Капиллярные свойства грунтов

Капиллярные св-ва выражаются в способности грунтов поднимать воду в вертикальном положении и перемещать под действием капиллярных сил в горизонтальном направлении, а также в капиллярной связности.

В основе капиллярных сил лежат силы взаимодействия воды, воздуха с частицами грунта, проявляющиеся в смачивании последних, образовании в порах менисков.

Характеризуется: 1) максимальной величиной капиллярного поднятия (см, м);

2) скоростью капиллярного поднятия (см/час).

1)Расчет высоты капиллярного поднятия может быть выполнен на основе уравнений Лапласа Q=2α/R= подъемная сила мениска

 2α – поверхностное натяжения жидкости;

R – радиус кривизны мениска.

На ее основе была выведена формула для расчета высоты капиллярного поднятия в грунтах:

Нк = (2α*соsθ)/(r*g*ρ), где

 

θ – краевой угол смачивания

ρ – плотность жидкости;

r – радиус капилляра;

g – ускорение силы тяжести ( 9.8м/сек2)

Высота капиллярного поднятия и V зависят от:

1. Структурно-текстурных параметров;

2. Гранулометрического состава (чем тоньше, тем выше, медленнее);

3. Степени уплотнения, пористости;

4. Минерального состава, чистоты поверхности минералов;

5. Наличия или отсутствия защемленного воздуха;

6. Начальной влажности;

7. Состава обменных кат-в; нужно рассматривать в совокупности с предыдущими факторами, особенно пористостью;

8. Концентрации порового раствора - чем>тем >Нк;

9. Типа ионов порового раствора.

Хлоридно-натриевые воды поднимаются выше, чем сульфатно-натриевые при той же минерализации и других равных условиях.

Использование.

Высота капиллярного поднятия является расчетной характеристикой при проектировании оснований зданий и сооружений.

Вопросы глубины заложения фундаментов

Гидроизоляции

Необходимом понижении уровня грунтовых вод для предотвращения порчи полотна дорог, основания и т.д.

При дренировании сельскохозяйственных угодий.

 

Капиллярная связность.

При увлажнении связных грунтов, обладающих структ-м сцеплением, их связность уменьшается.

При увлажнении несвязных грунтов, не обладающих структ-м сцеплением – увеличивается. Ее появление объясняется так: по 3-му закону Ньютона, подъемной силе минисков должны быть обратные по направлению и равные по силе силы, приложенные к стенкам капилляров. Эти силы называются силами капиллярного давления. Чем больше высота поднятия, тем больше силы капиллярного давления.

 

Водопрочность грунтов.

Под водопрочностью понимают способность грунтов сохранять целостность, механическую прочность и устойчивость при взаимодействии с водой.

Различают: I. Статическое и II. Динамическое взаимодействие.

I. При статическом происходит размокание и размягчение.

II. При динамическом к размягчению добавляется размыв.

Iа. Размокание – способность грунта в неподвижной воде терять структурные связи, превращаться в рыхлую массу с полной или частичной потерей прочности.

Размокают рыхлые связные и несвязные грунты, твердые осадочные породы с глинистым или растворимым цементом могут и размокать и размягчаться.

Характеристики (показатели).

1.  Время полного размокания – время в течении которого образец полностью распадается на структурные элементы малого размера.

2.  Интенсивность размокания – скорость потери массы погруженного в воду образца в % или по весу.

3.  Характер размокания.

На величины этих показателей влияют:

Гранулометрический состав.

Супеси, легкие суглинки размокают очень быстро. С увеличением содержание глинистых частиц размокание уменьшается.

Минеральный состав. (особенно для глинистых пород)

Каждый тип глин имеет свою «критическую влажность» (Приклонский В.А.). Если W > Wкрит., глины размокают. При W < Wкрит. – практически не размокают.

У монтмориллонитовой глины Wкрит.≈ 50%, у каолиновой ≈ 25%.

Состав обменных катионов, концентрация определяют в значительной мере характер и интенсивность размокания. В зависимости от содержания ++, +, +++ образуются тонкие частички или чешуйки, образцы набухают или рассыпаются.

Структура.

Образцы с нарушенной структурой размокают гораздо быстрее, чем с ненарушенной.

 Состав раствора.

Чем более концентрированный раствор, тем хуже размокание.

Внешние условия, состояние.

Большое значение имеет влажность(W) образца. Чем суше грунты, тем быстрее они размокают. Следует иметь ввиду также внешнее давление Р. Чем Р больше, тем быстрее размокают.

 

Iб. Скальные и полускальные породы при взаимодействии с водой часто не размокают, но размягчаются. Под размягчаемостью понимают свойство скальных пород уменьшать свою прочность при взаимодействии с водой. Причиной размягчения, по аналогии с размоканием грунтов, является ослабление связей между частицами пород вследствие проникновения в промежутки между ними молекул воды. Наличие связей ионного и ковалентного типа не позволяют скальным грунтам размокнуть, но в тех трещинах и порах, куда вода попадает, существующие связи ослабевают.

Размягчаемость характеризуется коэффициентом размягчаемости – Крз, представляющим собой отношение временного сопротивления грунта одноосному сжатию в водонасыщенном и в сухом состоянии. По СНиП II-15-74 скальные грунты подразделяются на размягчаемые (Кsaf < 0.75) и неразмягчаемые (Кsaf ≥ 0.75). Размягчаемость зависит от минерального состава, типа структурных связей, пористости и др. факторов.

