|
|
Виды воды в грунте. Отличительные свойства связанной воды.Вопросы, выносимые на зачет Раздел 1 Введение. Физические свойства грунтов Что называется грунтом? Грунтами называют породы, залегающие в верхних слоях земной коры. К ним относят растительный грунт, песок, супесь, гравий, глину, суглинок, торф, плывуны, различные полускальные и скальные грунты. Отличительные свойства грунта.
3 Связь механики грунтов с другими дисциплинами. Строительная механика, Сопромат, технология строительного производства, экономика строительства, механизация, экология строительства, строительные материалы, инженерная геология, инженерная гидрогеология, математическая статистика, теория надежности, техника безопасности строительства. Основные этапы и направления развития механики грунтов. С древнейших времен выбору основания для строительства, оценке его пригодности для возведения капитальных сооружений всегда уделялось самое пристальное внимание. Впервые научный подход к оценке прочностных свойств грунтов применил французский физик и инженер Шарль Огюст Кулон(1736-1806). Будучи не только известным физиком, но иинженером-фортификатороми гидротехником, он открыл «закон сухого трения», разработал метод расчета гравитационных подпорных стен, что позволило обоснованно задавать основные сечения шлюзов, которые строились вXVIII в. На реках и каналах Франции/Ухов, 2005г./. На основе теории Кулона были разработаны методы расчета фундаментов по устойчивости. Так, русский инженерГ.Е.Паукер на основе теории Кулона вывел формулу, которая позволяла оценивать устойчивость основания фундамента с учетом ширины подошвы и глубины его заложения. Среди ученых, работы которых внесли существенный вклад в развитие механики грунтов и в фундаментостроение следует выделить следующих: -Е.Винклер (1867г.) – предложил расчетную модель, позволяющую рассчитывать гибкие фундаменты на упругом грунтовом основании; -В.М. Карлович (1869г.) – опубликовал первый учебник по основаниям и фундаментам на русском языке, в котором изложены и элементы механики грунтов. -Ж.Буссинеск (1885г.) – французский математик решил задачу о распределении напряжений от действия сосредоточенной силы в полу- пространстве, применимую к грунтам, которая используется в механике грунтов и сейчас; -П.А. Минаева (1912-1916), -показал применимость к грунтам теории упругости; -К.Терцаги (1925г.) – немецкий ученый, обобщивший все ранние работы по механике грунтов и систематизировал все знания в этой области втруде «Строительная Механика Грунтов»; -Н.М.Герсиванов (1931-1933гг.) – публикует классический труд» Основы динамики грунтовой массы»; -Н.А.Цытович (1934г.) – издает курсы» Основы механики грунтов» которые в дальнейшем легли в основу классического учебника по дисциплине «Механика грунтов»; - В.А. Флоринов Н.Н.Маслов(1936г.) – издают серию фундаментальных трудов, сыгравших значительную роль при разработке методов проектирования и строительства гидротехнических сооружений и дорог. - В.В. Соколовский (1942г.) – публикует уникальную работу«Статика сыпучей среды», где даны решения о прочности и устойчивости грунтовых оснований, широко применяющиеся на практике и в наши дни. Из современных ученых следует отметить следующих:Б.И.Далматов (серия учебников по«Механики грунтов, основаниям и фундаментам»), П.И.Иванов (учебник«Грунты и основания гидротехнических сооружений», 1991г), Е.А. Сорочан, Ю.Г.Трофименков(главные редакторы«Справочника проектировщика. Основания,фундаменты и подземные сооружения»), П.А.Коновалова (выдающиеся работы в области упрочнения грунтов оснований и усиления фундаментов при реконструкции) и др. Среди белорусских ученых в области механики грунтов и фундаментостроения следует особо отметить Ю.Д.Соболевского,внесшего большой вклад в становление отечественной школы геотехники; Д.Ю.Соболевского– разработавшего теорию стесненной дилатансии грунтов и феноменологическую модель расчета оснований;М.И.Никитенко- заведующего кафедрой«Геотехника и экология в строительстве» БНТУ, автора многочисленных работ по инъекционному упрочнению грунтов и многочисленных нормативных документов Республики Беларусь в области фундаментостроения,.
