Физические свойства грунтов, эндогенные процессы

Содержание.

1. Физические свойства грунтов (плотность, пористость, влажность), механические свойства…………………………………………………….3
2. Эндогенные процессы………………………………………………………8

Список  литературы……………………………………………………….16 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Физические  свойства грунтов (плотность, пористость, влажность), механические свойства.

      Плотность – отношение массы грунта, включая массу воды в его порах, к занимаемому этим грунтом объему– служит показателем минерального состава грунтов.

      Плотность грунта , г/см3, вычисляют по формуле

     где m₁ — масса грунта с кольцом и пластинками, г;

     m ₀ — масса кольца, г;

     m₂ — масса пластинок, г;

     v — внутренний объем кольца, см³. 

     Величина  плотности твердых частиц грунта определяется минеральным составом и присутствием органических и органоминеральных  веществ и представляет собой средневзвешенную плотность этих компонент грунта. В соответствии с плотностью наиболее распространенных породообразующих минералов плотность твердых частиц большинства грунтов изменяется от 2,50 до 2,80 г/см³. Она увеличивается с повышением содержания в фунтах тяжелых минералов. Поэтому у основных и ультраосновных пород плотность существенно выше (3,00—3,40 г/см³), чем у кислых (например, у гранитов 2,63—2,75 г/см³, чаще 2,65—2,67 г/см³).

     Наличие органических веществ резко снижает  плотность твердых частиц грунта, поскольку их плотность невелика по сравнению с минеральной компонентой (плотность гумуса 1,25—1,40 г/см³). Именно поэтому плотность твердой компоненты торфов, оторфованных фунтов, перегнойно-аккумулятивных горизонтов почв существенно ниже по сравнению с минеральными грунтами.

     Показатели  пористости, используемые в грунтоведении, характеризуют лишь общий объем пор, но не дают представления о размере и форме пор и характере их распределения в породе.

     Используются  два показателя: пористость и коэффициент  пористости (приведенная пористость).

     Показателем общей пористости (п) является отношение объема пор к объему всей породы, выраженное в процентах:

     Коэффициент пористости (е) представляет собой отношение объема пор к объему скелета породы, выраженное  в долях единицы:

     Пористость  у различных грунтов различна. У магматических, метаморфических и сцементированных осадочных пород она обычно невелика и измеряется десятыми долями и максимально несколькими процентами. Исключением являются некоторые лавы и вулканические туфы, пористость которых достигает десятков процентов. Среди осадочных пород высокой пористостью отличаются некоторые песчаники (35—40%) и органогенные известняки — ракушечники (до 40—45%).

     В глинистых породах пористость зависит  от размеров частиц и структуры. У  некоторых глин и суглинков пористость достигает 60% и более.

     Под влажностью породы (W) понимают содержание в ее порах того или иного количества воды, удаляемой при нагревании породы до температуры не свыше 105° С. Эта вода находится в порах породы и на ее поверхности в отличие от химически связанной воды, участвующей в построении кристаллической решетки.

     Все количество воды, которое содержит порода в естественных условиях залегания, называют естественной влажностью породы.

     Естественная  влажность песчаных и глинистых  пород является очень важной характеристикой  физического состояния этих пород. Она определяет их прочность и  поведение под воздействием сооружения. Влажность — величина переменная. Если ниже уровня грунтовых вод (в зоне насыщения) она почти не изменяется, то выше уровня грунтовых вод (в зоне аэрации и особенно в верхней ее части — почвенном слое) естественная влажность изменяется во времени. Наблюдаются суточные, сезонные и годовые колебания естественной влажности. Они связаны с температурой и давлением воздуха, количеством выпадающих атмосферных осадков и положением уровня грунтовых вод. Кроме естественных факторов на влажность пород и почв зоны аэрации могут оказывать влияние искусственные факторы — орошение земель, характер сельскохозяйственных культур, подпор грунтовых вод, различные строительные мероприятия.

     В глинистых породах наблюдается  резкое изменение свойств в зависимости  от степени влажности. Сухие глинистые  породы ведут себя как твердые  тела. С увеличением влажности  они постепенно теряют свою первоначальную прочность, переходят в мягкое состояние, а при сильном переувлажнении отдельные их разности могут течь как жидкое тело, т. е. полностью теряют прочность.

     Влажность пород выражают отношением веса воды, содержащейся в порах породы, к весу сухой породы (весовая влажность) в процентах:

     Влажность отдельных образцов определяют путем  высушивания их при температуре  100—105° С до постоянного веса. Зная вес породы до высушивания и вес сухого грунта после высушивания, можно легко определить вес воды и влажность породы:

     Под механическими свойствами следует понимать способность грунтов сопротивляться внешним механическим воздействиям. Последние вызывают деформации. При достаточно больших значениях внешних механических воздействий (нагрузок) грунты могут терять прочность и разрушаться. Иными словами, механические свойства горных пород характеризуют их деформируемость и прочность под действием внешних нагрузок.

     Способность грунта уменьшаться в объеме под  воздействием уплотняющих нагрузок называют сжимаемостью, осадкой или деформацией. По физическому строению грунт состоит из отдельных частиц различной крупности и минерального состава (скелет грунта) и пор, заполненных жидкостью (вода) и газом (воздух). Частицы в грунте бывают связанные и несвязанные между собой, но независимо от этого, прочность связей всегда ниже прочности частиц. При возникновении напряжений сжатия изменение объемов происходит за счет уменьшения объемов, располагающихся внутри грунта пор, заполненных водой или воздухом и за счет сгущения связующих (коллоидов). Таким образом, сжимаемость зависит от многих факторов, основными из которых являются физический состав, вид структурных связей частиц и величина нагрузки.

