ДНІПРОПЕТРОВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ГЕОЛОГО-ГЕОГРАФІЧНИЙ ФАКУЛЬТЕТ

КАФЕДРА ГЕОЛОГІЇ ТА ГІДРОГЕОЛОГІЇ

Конспект лекцій з навчальної дисціпліни “грунтознавство”

ВСТУП

Всі гірські породи і ґрунти, що вивчаються у зв'язку з інженерною діяльністю людини, названі ґрунтами. Дія людини на ґрунти змінюється співвідношення компонентів, їх складових, що приводить до зміни властивостей ґрунтів. При характеристиці ґрунтів не можна виходити тільки з властивостей окремих, хай навіть численних, зразків. Товщі ґрунту і складені ними масиви через свою неоднорідність, як правило, мають інші, частіше всього менш сприятливі властивості, ніж окремі зразки. Тому практичне значення має вивчення масивів ґрунтів. Підсумовуючи все сказане, в даний час можна дати наступне визначення терміну «ґрунт» - це будь-які гірські породи, ґрунти і техногенні утворення, що мають певні генетичні ознаки і що розглядаються як багатокомпонентні динамічні системи, знаходяться під впливом інженерної діяльності людини.

З цього визначення терміну «ґрунт» витікає зміст ґрунтознавства як науки. Ґрунтознавство - наука, що вивчає будь-які гірські породи, ґрунти і техногенні утворення як багатокомпонентні, динамічні утворення у зв'язку з інженерною діяльністю людини.

При оцінці порід в інженерно-геологічному відношенні (як ґрунтів) завжди вивчаються їх склад, будова (тобто структура і текстура). В основі генетичного вивчення гірських порід в інженерно-геоло­гічних цілях лежить підрозділ їх на три основні групи: магматичні, осадкові і метаморфічні, які одночасно відображають їх генезис і найважливіші петрографічні особливості. Подальший більш дробовий підрозділ гірських порід на генетичні і петрографічні типи дає ще більшу інформацію про їх особливості, важливі при рішенні різних інженер­но-геологічних питань.

1.Склад і будова грунтів

1.1 Тверда компоненту грунту

1.1.1. Підрозділ твердої компоненти грунту за мінеральним складом

Тверда компоненту ґрунту складається різними мінералам, органічною речовиною, органо-мінеральними з'єднаннями і водою в твердому стані. При інженерно-геологічному вивченні сурми: порід досліджуються тільки головні породоутворюючі мінерали, що містяться в породах в значних кількостях і що роблять помітний вплив на їх властивості. Серед магматичних порід найпоширенішими є польові шпати, далі слідує кварц піроксени, слюда і олівін. Решта мінералів зустрічається значно рідше.

Мінеральний склад метаморфічних порід багато в чому схожий з складом магматичних порід. Проте, з широко розповсюдженим кварцом, польовими шпатами, піроксенами, амфіболами зустрічаються мінерали типово метаморфічного походження: гранати, дистен, андалузит, хлорити, епідот і інші, що роблять помітний вплив на властивості цих порід.

У складі осадових порід переважають кварц, польові шпати, слюда, разом з якою широко поширені глинисті мінерали, карбонатні, сульфатні, галоїдні і інші мінерали, а тако­ж органічна речовина і органомінеральні з'єднання. Майже усі мінерали гірських порід мають кристалічну будову, що виражається в строго визначених закономірностях їх внутрішнього будови і зовнішньої форми. Лише незначна кількість мінералів зустрічається у вигляді аморфних утворень.

При вивченні мінералів в інженерно-геологічних цілях най­більше увагу надається їх фізичним, фізико-хімічним і ме­ханічним властивостям, які залежать від кристалічної структури мінералів. Міцність кристалічної структури обумовлюється енергією і спрямованістю зв'язків між окремими атомами структури. Виходячи з цього підрозділ мінералів в інженерно-геологі­чних цілях слід проводити не по їх хімічному складу як це робиться в мінералогії, а по переважаючому типу хімічного зв'язку у них.

Зв'язки між атомами в кристалічних структурах основних по­родоутворюючі мінералів можуть бути іонними, ковалентними, водо­родними і залишковими (молекулярними). Енергія перерахованих зв'язків змінюється в значних межах. Найміцнішими являються іонна і ковалентна зв'язки.

Утворення іонного зв'язку обумовлюється електроотрицательністю взаємодіючих атомів, їх здатністю захоплювати електрони.

При утворенні такого зв'язку валентні електрони від атома з меншою електроотрицательністю переходять до атома з біль­шою електроотрицательністю з утворенням двох протилежнозаряджених іонів між якими виникає зв'язок за рахунок сил кулонівського тяжіння. Енергія зв'язку, що утворюється, тим вище, чим більше різниця взаємодіючих іонів.

Найтиповішими представниками мінералів, у яких широко розвинуті зв'язки іонного типу, являються прості солі: карбонати, сульфати, галоїди. Загальна особливість простих солей - їх легка розчинність у воді що пояснюється сильним ослабленням іонних зв'язків у водному середовищі.

Якщо взаємодіючі атоми мають близькі або однакові значення електроотрицательність, то хімічний зв'язок може здійснюватися за рахунок сумісного «користування» парою електронів. Це досягається шляхом переходу окремих електронів з орбіти одно­го атома на сумісну орбіту атомів, що з'єднуються. Електрони утворюють міцний зв'язок між атома­ми, який має назву ковалентний.

Ковалентний зв'язок грає важливу роль у формуванні силікатів - головних породоутворюючих мінералів магматичних, метаморфічних і багатьох осадових порід. Більшість силікатів має як ковалентний, так і іонний тип зв'язку. Проте найбільш характерні властивості цих мі­нералів, такі, як висока міцність, слаба розчинність і ін., обумовлюються присутністю у них саме ковалентних зв'язків. У водневих сполуках (вода, лід, кристалогідрати органічна речовина) водень, що знаходиться між двома атомами і ковалентно приєднаний до од­ному з них, може одночасно взаємодіяти з іншим атомом, з утворенням так званого водневого зв'язку. Така особливість водню пояснюється його невеликим атомним радіусом і відсутністю внутрішніх шарів електронів. Водневий

зв'язок утворює лише самі електронегативні елементи: фтор, кисень, азот, рідше хлор. Цей вид зв'язку грає важливу роль в утворенні глинястих мінералів, органічної речовини, води і льоду.

При знаходженні молекул речовини на відстанях, значно перевищуючих іонні радіуси, між ними можлива далекодіючи молекулярні або вандерваальсові сили тяжіння, виникаючі унаслідок поляризації і взаємодії молекул.

Молекулярний тип зв'язку є найслабкішим. Він зустрічається прак­тично у всіх мінералів, проте помітну роль молекулярний зв'язок грає тільки у тонкодисперсних глинястих мінералах.

Таким чином, виходячи з будови і типу міжатомних зв'язків серед мінеральних утворень, що входять до складу твердої компоненти ґрунту, можна виділити п'ять груп з'єднань, що розрізняються по своїх фізичних, фізико-хімічних і механічних властивостях: мінерали класу первинних силікатів; прості солі (галоїди, сульфати, карбонати); глинясті мінерали; органічна речовина і органо-мінеральні комплекси; лід.