Ingineria și proprietățile geologice ale solurilor
Pentru a evalua comportamentul solurilor atunci când interacționează cu structurile și determină stabilitatea acestora, este necesar să existe caracteristici cantitative sau așa-numiții indici ai proprietăților solului. Ele sunt determinate prin diferite metode, care sunt împărțite în câmpuri și metode de laborator. Primele sunt mai scumpe, dar oferă rezultate mai fiabile.
Proprietățile solurilor în condiții de laborator sunt determinate din probele lor selectate la anumite puncte din aria de studiu. Numărul de determinări de laborator depășește de obicei considerabil numărul de experimente pe teren.
La efectuarea cercetărilor, de regulă, se combină aplicarea metodelor de câmp și de laborator. Tipurile de indicatori de proprietate și gradul de detaliere al definiției acestora depind de tipurile de soluri, scopul cercetării, etapele și etapele de proiectare, clasa de capital, instalațiile sau sistemele.
În construcția și funcționarea structurilor și sistemelor, proprietățile fizice, apă și mecanice ale solurilor sunt cele mai importante.
1.4.1. Proprietățile fizice ale solurilor
Proprietățile fizice ale solurilor caracterizează starea fizică a solurilor; ele includ densitatea, porozitatea și porozitatea. Indiferent de natura legăturilor dintre particulele toate rocile nu sunt complet corpuri dense și au spații libere și golurile care pot fi umplute cu gaze sau lichide și servesc drept canale pentru libera circulație a acestora.
Formarea golurilor și a golurilor în roci se produce simultan cu formarea propriilor roci. Astfel, deja în procesul de solidificare sau solidificare a lavei sau magmei în roci ignifuge se formează fisuri ale individului. În procesul de sedimentare a rocilor sedimentare apar goluri de bule de gaz.
În mărime, golurile sunt împărțite în trei grupe:
· Mare sau non-capilar, cu un diametru al porilor mai mare de 1,0 mm sau o lățime a crackului mai mare de 0,25 mm. unde apa se poate mișca liber sub acțiunea gravitației, fără a se confrunta cu o reacție vizibilă contra forțelor de tensiune superficială;
· Capilar cu un diametru al porilor de la 1,0 la 0,0002 mm sau o lățime de fisură de la 0,25 până la 0,0001 mm. unde mișcarea apare sub influența forțelor de tensiune capilară și a presiunii hidrostatice;
· Subcapilară, cu un diametru al porilor mai mic de 0,0002 mm sau o lățime de fisură mai mică de 0,0001 mm. unde efectul forțelor de tensiune capilară se adaugă la acțiunea forțelor de atracție electromoleculară a apei asupra particulelor de rocă.
Să ne imaginăm volumul pietrei V în care o parte va fi ocupată de golurile Vn. și restul - particule minerale (scheletul mineral) al pietrei Vsk.
Dependența dintre cantități este exprimată prin egalitate:
Raportul dintre volumul golurilor Vn și volumul total al rocii V. exprimat ca procent, dă valoarea:
În cazurile în care valoarea n caracterizează prezența unor goluri necapilare mari, se numește ciclul de sarcină. De obicei, noțiunea de porozitate se referă la roci sau roci grosiere clastice.
Dacă valoarea n caracterizează prezența golurilor capilare și subcapilare, se numește porozitate. Conceptul de porozitate se referă, de obicei, la roci ne-stâncoase.
Pentru rocile non-stâncoase, pe lângă porozitatea, se calculează cantitatea de porozitate redusă sau, așa cum se numește mai des, valoarea coeficientului de porozitate. care este raportul dintre volumul golurilor Vn și volumul scheletului mineral Vsk:
Valorile porozității și porozității sunt legate între ele printr-o relație simplă:
Densitatea solurilor se caracterizează prin trei factori: densitatea părții minerale în m. Densitatea rocii y și densitatea scheletului.
unde msk este masa părții solide a solului; mв - masa de apă; Vsk volumul părții solide a scheletului; Vsk este volumul porilor din sol; - umiditatea solului [8].
Din densitatea părții minerale și densitatea scheletului se pot calcula indicii de porozitate - porozitatea n și coeficientul de porozitate a solului.
