Структура і зв’язність грунтів

професор, д.т.н. П.Л.Іванов / вибрані глави /

Структура і зв'язність грунтів.

Під структурою грунту розуміють взаємне розташування різних за крупності і формі мінеральних часток і агрегатів і характер зв'язків між ними, обумовлених всім передісторією грунту.

Мал. 1.3. Схема будови шару зв'язаної води:
I - тверда частинка; II - зв'язана вода; III - вільна вода; 1 - шар міцно зв'язаної води (гндратнин шар); 2 шар пухко зв'язаної води (дифузний шар)

# 12288; Зв'язки між частинками і окремими агрегатами грунту часто називають структурними зв'язками. Особливості структури грунтів і природа зв'язків між частинками досліджувалися П. А. Ребиндером, Н.Я. Денисовим, А. К. Ларионовим, С. В. Нерпіна, Т. Лембом і ін.
Для зручності рішення і викладу деяких завдань в механіці грунтів широко використовують допоміжне поняття скелета грунту. Під цим найменуванням розуміється сукупність твердих частинок грунту, найбільш пов'язаної з ними води і «жорстких» зв'язків між частинками, якщо вони є.
Міцність структури грунту, т. Е. Її опір зміні взаємного розташування частинок грунту і їх агрегатів, залежить від міцності зв'язків між ними.
Всі грунти ділять на зв'язкові і незв'язні. Зв'язні грунти відрізняються від незв'язних (сипких) грунтів здатністю сприймати хоча б невеликі розтягують напруги і зберігати без обвалення вертикальні укоси.
Можливості підключення грунтів пояснюється: молекулярними силами взаємодії між частинками, а також частками і іонами в поровой воді (водно-колоїдні структурні зв'язки); цементаційна і кристалічними зв'язками, що з'єднують частинки грунту; капілярними силами (тиском) в грунті.
При зближенні глинистих частинок, коли відстань між ними стане рівним подвійній товщині дифузного шару (див. Рис. 1.3), досить яскраво проявляється опір подальшому їхньому зближенню внаслідок наявності сил відштовхування між однойменно зарядженими дифузними шарами. Однак, якщо подолати цей опір, то при подальшому зближенні цих частинок, коли товщина зазору між ними мала і не перевищує 1. 2 десятків молекул води, проявляються сили молекулярної взаємодії (сили тяжіння - сили Ван-дер-Ваальса) безпосередньо між твердими частинками.
Таким чином, при зближенні найдрібніших частинок одночасно діють сили відштовхування і тяжіння, тому зв'язність ґрунту створюється в результаті подолання молекулярними силами сил відштовхування дифузних шарів. Природно, що чим ближче один до одного частинки і менше розділяє їх плівка зв'язаної води, т. Е. Чим щільніше грунт, тим міцніше молекулярні структурні зв'язки. В результаті глинисті колоїдні частинки, огортаючи більші частки і «Склеюючись» між собою і з великими частками під дією молекулярних сил, створюють складну структуру глинистих ґрунтів. Важливою особливістю таких водно-колоїдних структурних зв'язків є те, що після їх порушення вони при зближенні частинок повністю відновлюються. Ці зв'язки іноді називають первинними або первинним зчепленням (по Н. Я. Денисову).
Згодом за тривалий період освіти і існування грунту в контактах між частинками в результаті кристалізаційних процесів утворюються цементаційні зв'язку. Ними можуть бути менш міцні і водостійкі зв'язку, утворені, наприклад, гіпсом, кальцитом, і більш міцні і водостійкі, такі, як оксиди заліза, кремнію та ін. На відміну від первинного зчеплення, що визначається щільністю ґрунту. зчеплення, обумовлене цементаційна зв'язками, називають зчепленням зміцнення.
Найважливішою особливістю цементаційних зв'язків є те, що при достатньому взаємне зміщення частинок і руйнуванні цементаційних зв'язків вони не відновлюються, а якщо частково і відновлюються, то протягом дуже тривалого часу. Тому грунти порушеної структури (наприклад, укладені в тіло греблі) при однаковій щільності з природними грунтами ненарушенной структури (в кар'єрі) мають меншу связностью і, як наслідок, меншою міцністю і більшою деформуємість. На закінчення слід зазначити, що взаємодія реальних рідин, газів, дрібних твердих частинок і явища, що відбуваються на кордонах цих середовищ, мають значно складнішу природу, ніж у наведених вище вельми наближених уявленнях. У цьому складному науковому напрямку ведуться постійні дослідження в галузі фізичної хімії. Стосовно до таких складних природних утворень, як ґрунти, також ведуться дослідження науковими школами, створеними П. А. Ребиндером, Б. В. Дерягііим і ін. Сучасні уявлення про цих напрямках досить докладно викладені в книзі М. М. Гольдштейна [6].

Для отримання консультації залиште контактний номер