вязкое течение при длительном воздействии нагрузки–отчётливо проявляется у мёрзлых грунтов.

Если же время действия силы на грунт превышает время релаксации, то в грунте возникают необратимые деформации ползучести и течения. Иными словами, в зависимости от отношения времени действия силы ко времени релаксации тело будет вести себя как твердое или как жидкое. Период релаксации является" основной константой, объединяющей свойства твердых и жидких тел. Величина времени релаксации может быть определена из отношения вязкости г| к модулю упругости (сдвига): Для твердообразных тел, к которым относятся дисперсные и скальные грунты, характерно наличие предельного напряжения сдвига Хк, называемого пределом текучести и совпадающего с пределом упругости.


^ 23-24. Основные физико-химические свойства грунтов. К этим свойствам относятся свойства, которые проявляются в результате физико – химического взаимодействия между компонентами грунтов. К ним относятся коррозионные свойства грунтов, диффузионные, осмотические, адсорбционные, а также липкость, пластичность, набухание, размокание, усадка и другие свойства пород. Коррозионные свойства: коррозией называется процесс разрушения материалов в следствие их химических, электро – химических или био – химических взаимодействий с окружающей средой. Подземная коррозия выражается в разрушении строительных металлических материалов, сооружений и трубопроводов при их взаимодействии с грунтами. Основными причинами подземной коррозии являются: 1) воздействие грунтовой влаги на металлическую конструкцию; 2) явление электролиза. Эти явления возникают вокруг трубопровода, а также на участках, где используют трамвайное и железно – дорожное движение. Подобное разрушение возникает в грунтах, в результате воздействия блуждающих электрических токов на воду – солевой раствор в порах грунта, который в следствии такого взаимодействия станет агрессивным электролитом CISO4; 3) действия находящихся в грунтах микроорганизмов, вызывающие биокоррозию. В целом коррозия грунтов зависит от многих факторов. К основным относятся химический состав грунтов и в первую очередь состав и количество растворенных солей, а также влажность грунтов, содержание в них газов, структуры грунтов, их электропроводность и наличие бактерий. Диффузия (от лат. Diffusion - распространение, растекание, рассеивание), движение частиц среды, приводящее к переносу вещества и выравниванию концентраций или к установлению равновесного распределения концентраций частиц данного сорта в среде. Осмос (от греч. Osmos – толчок, давление), односторонний перенос растворителя через полупроницаемую перегородку (мембрану), отделяющую раствор от чистого растворителя или раствора меньшей концентрации. Диффузия и осмос ведет к перераспределению ионов вещества и молекул воды и наиболее вещественно проявляются в глинистых грунтах. Осмос в глинах может может вызвать деформации набухания или усадки. Например, если поместить засоленный глинистый грунт в пресную воду, то произойдет осмотическое всасывание воды и как результат набухание грунта. На практике такое набухание может происходить в различных каналах, проложенных в засоленных грунтах после их затопления пресной водой. Если будет иметь место обратное соотношение концентраций, то есть раствор в грунтах будет более пресный, чем в канале, то произойдет осмотический отсос воды из грунтов в результате их усадки. Адсорбция грунтов называется их способность поглощать из проходящих растворов определенные частицы или элементы вещества. Существуют несколько видов адсорбций: механическая (задерживание частицы за счет конфигурации пор); физическая (за счет молекул взаимодействующих между частицами из раствора и поверхностных пор); химическая (за счет химических взаимодействий); биологическая (за счет действия растений и различных микроорганизмов). Отдельные виды адсорбции могут проявляться совместно (физико – химическая адсорбция).
1   2   3   4



Скачать файл (409 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации
Рейтинг@Mail.ru