Вернуться на страницу «Основания фундаментов»
Под структурой понимают особенности внутреннего строения грунтов с определенными размерами и формой частиц, характером их поверхности, количественным соотношением составляющих компонентов и характером взаимодействия их друг с другом. При этом компонентами грунтов считают твердые частицы, их блоки, пакеты и агрегаты. К структурным компонентам также относят адсорбированную воду и адсорбированный газ, так как они оказывают существенное влияние на характер взаимодействия твердых частиц.
Рис. 1. Структура грунтов: а) зернистая, б) сотоподобная (губчатая), в) в виде хлопьев, г) смешанная
Зернистая структура наиболее ярко обнаружена у гравия и песка, характеризуется пористостью в пределах 20 … 25%.
Сотоподобная (губчатая) структура присуща глинистым почвам, которые образовались при осаждении без коагуляции (лат. coagulatio — свертывание, затвердевание) в пресной воде глинистых и пылевидных частиц. Эти частицы притягиваются друг к другу силами, превышающих их собственный вес. Неуплотнённые грунты с сотоподобным скелетом могут иметь пористость, больше 50%.
Строение в виде хлопьев образуется при осаждении с коагуляцией глинистых частиц в воде с растворенными солями. Глинистые частицы объединяются в хлопья еще до их осаждения. Грунты со структурой в виде хлопьев отличаются исключительно большой пористостью, иногда порядка 90 … 95% (морские илы). При уплотнении грунтов строение в виде хлопьев переходит в сотоподобную структуру.
Грунты, состоящие из различных частиц — глинистых, пылевидных, песчаных и обломков, — имеют смешанную (каркасную) структуру.Известно, что прочность дисперсных грунтов значительно меньше прочности самих твердых частиц и их агрегатов и определяется прочностью структурных связей. Структурные связи образуются в результате сложных физико-химических процессов, происходящих при геологическом формировании грунтов. Различают несколько видов структурных связей,которые могут действовать совместно.
Химические связи (их также называют кристаллизационными) — это жесткие кристаллические связи (в большинстве случаев не уступают по прочности внутрикристаллическим химическим связям), характерные для скальных пород, хотя в зачаточном состоянии они есть и в дисперсных телах. В почвах магматического происхождения эти связи возникают одновременно с образованием самих минеральных зерен в процессе застывания магмы; в метаморфических — при кристаллизации материнской породы; в осадочных — вследствие выпадения солей из растворов.
Молекулярные и ионно-электростатические связи возникают при сближении твердых частиц благодаря молекулярным силам. Проявляются они на расстоянии и увеличиваются с увеличением удельной поверхности системы твердых частиц. Силой они уступают химическим связям. Они малопрочные, но после разрыва возобновляются, то есть являются связями обратимыми.
Капиллярные связи, обусловленные капиллярным давлением, которое возникает на границе воды и воздуха, в местах соприкосновения твердых частиц. Благодаря капиллярным силам даже чистые маловлажные пески приобретают некоторую связность.
Электростатические связи возникают при непосредственном контакте твердых частиц вследствие накопления на их поверхностях электро-статичных зарядов, то есть происходит кулоновское взаимодействие.
Магнитные связи обусловлены наличием в тонкодисперсных грунтах ферро-магнетиков, которые образуюте на поверхности глинистых частиц тонкие пленки, которые обеспечивают коагуляционный эффект между частицами.
Особенности структурных связей определяют свойства грунтов. В мерзлых грунтах частицы сцементированные льдом, однако при повышении температуры грунтов, прочность уменьшается.
Текстура отражает условия образования и формирования свойств грунтовых отложений. Различают такие типы текстур:
слоистая (тонко и ленточная, волнообразная, сланцевая и др.);
слитная (массивная)
сложная
Рис. 2. Текстура грунтов: а — слоистая, б- слитная, в и г — сложная.
Наиболее распространенные грунты со слоистой текстурой, они образовались вследствие накопления осадка грунтовых частиц в воде. Этот тип структуры характерен для аллювиальных, озерных и морских отложений.
Слитная текстура присуща морским отложениям (первоначальные глины), имеющих однородное строение в различных точках массива.
