Органические вещества существенно влияют на физико-механические свойства песчано-глинистых грунтов, придавая им большую гидрофильность, которая обуславливает их высокую влагоемкость, пластичность, липкость, набухание, большую сжимаемость, малую прочность и низкую несущую способность, замедленное размокание и большую длительность осадки грунта под нагрузкой.
Коллоидные свойства глинистых частиц
Было установлено строение глинистой частицы, в центре ее находится минеральная частица, имеющая заряд. Вокруг нее формируется слой прочно связанной воды в виде диполей.
Глинистая частица, свободная от прочно связанной воды называется ядром.
При наличии слоя прочно связанной воды она называется гранулой, а сам слой называется адсорбированным. Вокруг адсорбированного слоя формируется второй неплотный слой диполей воды, который называется диффузионный слой, а частица вместе с диффузионным слоем имеет завершенный вид и называется мицелла.
Несколько глинистых частиц, подходя близко друг к другу могут взаимодействовать, образуя единый диффузионный слой, в результате чего образуется агрегат, который по мере вовлечения других частиц увеличивается в объеме и, в конце концов, выпадает в осадок.
В связи с этим рассматривают свойства глинистых частиц:
коллоидной частицей – называется частица, способная находиться длительное время во взвешенном состоянии;
коагуляция – это процесс образования агрегатов коллоидных частиц и выпадение их в осадок. Различают электролитную, механическую и тепловую коагуляцию;
пептизация – процесс, обратный коагуляции, т.е. процесс перехода осадка в коллоидный раствор, в результате разрушения агрегатов частиц под действием встряхивания или других причин;
адсорбция – способность втягивать и удерживать в себе воду глинистыми частицами.
Перечисленные свойства характерны для глинистых коллоидных растворов, но подобный механизм свойственен водонасыщенным глинистым грунтам, в связи с этим различают следующее состояние грунтов: золь и гель.
Золь – разжиженное состояние грунтов, в результате нарушения коллоидных связей.
Гель – это более плотное состояние глинистых грунтов в результате коагуляции частиц и образования агрегатов.
Рассматривают процесс тиксотропии – процесс перехода глинистого грунта из геля в золь, в результате чего несущая способность грунта уменьшается во много раз. Тиксотропия происходит под действием другого воздействия при избыточной влажности грунта.
Структура и текстура грунтов
Под структурой понимается совокупность признаков:
Размер, форма, характер поверхности частиц и агрегатов;
Взаимное расположение между частицами и агрегатами;
Наличие и характер внутренних структурных связей между частицами и агрегатами.
Под агрегатами понимаются образования состоящие из многих частиц, сцементированными различными структурными связями.
Структура формируется в процессе литогенеза (например, для скальных пород, равномерно-зернистая, пористая и т.д.).
В природе существуют следующие основные структуры (микроструктуры) осадочных пород, выделенные по 1 структурному признаку – размеру частиц:
Пелитовая – образованная глинистыми частицами 0,0005 <O <00,05 <0,005 мм.
Алевритовая – образованная пылеватыми частицами 0,0005 <O <00,05 мм;
Псаммопилитовая структура – образованная песчаными частицами 0,05 <O <2 мм;
Псефитовая структура – для крупнообломочных грунтов O> 2 мм.
На практике встречаются комбинации указанных структур, названия определяются в соответствии с представительством каждой структуры.
По первому структурному признаку (по характеру поверхности) различают брекчевидную (угловатую, неокатанную) и конгломератовидную (окатанную) структуры.
Образование агрегатов возможно при наличии структурных связей, которые формируются в процессе диагенеза.
За счет образования агрегатов с помощью коллоидного и карбонатного цемента, возможно образование трех видов агрегатов (структур).
Макро структуры (комковая, глыбовая, ореховидная и т.д.) – характеризуется размером агрегатов;
Мезо структуры – образуются отсортирования легко растворимых солей в агрегатах глинистых и пылеватых грунтов.
Различают типы мезо структур: агрегатная (склонная к просадке) структура и комковая и т. д.
По второму структурному признаку (взаимному расположению частиц и агрегатов) можно выделить виды структур: раздельно-зернистая (рыхлая) и раздельно-зернистая (плотная).
Текстура – это совокупность признаков, характеризующих неоднородность породы в пласте, определяется взаимным расположением и соотношением участков породы разного минерального состава и структуры.
Типы структур песчано-глинистых грунтов связные с:
условиями отложения: слоистые (тонко, толсто, косо и неправильно слоистые, ленточная, линзовидная) и массивные;
диагенетическими изменениями: массивная, макропористая;
процессами метаморфизма – сланцеватые;
высыханием осадка – сетчатые;
оползневыми явлениями – плойчатые;
эоловыми явлениями – гребенчатая и кавернозная;
суффозными явлениями – дырчатая, правильная.
Под текстурой грунтов следует понимать совокупность признаков, характеризующих неоднородность сложения грунтовой толщи в пласте, т. е. неоднородность в расположении структурных и механических элементов в отдельных пластах грунта.
Основные типы текстуры грунтов
а – слоистая (ленточная); б – порфировая; в – ячеистая; г – слитная
Текстура грунтов обязана своим происхождением как условиям образования грунтовых отложений, например периодичности осаждения частиц в текучей и спокойной воде, так и последующим изменениям в величине и направлении внешнего давления. Различают следующие основные виды текстуры грунтовых толщ: слоистая, порфировая, ячеистая и слитная.
Наиболее распространены слоистые текстуры грунтов, среди которых можно различать ленточное сложение (например, в тонкослойных озерно-ледниковых отложениях с перемежающимися тонкими глинистыми и песчаными слоями), косослойное сложение, наблюдаемое в некоторых видах мелководных морских отложений, и сланцеватое в глинистых и илистых грунтах, подвергавшихся в геологическом прошлом значительным давлениям с частичной цементацией. Ярко выраженная слоистая текстура грунтов и все ее разновидности делают грунты анизотропными, т. е. физические свойства таких грунтов (например, водопроницаемость, сопротивление сдвигу, упругость и пр.) будут резко различны в различных направлениях.
В грунтах порфировой текстуры обе составляющие (грубозернистый материал и дисперсный – глинистый) участвуют в общем сопротивлении грунта действию внешних сил, но такие свойства, как сжимаемость, водопроницаемость, сопротивление сдвигу и упругость грунтов, будут зависеть главным образом от свойств мелкодисперсного материала, в который включены крупные обломки горных пород.