Контрольная работа по дисциплине Инженерная геология и основы механики грунтов - файл n1.docx

Контрольная работа по дисциплине Инженерная геология и основы механики грунтов
скачать (22 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.docx23kb.31.05.2012 19:49скачать

n1.docx

Министерство образования и науки, молодежи и спорта Украины

Национальная академия природоохранного и курортного

строительства

Контрольная работа

по дисциплине Инженерная геология и основы механики грунтов

Выполнил:

ст. гр. ПГС-402з

Дедушев О.В.

Проверил:

доцент Горбатюк Н.В.

Симферополь 2011 г.

Оглавление

1 Теоретическая часть

    1. Категории сложности инженерно-геологических условий

    2. Оценка сложности геотехнического строительства

    3. Структурные связи в грунте и их влияние на прочностные свойства

2 Практическая часть

2.1 Журнал лабораторных работ

Структурные связи и их влияние на прочностные свойства

Все структурные элементы (минеральные зерна и обломки), слагающие горные породы, связаны друг с другом структурными связями. По своей энергии структурные связи могут быть самые различные: от прочных кристаллизационных, энергия которых соизмерима с внутри-кристаллической энергией химической связи отдельных атомов, до очень слабых, едва проявляющихся в обычных условиях и практически не оказывающих влияния на инженерно-геологические свойства пород.

Структурные связи являются важнейшей структурной характеристикой горных пород, во многом обусловливающей их инженерно-геологические свойства. Известно, что прочность отдельных минеральных зерен (кристаллов), определяющаяся внутрикристаллическими химическими связями, может быть весьма высокой, измеряемой сотнями и тысячами кГ/см2. Прочность магматических и метаморфических горных пород достигает 5 тыс. кГ/см2, у осадочных сцементированных — 3—4 тыс. кГ/см2, в то же время у некоторых дисперсных несцементированных пород она может быть близкой к нулю. Следовательно, прочностные свойства пород определяются не только прочностью отдельных минеральных зерен и обломков, но и прочностью связи их между собой, т. е. структурными связями.

Структурные связи формируются в результате сложных физико-химических процессов. Образование их происходит под влиянием процессов выкристаллизации, старения, конденсации содержащихся в породе соединений или в результате адсорбции, пропитки, миграции, кристаллизации каких-либо цементирующих веществ из окружающей среды.

Образование структурных связей в породе — это длительный исторический процесс, развивающийся на протяжении всего периода формирования породы и ее последующей геологической жизни. В момент образования горных пород (остывание магмы, перекристаллизация при метаморфических процессах, осадконакопление и т. д.) в них возникают так называемые первичные структурные связи. На последующих стадиях геологической жизни породы под влиянием процессов уплотнения, растворения, выветривания, инфильтрации растворов и т. д. в ней могут возникать новые (вторичные) структурные связи. Одновременно с этим могут изменяться и трансформироваться в ту или иную сторону первичные связи. Все это обусловливает постоянную изменчивость структурных связей в течение геологического времени. Разумеется, что с изменением структурных связей изменяются и инженерно-геологические свойства горных пород.

Нельзя, конечно, забывать и то, что прочность и характер структурных связей в каждом конкретном случае зависят от состояния горной породы. Хорошо известно, например, что прочность глин в сухом состоянии может достигать 100 кГ/см2, а во влажном состоянии глины представляют часто пластичную или даже текучую массу, легко деформирующуюся под действием собственного веса. Поэтому при инженерно-геологическом изучении горных пород наряду с определением их состава, возраста, генезиса необходимо учитывать состояние породы в каждый конкретный момент времени и прогнозировать ее свойства с учетом этого состояния.

В магматических, метаморфических и частично осадочных сцементированных породах широко развиты связи химической природы; в тонкодисперсных несцементированных породах связь между отдельными час типами осуществляется молекулярными и ионно-электростатическими взаимодействиями, получившими в инженерно-геологической литературе название водно-коллоидных связей. Кроме того, за последнее время появились данные, свидетельствующие о том, что в дисперсных несцементированных породах при определенных условиях могут возникать связи магнитного характера и связи за счет поверхностных электрических зарядов, возникающих на контакте минеральных частиц.

Химическая связь. Этот тип структурной связи по своей природе близок к внутрикристаллическим связям минералов. Он может возникать при непосредственном (истинном) контакте минеральных зерен друг с другом или при заполнении пространства между зернами прочным цементирующим веществом, которое скрепляется за счет химических связей с наружными плоскими сетками кристаллических решеток цементируемых зерен.

Химическая связь является наиболее прочным типом структурной связи. В ряде случаев (например, в кварцитах, кристаллических известняках) она не уступает по прочности внутрикристаллическим химическим связям. Поэтому линии скола в таких породах, образующиеся под действием нагрузок, могут проходить как по местам контактов минеральных зерен, так и по ним самим.

Химические структурные связи возникают различными способами. У магматических пород они появляются одновременно с образованием самих минеральных зерен — в процессе кристаллизации и затвердевания магматического расплава; у метаморфических пород — при перекристаллизации материнской породы; у осадочных пород — в результате инфильтрации растворов и выпадения из них солей или в результате осаждения в поровом пространстве коллоидного кремнезема или гидроокисей железа, их старения и кристаллизации на контактах между зернами.