Основные компоненты грунтов. - твердые частицы; - вода в различных видах и состояниях (в т.ч. льда при нулевой или отрицательной температуре грунта ); - газы (в т.ч. воздух); Вода и газы находятся в порах между твердыми частицами (минеральными и органическими). Вода может содержать растворенные в ней газы, а газы могут содержать пары воды. Влияние размеров частиц грунта на его свойства. Размеры частиц грунта влияют на его воздухопроницаемость. Песчаные грунты вследствие их высокой воздухопроницаемости обладают обычно окислительными свойствами, а глинистые грунты (из-за их плохой воздухопроницаемости) - восстановительными. В результате неравномерного проникновения воздуха к подземному металлическому сооружению по его длине возникают гальванические пары. Виды газа в грунте и его влияние на свойства грунта. Газы могут находиться: - в свободном состоянии, сообщаясь с атмосферой; - в замкнутом пространстве в виде пузырьков; - в растворенном в жидкости (воде) состоянии. Вследствие изменения давления в жидкости в порах (в воде) и температуры вода может выделяться из газа (конденсироваться) и, наоборот, газ может растворяться в жидкости (в воде). Виды воды в грунте. Отличительные свойства связанной воды. Вода в грунтах играет огромную роль при формировании их физико-механических свойств. Это влияние особенно сильно проявляется в глинистых грунтах, т.к. глинистые минералы гидрофильны и притягивают на свою поверхность диполиводы. Чем больше глинистых минералов, тем больше связанной воды в глинистых грунтах. Состояние воды в грунтах может быть твердым (лед), жидким (вода) и газообразным (пар). Классификация видов воды в грунтах была предложена А.Ф. Лебедевым в 1918 г. При температуре выше 0 ºС в грунтах выделяются различные виды воды. Кристаллизационная, или химически связанная, вода входит в строение кристаллических решеток минералов. Ее можно удалить только путем длительного прокаливания, что приводит к разложению самих минералов и к изменению свойств грунта.
Гигроскопическая вода притягивается частицами грунта из воздуха и конденсируется на их поверхности. Количество гигроскопической воды зависит от влажности воздуха и свойств частиц грунта. Гигроскопическая вода может перемещаться в грунте, переходя в парообразное состояние, и может быть удалена только высушиванием. Связанная вода. Молекулы воды у поверхности глинистых частиц испытывают огромное молекулярное притяжение и образуют слой прочносвязанной воды, свойства которой существенно отличаются от свойств свободной воды (например, плотность 1,2 до 2,4 г/см3, температура замерзания до – 10 ºС и пр.). Последующие слои молекул воды менее связаны и образуют рыхлосвязанную воду. С удалением от поверхности частиц силы притяжения ослабевают. Там, где силы притяжения частицы перестают действовать, вода находится в свободном состоянии (рис. 1.2). Свободная вода подразделяется на капиллярную и гравитационную. Капиллярная вода находится выше уровня грунтовых вод и содержится в мелкозернистых песчаных и глинистых грунтах. Высота столба капиллярной воды зависит от гранулометрического состава грунта, размеров пор и свойств воды (ее температуры, степени минерализации). Капиллярная вода в грунте может находиться в углах пор, в подвешенном состоянии (не связанном с уровнем грунтовых вод, удерживаемая натяжением менисков) и в подпертом состоянии (непосредственно над уровнем грунтовых вод). Гравитационная вода свободно движется в грунте от большего напора к меньшему и пополняет грунтовые воды. |
|
Вода в виде пара заполняет поры грунта, свободные от воды. Водяной пар легко перемещается из областей высокого давления в области с низким давлением, конденсируясь, способствует пополнению грунтовых вод.