În soluri cu legături structurale rigide - stâncoase și semicale - ciclul de funcționare este în principal reprezentat de fracturare. Fracturarea este unul dintre principalii factori care afectează rezistența acestor roci. Prin origine, fisurile din roci sunt împărțite în litogenetice, tectonice și exogene.
Primele se formează în timpul formării de roci (fisuri în roci igneous și crăpături în straturile sedimentare). Acestea din urmă se dezvoltă deja în rocile formate sub influența forțelor de compresiune și tracțiune tectonice care depășesc puterea rocilor. Fisurile exogene pot fi naturale și artificiale.
Crăpăturile naturale sunt formate în roci în timpul intemperiilor, alunecărilor, alunecărilor și descărcărilor în partea de foișor. Crăpăturile artificiale sunt fisuri de descărcare, care apar aproape de cariere și săpături și în timpul exploziilor.
1.4.2. Proprietățile de apă ale solului
Proprietățile de apă ale solurilor se manifestă atunci când interacționează cu apa. În funcție de tipul de sol, starea, rezistența și stabilitatea lor se pot schimba, se pot manifesta proprietățile de absorbție, reținere, curgere sau parțial dizolvare în apă. Pentru ca aceste proprietăți ale rocilor să obțină nu numai o evaluare calitativă, ci și o evaluare cantitativă, se stabilește conceptul de umiditate a pietrei.
Conținutul de umiditate al stâncii W reprezintă procentul din greutatea apei conținute în porii pietrei, greutatea scheletului mineral al pietrei.
Conținutul de umiditate al solului este caracterizat de trei factori: conținutul de umiditate al umidității și coeficientul de saturație a apei:
Greutatea umezelii este raportul dintre masa apei și masa solului uscat la aer. Umiditatea volumetrică este raportul dintre volumul apei și volumul solului. Aceste tipuri de umiditate sunt exprimate ca procent.
Gradul de umezire a solului se caracterizează prin coeficientul de saturație a apei. și anume raportul dintre volumul de apă și volumul total al porilor. Conținutul natural de umiditate al solurilor caracterizează starea solului. Este deosebit de important pentru solurile din lut, ale căror proprietăți variază foarte mult cu umiditatea.
Metodele existente pentru determinarea umidității pot fi împărțite în două grupe. Prima include metode bazate pe eliminarea umezelii din sol transferul său la starea de vapori (metode termice) sau presarea (metoda mecanică). Al doilea grup (electrice, radioactive, apos, tulpina, volumetric, con și metode optice), bazate pe determinarea indirectă a cantității de apă din sol, fără a îndepărta.
Metoda termică (termică) cea mai utilizată, în care probele de sol introduse în bazine sunt uscate la greutate constantă la 105 ° C.
În ultimii ani, metodele radioactive (metoda gamma și metoda neutronilor cu lent) au fost utilizate din ce în ce mai mult, ceea ce face posibilă determinarea rapidă a umidității solului în câmp, fără prelevare de probe.
Capacitatea apei. Capacitatea de apă se referă la capacitatea solului de a găzdui și reține o anumită cantitate de apă. Distinge rasa vid (argilos) având o capacitate de umiditate medie (nisipuri argiloase nisipoase și, nămolos fin granulat) nevlagoemkie (nisip mediu, pietriș și mazarat, pietriș, pietricele si roci fracturate carstice).
Pentru rocile cu intensitate mare de apă, este izolată o capacitate de umiditate totală, capilară, moleculară, higroscopică. Capacitatea totală corespunde umidității volumetrice a solului la saturație completă cu apă și capilară - la saturarea porilor capilare și a porilor mai mici. Capacitatea maximă de umiditate moleculară este cantitatea totală de apă legată fizic, iar cantitatea higroscopică este cantitatea de apă legată ferm.
Cantitate, toate tipurile de capacitate de umiditate sunt de asemenea exprimate prin umiditate volumetrică. Capacitatea de umiditate determină așa-numita capacitate de reținere a apei, care este numeric egală cu cantitatea de apă care rămâne în rocă inițial cu apă saturată după curgerea liberă a apei din proba. În pedologie, această cantitate se numește câmp sau cea mai mică capacitate de umiditate.
