- •Конспект лекцій з навчальної дисціпліни “грунтознавство”
- •1.Склад і будова грунтів
- •1.1 Тверда компоненту грунту
- •1.1.1. Підрозділ твердої компоненти грунту за мінеральним складом
- •1.1.2 Органічна речовина і органо-мінеральні комплекси
- •1.1.4. Розмір, морфологічні особливості і кількісне співвідношення елементів твердої компоненти грунту
- •1.1.5. Взаємозв'язок мінерального складу і дисперсності грунтів
- •1.2. Рідка компоненту грунту
- •1.2.1. Класифікація видів води в грунтах
- •1.2.2. Зв'язана вода
- •1.2.3. Вільна вода
- •1.2.4. Природна вогкість грунтів і її вплив на їх властивості
- •1.3. Газова компоненту грунту
- •1.3.1. Склад газів в грунтах
- •1.3.2. Стан газів в грунтах
- •1.4. Жива компоненту грунту
- •1.4.1. Макроорганізми в грунтах
- •1.4.2. Мікроорганізми в грунтах
- •1.5. Грунт як багатокомпонентна система
- •1.5.1. Взаємодії компонент грунту
- •1.5.2. Структурні зв'язки в грунтах
- •1.5.3. Структура і текстура грунтів
- •2. Властивості грунтів
- •2.1. Фізичні властивості грунтів
- •2.1.1. Щільність грунтів
- •2.1.2. Проникність грунтів
- •2.1.3. Теплофізичні властивості грунтів
- •2.1.4. Електричні властивості грунтів
- •2.1.5. Магнітні властивості грунтів
- •2.2. Физико-хімічні властивості грунтів
- •2.2.1. Розчинність грунтів
- •2.2.2. Адсорбційні властивості грунтів
- •2.2.3. Електрокінетичні і осмотичні властивості грунтів
- •2.2.4. Корозійні властивості грунтів
- •2.2.5. Налипання грунтів
- •2.2.6. Пластичність грунтів
- •2.2.7. Набрякання грунтів
- •2.2.8. Усідання грунтів
- •2.2.9. Капілярні властивості грунтів
- •2.2.10. Водоміцність грунтів
- •3. Характеристика основних типів грунтів
- •3.1. Класифікація грунтів
- •3.3.1. Види класифікацій
- •3.3.2. Загальна класифікація грунтів
- •3.2.Скельні грунти
- •3.2.1. Магматичні грунти
- •3.2.2. Метаморфічні грунти
- •3.2.3. Осадові зцементовані грунти
- •3.2.4. Штучні скельні грунти
- •3.3. Дисперсні грунти
- •3.3.1. Уламкові (незв'язні) грунти
- •3.3.2. Глинисті і пильоватиє (лесові) грунти
- •3.3.3. Сапропелево-торф'яні грунти
- •3.3.4. Штучні грунти
- •4. Масиви грунтів
- •4.1. Загальні відомості про масиви грунтів
- •4.2. Чинники, які визначають інженерно-геологічні властивості масиву
- •4.3. Характеристики масиву
- •4.3.1. Неоднорідність
- •4.3.2. Анізотропія
- •4.3.3. Тріщинуватість
- •4.3.4. Звітрелість
- •4.3.5. Обводневість
- •4.3.6. Напружений стан
1.1.5. Взаємозв'язок мінерального складу і дисперсності грунтів
Існує взаємозв'язок розміру складаючих елементів твердої компоненти ґрунту з їх мінеральним складом. Особливо чітко цей взаємозв'язок простежується у уламкових порід. У фракції більше 1 - 2 мм скуплюються уламки гірських порід; у фракціях 2 - 0,005 мм переважають зерна первинних силікатів, а у фракціях менше 0,005 мм найбільше розповсюдження мають глинясті мінерали.
Відзначений взаємозв'язок розмірів складаючих елементів з їх мінеральним складом пояснюється особливостями складу і будови окремих мінералів, що обумовлюють їх фізичну міцність і фізико-хімічну стійкість.
Кварц як більш міцний мінерал в процесі перенесення руйнується менше ніж польовий шпат і скуплюється в крупній фракції, а полевий шпат дробиться і переходить в більш дрібні - середню і дрібну - фракції. В середній фракції польові шпати зберігаються і стають переважаючими, а в дрібній фракції вони руйнуються, але вже під впливом агентів хімічного звітрювання і тому в цій фракції знов переважаючим стає кварц.
Ще більш тісна взаємозв'язок дисперсності з особливостями кристалічної структури спостерігається у глинистих мінералів. Через шарувату будову щодо слабого зв'язку між шарами і численних недосконалостей структури глинясті мінерали не можуть утворювати крупні монокристали.
Особливо високу дисперсність має монтморилоніт, розмір частинок якого по товщині не перевищує 10 - 300 А до за довжиною 0,1 - 1 мкм. Каолініт має досконалішу структуру, ніж монтморилоніт, у вигляді пластинчатих кристалів завтовшки 0,05 - 2 мкм і довжиною 0,1 - 4 мкм. Частинки гідрослюди за своїми розмірами займають проміжне положення між каолінітом і монтморилонітом.
1.2. Рідка компоненту грунту
1.2.1. Класифікація видів води в грунтах
Майже всі гірські породи містять в тій або іншій кількості рідку фазу, представлену водою. Незвичність фізичних властивостей і висока активність води в природних процесах пояснюються особливостями її складу і будови. Молекула води утворена киснем і двома атомами водню, які розташовуються так, що утворюють рівнобедрений трикутник з двома протонами Н і ядром О у вершині. Електрони розташовані в молекулі води таким чином, що поблизу кисневої вершини трикутника створюється підвищена густина негативного заряду. В результаті цього молекула води має значний дипольний момент. Дипольні взаємодії призводять до того, що кожна молекула води оточує себе чотирма іншими молекулами, які, зближуючись, утворюють водневі зв'язки друг з другом. При негативних температурах подібна структуризація молекул води приводить до утворення гексагонального мотиву, характерного для структури льоду I.
В структурі води кількість водневих зв'язків приблизно на 16% менше ніж в льоду. Це обумовлює меншу упорядкованість будови води і створює великі труднощі в моделюванні її структури. Вода має лапоподібний ажурний каркас злегка порушений тепловим рухом, пустки якого частково заповнені молекулами води.
Вода в ґрунтах знаходиться в різних фазових станах: газообразному, рідкому, твердому. Стан води в ґрунті залежить не тільки від температури, але і характеру її зв'язку з твердою компонентою ґрунту. За характером зв'язку воду в ґрунтах можна підрозділити на дві категорії: зв'язану і вільну. Перша утворюється на поверхні мінералів і робить вплив на контактні взаємодії між окремими елементами твердої компоненти ґрунтів. З цієї причини наявність різних видів зв'язаної води, особливо в тонкодисперсних ґрунтах істотно впливає на їх властивості. Утворення зв'язаної води йде під безпосереднім впливом поверхневих (електростатичних і молекулярних) сил мінералів. Механізм «скріплення» води в ґрунтах може бути різноманітним. В основі його процеси фізичної адсорбції, капілярної конденсації і осмотичні явища. Відповідно до цього серед фізично зв'язаної води прийнято виділяти адсорбовану, капілярну і осмотичну воду. Оскільки перша найміцніше утримується на поверхні мінералів за рахунок водневих, іон-дипольних і диполь-дипольних взаємодій, то в ґрунтознавстві її звичайно називають прочнозв’язаною водою, тоді як капілярну і осмотичну воду відносять до слабко зв’язаної води.