     По  характеру усадки разделяют упругие и пластические деформации. Упругие деформации возникают в результате нагрузок, не превышающих структурную прочность грунтов, т.е. не разрушающих структурные связи между частицами и характеризуются способностью грунта возвращаться в исходное состояние после снятия нагрузок. Пластические деформации разрушают скелет грунта, нарушая связи и перемещая частицы относительно друг друга. При этом объемные пластические деформации уплотняют грунт за счет изменения объема внутренних пор, а сдвиговые пластические деформации – за счет изменения его первоначальной формы и вплоть до разрушения. При расчетах сжимаемости грунта основные деформационные характеристики определяют в лабораторных условиях согласно коэффициенту относительной сжимаемости, коэффициенту бокового давления и коэффициенту поперечного расширения.

     Предельным  сопротивлением сдвигу (растяжению) называется способность грунта противостоять перемещению частей грунта относительно друг друга под воздействием касательных и прямых напряжений. Этот показатель характеризуется прочностными свойствами грунтов и используется в расчетах оснований зданий и сооружений. Способность грунта воспринимать нагрузки не разрушаясь, называют прочностью. В песчаных и крупнообломочных несвязных грунтах сопротивление достигается в основном за счет силы трения отдельных частиц, такие грунты называют сыпучими. Глинистые грунты обладают более высоким сопротивлением к растяжению (сдвигу), т.к. наряду с силой трения сдвигу противостоят силы сцепления: водно-коллоидные и цементационные связи (связные грунты). В строительстве этот показатель важен при расчете оснований фундаментов и изготовлении земляных сооружений с откосами.

     Компрессией называется одноосное сжатие образца грунта вертикальной нагрузкой при условии отсутствия его бокового расширения.

     Водопроницаемость характеризуется способностью грунта пропускать через себя воду под действием разности напоров и обуславливается физическим строением и составом грунта. При прочих равных условиях при физическом строении с меньшим содержанием пор, и при преобладании в составе частиц глины водопроницаемость будет меньшей, нежели у пористых и песчаных грунтов соответственно. Нельзя недооценивать данный показатель, т.к. в строительстве он влияет на устойчивость земляных сооружений и обуславливает скорость уплотнения грунтов оснований, суффозию грунта и оползневые явления (в т.ч. и на сопротивление растяжению). Фильтрацией называется движение свободногравитационной воды в грунтах в различных направлениях (горизонтально, вертикально вниз и вверх) под воздействием гидравлического градиента (уклона, равного потере напора на пути движения) напора. Коэффициентом фильтрации (Kf) принято считать скорость фильтрации при гидравлическом градиенте равном единице. При этом скорость фильтрации (V) прямо пропорциональна гидравлическому градиенту (J). V = Kf * J. 

2. Эндогенные  процессы.

       Эндогенными процессами называются такие геологические процессы, происхождение которых связано с глубокими недрами Земли. Вещество земного шара развивается во всех своих частях, в том числе и в глубинных. В недрах Земли под внешними ее оболочками происходят сложные физико-механические и физико- химические преобразования вещества, в результате которых возникают мощные силы, воздействующие на земную кору и коренным образом преобразующие последнюю. Вот эти-то преобразующие процессы и называются эндогенными процессами.

          Наиболее отчетливо эндогенные  процессы выражаются в явлениях  вулканизма, под которыми понимаются процессы, связанные с перемещением магмы как в верхние слои земной коры, так и на ее поверхность.

          Явления вулканизма знакомят  человека с материей, располагающейся  в глубинах земного шара, с  ее физическим состоянием и  химическим составом. Проявления  поверхностного вулканизма происходят  не повсеместно, а приурочены  к определенным участкам земной  коры, положение и площадь которых  изменялись в ходе геологической  истории.

          Магма, внедряясь в земную кору, очень часто не достигает поверхности,  а застывает где-то на глубине,  образуя при этом глубинные,  интрузивные горные породы (гранит, габбро и др.). Явления внедрения  магмы в земную кору получили  название глубинного вулканизма, или плутонизма.

       Под действием поверхностного  вулканизма изменяется внешний  облик Земли, и образуются новые  горные породы, возникают горы, выделяется  в атмосферу большое количество  газов и паров, изменяется температурный  режим, данного участка. Процесс  поверхностного вулканизма часто  сопровождается сотрясениями Земли,  изменением деятельности подземных  вод и т. п. 

     Знание  особенностей вулканических процессов, законов внедрения и распределения  магматических тел имеет большое  практическое значение, так как человек  может использовать многие продукты вулканизма и ту колоссальную энергию, которую заключает в себе это  явление.

     В кратерах вулканов, на склонах вулканических  конусов скапливаются такие полезные ископаемые, как сера, нашатырь и  кристаллы борной кислоты. Все они  добываются в кратере и на склонах  горы Вулькано. В лаве и туфах  потухших вулканов Закарпатья имеются  алунит и ртутные минералы. Во многих местах используются как полезные ископаемые твердые продукты вулканизма — базальтовая  лава употребляется для изготовления изоляционных, литых, и кислотоупорных изделий, а также как строительный и дорожный материал. Некоторые типы вулканического туфа употребляются  для изготовления цемента, а также  в качестве строительного камня. Вулканический пепел является хорошим  адсорбентом и употребляется  при обработке нефти.

          Таким образом, уже сейчас грозное  явление наземного вулканизма  приносит человечеству значительно  больше пользы, чем вреда.