Pierderea apei și lipsa saturației. Abilitatea rasei de a da apă liberă se numește pierderea apei. Numeric, aceasta este egală cu diferența dintre capacitatea totală și cea mai joasă a umezelii (tabelul 1.2).
Tabelul 1.2. Capacitatea apei și randamentul apei din sol
Coeficientul de pierdere a lichidului este raportul dintre volumul de apă scurs liber din roca pre-saturată și volumul acestei roci.
Lipsa de saturație este numeric egală cu diferența dintre capacitatea totală de umiditate și conținutul natural de umiditate. Determinarea acestui indicator pentru solurile și solurile din zona de aerare a sistemelor de irigare se bazează pe programarea planurilor de irigare și de irigare.
Plasticitate. Plasticitatea este proprietatea solurilor de a se deforma (schimba forma) sub influența presiunii externe și a păstra forma dobândită după terminarea ei; în timp ce continuitatea terenului nu este încălcată.
Solurile Clayey sunt din material plastic. Starea sau consistența acestor soluri este determinată de conținutul lor de umiditate. Cu o umidificare mică (până la o anumită limită), solul păstrează proprietățile solidului. Apoi, cu o anumită umiditate (diferită pentru fiecare sol), aceasta se transformă într-o stare de plastic, iar cu o umidificare ulterioară se transformă într-una care curge.
Acestea stare sol (solid, plastic și curgător) sunt de bază, și umiditatea la care trecerea de la una la alta, numită umiditatea caracteristică, sau ductilitate exterior.
Umiditatea WPt. unde solul este transferat dintr-o stare solida la un material plastic (sau invers), numită limita inferioară de plasticitate și umiditate WL la trecerea de la starea plastică la un fluid (sau invers), - limita superioară ductilitatea sau limita de curgere.
Diferența dintre limitele superioară și inferioară se numește numărul de plasticitate IP. Valoarea numerelor de plasticitate depinde de conținutul de argilă și particule coloidale din sol. Pentru fiecare tip de sol, numerele lor de plasticitate sunt caracteristice (Tabelul 1.3).
Tabelul 1.3. Clasificarea solurilor după numărul de ductilități
Determinarea tipului de sol asupra numărului de plasticitate și consistența lor naturală este de o mare importanță practică, deoarece capacitatea portantă și capacitatea de încărcare atunci când sunt utilizate în construcția depinde în mare măsură de consistența lor [3].
Umflarea. Proprietatea solului crește în volum când umezirea se numește umflare. Depinde de compoziția minerală și granulometrică, structura și textura solului, compoziția cationilor de schimb, compoziția ionică a apei care interacționează cu solul.
Umflarea se manifestă atunci când presiunea care se dezvoltă în sol în timpul umflăturii depășește încărcătura exterioară (din structură sau solurile care se suprapun) la sol.
Umflarea are loc în soluri moi coezive și se explică prin formarea de straturi de apă legată în jurul lutului și a particulelor coloidale. Particulele se extind, conectivitatea solului scade și apare o creștere generală a volumului acestuia.
De regulă, cu cât mai multe particule de argilă din sol (mai multă plasticitate), cu atât este mai mare capacitatea de a se umfla. În același timp, este necesar să se ia în considerare compoziția minerală a solului. De exemplu, argilele de montmorilonit au un grad mai mare de umflare decât argilele formate din minerale ale grupului de kaolinit.
Clay în care cationii schimbabili complexe de absorbție conține calciu și magneziu, se umflă mai mică de argilă cu sodiu în absorbant complex (vezi Tabelul 1.4.).
Compoziția apei afectează de asemenea umflarea solului. Apele cu o predominanță de calciu și magneziu în compoziția de sodiu a cationilor de schimb provoacă o umflare mai puțină.
Tabelul 1.4. Consistența solurilor din plastic
Grundul este din plastic, dar nu lipicios
Primer plastic și lipicios
Solul este vâscos, se răspândește gros
Pământul răspândește un strat subțire
Limita superioară a contracției
Limita de plasticitate inferioară a WP
Limita superioară de plastic WL
Valoarea determinată Cantitativ a ratelor de umflare ale volumului V sau valoarea umflarea liniară a presiunii care se dezvoltă în sol atunci când umflat și umiditatea la care procesul de umflare este încheiată:
unde V H - volumul și înălțimea probei după umflare; V 0 și este volumul și lungimea eșantionului în stare uscată.