Большая часть невыветрелых магматических, метаморфических пород слабо размягчается в воде (Крз=0.95-1.00). Осадочные породы значительно больше. Особенно сильно породы, содержащие глинистые частицы: мергель, мергелистые известняки, глинистые песчаники, глинистые сланцы и др., карбонатные (известняки, мел и др.) и кремнистые породы (опоки, диатомиты), а также грунты с легкорастворимым цементом: Крз для глинистых песчаников = 0.45, у известняков Крз=0.15-0.5. Сильноразмягчаемые породы, естественно и быстро выветриваются, обладают слабой морозоустойчивостью. 

II. Размываемость – способность отдавать частички общей массы IIа. движущейся воде IIб. ударяющей воде.

IIa. Характеристиками являются:

1. размывающая (или критическая) Vp водного потока – это средняя Vпотока, при которой начинается отрыв частиц и волочение их по дну, м/сек.

2.интенсивность размыва: отношение средней толщины размытого слоя грунта при данной скорости потока к длительности размыва, мм/мин.

Размыв твердых скальных пород обусловлен, в основном их выветрелостью, растворением.

Глинистые грунты размываются гораздо активнее. На Vр и интенсивность размыва влияет весь комплекс факторов, который влияет и на размокание. Как правило, между этими характеристиками имеется связь.

Но есть и дополнительные факторы. Нужно отметить, что влияет анизотропия свойств. По напластованию размыв происходит гораздо быстрее, чем перпендикулярно.

Очень существенную роль играет начальная W. Чем она больше (но не больше Wкрит.), тем легче размывается грунт.

Т.к. характеристики размываемости широко используются для оценки скорости движения воды и режима эксплуатации каналов, то взаимосвязь Vр с различными факторами тщательно изучалась. Имеются уравнения связи (Ц. Е. Мирцхулава).

IIб. Сопротивление ударному действию волн характеризуется сопротивлением волновому размыву. Ис пользуется для оценки устойчивости переработки берегов водохранилищ, естественных водоемов.

Зависит практически от того же комплекса факторов.

Оценивается как правило экспериментально: размыв волновой в лотках мотопомпа М-600.


1. Что такое инженерная геология как наука.

2. Из каких разделов состоит инженерная геология.

3. Связь инженерной геологии с другими науками.

4. Что понимают под инженерно-геологическими условиями.

5. Главные компоненты инженерно-геологических условий.

6.  Сфера взаимодействия.

7. Частные методы получения инженерно-геологической информации .

8. Комплексные методы получения инженерно-геологической информации.

9. Что такое грунт.

10. Региональное и динамическое грунтоведение.

11. Генетический подход при изучении грунтов.

12. Дайте характеристику основных компонентов грунта.

13. Назовите главные структурные связи, которые выделяют в грунтах.

14. Основные физические свойства грунтов.

15. Основные физико-химические свойства грунтов.

16. Главные взаимодействия в системе «грунт».

17. Твердая компонента в системе «грунт».

18. Жидкая компонента в системе «грунт».

19. Газы в системе «грунт».

20. Биогенная составляющая в системе «грунт».

21. Техногенные грунты.

22. Главные показатели прочностных свойств скальных и дисперсных грунтов.

23. Главные показатели деформационных свойств вы знаете.

24. Что такое экзогеодинамика.

25. Что такое экзогенный геологический процесс и инженерно-геологический процесс? В чем отличие?

26. Основа классификации экзогенных геологических процессов Ф.П.Саваренского.

27. Главные цели и методы изучения ЭГП.

28. Что такое выветривание? Основные факторы выветривания.

29. Кора выветривания, ее особенности.

30. Характеристика процессов, обусловленных поступательным действием поверхностных вод.

31. Характеристика ЭГП и ИГП, обусловленных волновым движением воды.

32. Процессы заболачивания и подтопления. Причины и условия процессов.

33. Просадки.

34. Карстовый процесс.

35. Главные условия развития карстового процесса.

36. Гравитационные процессы.

37. Условия развитие оползней, степень устойчивости склона.

38. Назовите элементы строения оползней.

39. Назовите и охарактеризуйте главные криогенные процессы. Основная причина возникновения этих процессов.

40. Для каких целей проводится специальное крупномасштабное инженерно-геологическое районирование.

41. Понятие ПТС.

42. Региональная инженерная геология, какие задачи она решает.

43. Инженерно-геологическая карта, три типа инженерно-геологических карт.

44. Четыре категории инженерно-геологических карт.

45. Для каких целей составляются обзорные инженерно-геологические карты.

46. Для каких целей составляются общие обзорные инженерно-геологические карты мелкого масштаба.

47. Для каких целей составляются общие обзорные инженерно-геологические карты среднего масштаба.

48. Для каких целей составляются среднемасштабные инженерно-геологические карты.

49. Для каких целей составляются детальные инженерно-геологические карты.

50. Для каких целей составляются инженерно-геологические карты специального назначения.

51. Схема разделения геологической среды на геологические тела.
 



Дата: 2019-02-02, просмотров: 396.