6. Газообразная фаза. Структурные связи в нескальных (дисперсных) грунтах.

Поровый газ подразделяют на свободный, защемленный и растворенный.

• Свободный газ через поровое пространство сообщается с атмосферой.

• Защемленные (замкнутые) газы с атмосферой не сообщаются, что резко уменьшает водопроницаемость грунтов, обуславливает сжимаемость поровой воды и увеличивает упругость грунта.

• Растворенные газы, взаимодействуя с поверхностью частиц, могут вызывать различные химические реакции и изменять механические свойства грунтов.

Различают следующие основные виды структурных связей в грунтах:

• водноколлоидные (вязкопластичные, мягкие, обратимые) - вследствие электромолекулярных сил взаимодействия водных пленок связанной воды вокруг твердых частиц.

• цементационные (хрупкие, необратимые) - возникают в глинистых грунтах вследствие старения коллоидов, химических процессов в точках контактов, а также выпадением из поровой воды солей железа, карбонатов кальция и магния и др.

При этом цементационные связи в дисперсных грунтах, как правило, на порядки слабее, чем цементационные связи в скальных. Исключение в этом смысле могут составлять лишь древние плотные глины, которые в твердом состоянии, на первый взгляд, можно спутать с полускальными грунтами.

7. Лед как четвертая фаза мерзлого грунта.

В мерзлом грунте присутствует лед, который рассматривают как самостоятельную четвертую фазу. Лед образуется при замерзании поровой воды.

Незначительное изменение температуры вызывает переход определенного количества воды в лед и обратно (при повышении температуры) - так называемый принцип равновесного состояния воды и льда в мерзлых грунтах.

По степени сцементированности льдом мерзлые грунты подразделяются на твердомерзлые, пластичномерзлые и сыпучемерзлые.

В твердомерзлых грунтах незамерзшей воды мало, деформируемость малая, прочность высокая, разрушение более хрупкое.

Пластичномерзлые грунты содержат много незамерзшей воды, поэтому обладают вязкими свойствами, под нагрузкой сжимаются гораздо сильнее по сравнению с твердомерзлыми. К пластичномерзлым грунтам относят: пески пылеватые при t > –0,3С; супеси при t > –0,6С; суглинки при t > –1С; глины при t > –1,5С.

Если температура будет ниже этих значений, то грунты переходят в твердомерзлое состояние.

Сыпучемерзлые грунты занимают особое положение. Их отличительной чертой является отсутствие льда при отрицательной температуре – например, щебень.

Помимо льда в порах, в мерзлом грунте присутствует лед включений – прослойки и линзы чистого льда различного размера и ориентации. Это обуславливает своеобразие строения и сложения мерзлых грунтов и оказывает значительное влияние на его физико-механические свойства в целом.

Текстуру мерзлого грунта называют криогенной.

Различают массивную, слоистую и сетчатую текстуры.

Массивной текстуре отвечает равномерное распределение льды по объему грунта.

При слоистой текстуре включения льда располагаются в виде горизонтальных прослоек.

Сетчатая текстура предполагает расположение прослоек льда как в горизонтальном, так и в вертикальном направлении.

8. Схема фазового состава грунтов. Основные фазовые характеристики: формулы, размерности, методы определения, средние значения.

Согласно этой схеме: m — общая масса грунта; m_s — масса частиц, или масса скелета грунта; m_w — масса воды; V — общий объем грунта; V_p — объем пор; V_s — объем, занимаемый только частицами грунта; V_w — объем, занимаемый только поровой водой. m  m_s  m_w, V  V_s V_p, V_w  V_p.

Фазовые характеристики – опытным путем.

Основные определяют экспериментальным путем. К основным фазовым характеристикам относят:

• Плотность грунта  отношение всей массы грунта к его полному объему:

Единица измерения  т/м³ или г/см³. Плотность определяется из монолитов  образцов грунта ненарушенной структуры. Наиболее распространенные методы определения  метод режущего кольца и метод парафинирования. Плотность дисперсных грунтов обычно составляет 1,5…2,3 г/см³ (подчеркнем, что это  средние ориентировочные цифры) и зависит, прежде всего, от влажности и плотности сложения.

• Плотность частиц грунта _s  отношение массы частиц грунта к их объему:

Единица измерения  т/м³ или г/см³. определяется чаще всего пикнометрическим методом. Пикнометр  это стеклянная колба с узким горлышком, на котором нанесена риска. Объем пикнометра до риски V = 100 см³.

Плотность частиц дисперсных грунтов обычно составляет порядка 2,65…2,69 г/см³  для песков, 2,67…2,71 г/см³  для супесей, 2,69…2,73 г/см³  для суглинков, 2,70…2,75 г/см³  для глин.

• Влажность w  отношение массы воды к массе скелета грунта .

Единица измерения  доли единиц или, чуть реже, проценты. Влажность определяется из проб грунта нарушенной структуры высушиванием при температуре 105°С. Значения естественной влажности могут изменяться в очень широких пределах практически от нуля до 0,5 и даже нескольких единиц в зависимости от вида и состава грунта. Высокие значения влажностей характерны для органогенных грунтов и тяжелых глин.