În funcție de valoarea V, se disting următoarele tipuri de sol: umflarea puternică mai mare de 0,12; umflare medie 0,12-0,08; ușoară umflare 0,08-0,04.
Contracția. Procesul de reducere a volumului de sol prin uscare se numește contracție. Acest proces, umflarea inversă, se observă în solurile înfundate (diverse argile). În acest caz, se dezvoltă fisuri, de-a lungul cărora solul uneori se descompune în plăci separate, cântare și chiar se transformă în praf. Din punct de vedere cantitativ, se caracterizează prin valori VY volumetrice ale contracției liniare și umidității solului la limita de contracție W Y.
Lipiciozitate. Capacitatea solurilor la un anumit conținut de apă de a adera la diferite obiecte se numește aderență. Această proprietate are o mare importanță practică. Apare în solurile din plastic la o umiditate puțin mai mare decât limita inferioară a plasticității. În acest caz, apa legată în larg în sol interacționează cu alte obiecte.
La un conținut de umiditate egal cu limita inferioară a plasticității, apa legată cu forță mai mare este reținută în jurul particulelor solului și nu interacționează cu obiectele care intră în contact cu solul.
Odată cu creșterea umidității solului, grosimea filmelor de apă crește, aderența la obiecte scade și dispare atunci când solul se mută într-o stare fluidă. Din punct de vedere cantitativ, aderenta este estimata prin efortul care trebuie aplicat pentru ruperea obiectului de la sol. Acest indicator este utilizat pentru a determina condițiile pentru dezvoltarea solurilor moi coezive prin mașinile de săpat și rutier.
Rezistența la apă. Capacitatea solurilor de a menține rezistența și stabilitatea mecanică atunci când interacționează cu apa se numește rezistență la apă. Se caracterizează prin înmuiere și eroziune.
Sub înmuierea solului se înțelege procesul de interacțiune a solului cu apa când este scufundat în apă. În acest caz, unele soluri sunt distruse (complet), altele - în parte, în timp ce altele își păstrează textura. Soiul razmokaemost depinde de compoziția lor, de natura legăturilor structurale și de umiditatea solului, sub care este scufundată în apă.
Cuantificarea înmuiere nu există încă. Se estimează de obicei timpul necesar pentru a înmuia eșantionul, natura degradării sale și umiditatea solului înmuiat (în instrumente de laborator).
Eroziunea caracterizează capacitatea solurilor de a da particule sau agregate de particule în apă în mișcare. Este definită în tăvi hidraulice.
Solubilitatea. Unele soluri sunt parțial dizolvate de apele subterane. Ca urmare a creșterii golurilor în soluri, permeabilitatea la apă crește, iar proprietățile fizice și mecanice se deteriorează.
Razmyagchaemost. Proprietatea solurilor de a-și reduce puterea atunci când este umezită fără semne vizibile de distrugere se numește înmuiere și se caracterizează numeric prin coeficientul de înmuiere a KR.
unde p1 și p2 reprezintă rezistența timpului la compresiune înainte și după saturarea cu apă.
Softenable includ soluri, în care coeficientul de înmuiere KR <0,75.
Rezistența. Stabilitatea este înțeleasă ca grad de stabilitate a solurilor împotriva efectelor dăunătoare ale proceselor de intemperii și în special asupra apei.
Sub influența intemperiilor și a proceselor de apă, crăpăturile și golurile apar în soluri, compoziția minerală se schimbă și, ca rezultat, puterea lor scade. În același timp, starea fizică a solului se modifică, iar legăturile structurale existente sunt rupte.
De exemplu, granit și gnais - funduri solide dense cu cristalizare prin legături fizice convertite în soluri Intemperii aproape vrac (numite marm`) care constau din fragmente angulare de dimensiuni diferite. Compoziția minerală a fragmentelor depinde de intemperii (fizice sau chimice).
În intemperiile chimice ale granitelor, se formează eventual soluri de lut cu legături coloidale apă. Pentru a cuantifica rezistența solurilor la intemperii, se folosește coeficientul de intemperii [7]:
unde - rezistențele temporare ale solului la compresie în starea neefectuată (inițială) și după un ciclu de un an de expunere la agenții de intemperii.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: