Гранулометрический состав

Все дисперсные грунты состоят из одной или нескольких фракций, количественное соотношение разичных фракций в дисперсных породах характеризуется гранулометрическим составом. Гранулометрический состав показывает какого размера частицы и в каком количестве они содержатся в той или иной породе в %. Гранулометрический состав характеризует только первичные частицы.

Кроме гранулометрического состава в грунтах определяется микроагрегатный состав (микроагрегаты образуются за счет агрегации – слипание первичных глинистых частиц).

Взаимосвязь гранулометрического состава с минеральным.

В природе существует тесная зависимость между размерами слагающих структурных элементов с их минеральным составом (особенно у обломочных пород).

Во фракции крупнее 2 мм-0,002 мм скапливаются зерна первичных силикатов,

а во фракции <0,002 мм преобладают глинистые минералы.

Это объясняется внутренним строением минерала, составом, который в конечном итоге характеризует химическую устойчивость к агентам выветривания и механическую прочность.

В крупной фракции преобладает кварц, среднезернистые пески представлены плагиоклазом. В тонкозернистых и мелкозернистых преобладают кварцы, т.к. он устойчив к агентам химического выветривания – плагиоклазы и ПШ выветриваются и легко выносятся водой.

Среди глинистых пород особенно дисперсными являются монтмориллонитовые глины (размер не превышает 0,0001 мм). Каолинит имеет более совершенную структуру, чем монтмориллонит, встречается в виде пластинчатых кристаллов толщиной от 0,05 до 2 мкм и протяженностью от 0,1 до 4 мкм.

Гидрослюды занимают промежуточное положение по размеру между монтмориллонитом и каолинитом. В центральной части Кара-Кумов при отсутствии химического выветривания при длительном эоловом перевевании песков размер песчаных фракции 0,25-0,1 мм, состав полиминеральный.

Жидкая компонента грунтов.

Почти все горные породы содержат жидкую воду. Как утверждал Вернадский, нет такой компоненты в природе, которая бы оказывала такое же влияние как вода. Необычность свойств, высокая активность объясняется особенностями ее состава и строения.

Вода в грунтах находится в различных фазовых состояниях – газообразном, жидком, твердом. Состояние воды в грунтах зависит не только от температуры и давления, но и от характера связи с твердой компонентой. По характеру связи с грунтовыми частицами воду подразделяют на связную и свободную.

Классификация связана с энергией связи.

Связная вода

(описание в 1903 г. Барковским).

Границы почвы окружаются концентрическими слоями воды. Чем ближе к поверхности почвенных частиц, тем с большей силой она удерживается под действием поверхностных сил.

Связная вода составляет 42% от всей воды земной коры. Особенно много связной воды в глинистых грунтах.

Слои воды, образующиеся непосредственно на поверхности частиц в результате процессов адсорбции молекул воды из паров получили название прочносвязной воды или гигроскопической воды.

Гигроскопическая вода неоднородна по своему строению, как минимум разделяется по энергии связи с поверхностью минералов. Это вода островной и полислойной адсорбции.

Вода удерживается ион-дипольным взаимодействием. Вода островной адсорбции адсорбируется наиболее активными адсорбционными центрами поверхности (у глинистых минералов – боковые сколы решетки). Эта разновидность прочносвязной воды образуется при относительной влажности воздуха 20-30%, а общее ее количество составляет 10-20% от величины максимальной гигроскопичности.

Образование сплошной пленки связной воды начинается с появления второй – воды полислойной адсорбции. Начинает формироваться при относительной влажности воздуха 30-90%. Эта вода удерживается за счет молекулярного взаимодействия, максимальное содержание прочносвязной воды в грунте достигается при относительной влажности воздуха 90%.

Общее количество прочносвязной воды, образующейся при этой влажности воздуха называется максимальной гигроскопической влажностью.

Содержание прочносвязной воды в грунтах определяется химико-минералогическим составом и дисперсностью (размер и соотношение обломков).

У кварца содержание прочносвязной воды 0,9% ПШ – 8-15%, слюды – 36-48%, монтмориллонит – до 20%.

Прочносвязная вода имеет своеобразную структуру с повышенной ориентацией молекул вблизи поверхности твердых частиц, квазитвердое состояние воды. Теоретическая плотность воды 1,84 г/см³.

Диэлектрическая проницаемость около 4, теплопроводность на 2 порядка выше, чем у свободной, приближается к теплопроводности металлов. Температура замерзания ниже -75ºС.