Молекулярная и молекулярно-ионно-электростатическая связь. При сближении атомов или двух микроскопических тел на расстояния, при которых еще нет перекрытия волновых функций, между ними возможно взаимодействие благодаря молекулярным (ван-дер-ваальсовским) силам, которые являются универсальными. Они существуют всегда и проявляются не только между заряженными ионами, но и между нейтральными атомами, молекулами и твердыми телами. В последнем случае величина молекулярных взаимодействий возрастает с увеличением удельной поверхности системы. Характерной особенностью их является дальнодействие — они проявляются на относительно больших расстояниях, достигающих несколько тысяч ангстрем. По своей энергии они значительно уступают химическим связям. Несмотря на это, молекулярные силы могут играть важную роль в структурных связях между частицами в тонкодисперсных грунтах.

В сильно уплотненных, высушенных тонкодисперсных породах условия для проявления молекулярных структурных связей являются оптимальными. Поэтому глинистые грунты всегда имеют максимальную прочность в сухом состоянии. Но в природных условиях большинство дисперсных грунтов содержит то или иное количество воды. Структурные связи во влажных дисперсных грунтах носят значительно более сложный характер, поскольку там наряду с молекулярными силами притяжения появляются расклинивающие силы гидратных оболочек, направленные противоположно молекулярным силам, а также силы взаимодействия ионно-электростатического характера, связанные с возникновением электрического заряда у частиц и образованием диффузного слоя ионов вокруг них.

Стабилизационная структура возникает у тонкодисперсных грунтов при наличии на поверхности минеральных частиц активных гидрофильных стабилизаторов, препятствующих слипанию (коагуляции) частиц под влиянием сил молекулярного притяжения. Такими стабилизаторами могут быть двойной электрический слой частиц, одновалентные обменные катионы, повышающие диффузность ионного слоя, гидрофильные защитные пленки из органического вещества.

Стабилизационные структуры встречаются у пород, образующихся в щелочной среде и восстановительных условиях. В составе таких пород содержится, как правило, 1—2% органического вещества и малое количество электролитов (0,02—0,7%)- Обменный комплекс таких пород представлен Na+ (5—40% от емкости обмена) и Mg2+ (25—88%).

Примером пород со стабилизационными структурами могут быть послеледниковые глины Карелии, истинные плывуны, майкопские глины Предкавказья, частично неокомские нижнемеловые глины Поволжья, четвертичные отложения Каспийского моря, кембрийские глины Ленинграда, туронский мергель и другие.

В породах со стабилизационными структурами под влиянием процессов уплотнения и старения коллоидов (главным образом органического происхождения) со временем возникает некоторая связность между частицами. Однако при повторном взаимодействии с водой частицы вновь гидратируются, прочность их структурных связей самопроизвольно снижается.

Коагуляционная структура встречается в породах, содержащих До 1,5% электролитов. В этих условиях силы ионно-электростатического взаимодействия двойного электрического слоя частиц, препятствующие их сближению, снижаются, что приводит к так называемой структурной коагуляции, при которой происходит сцепление частиц по отдельным наименее гидратированный участкам их поверхности (чаще всего по углам и ребрам) с образованием сплошного рыхлого пространственного структурного каркаса во всем объеме породы. В порах структурного каркаса удерживается большое количество иммобилизированного раствора.

Примером пород с коагуляционными структурами могут быть морские высокодисперсные хвалынские глины Заволжья, в которых присутствие обменного Na+ подавляется наличием электролитов, а также юрские монтмориллонитовые киммериджские и оксфордские глины.

Пластифицированно-коагуляционная структура образуется также в условиях коагуляционного структурообразования, но в присутствии пластифицирующих органических соединений (более 0,7%) и часто карбонатов кальция (до 50%), в восстановительных и переходных восстановительно-окислительных условиях. Концентрация электролитов у них колеблется от 4—10 до 0,3—0,8%.

К породам с этой структурой относятся: туронский глинистый мел, черноморские илы, некоторые горизонты отложений Каспийского моря, спондиловые глины, некоторые озерные глины, выветрелые разности юрских глин и т. д.

Структурные связи у смешанной коагуляционно-кристаллизационной (коагуляционно-цементационной) структуры обусловлены наряду с молекулярно-ионно-электростатическими взаимодействиями силами химической природы и поэтому отличаются значительно большей прочностью и хрупкостью, чем у рассмотренных выше структур. Прочные химические связи в них возникают на контактах между зернами при кристаллизации гипса, карбонатов,кремнезема и т. д.

Породы со смешанной коагуляционно-кристаллизационной структурой представлены лёссами (сцементированы CaCO3, MgCO3 и CaSO4), кунгурскими и сантонскими мергелями (сцементированы SiO2, CaCO3, CaSO4), чистым мелом, юрскими аргиллитоподобными глинами (сцементированы SiO2 и CaCO3), сланцеватыми юрскими и нижнемеловыми глинами (сцементированы CaCO3 и CaSO4), покровными суглинками и т. д.

Связь магнитного характера. Как показали исследования Ю.Б.Осипова (1968), в тонкодисперсных системах наряду с молекулярными и молекулярно-ионно-электростатическими связями при определенных условиях возникают связи магнитного характера. Имеющиеся сейчас данные позволяют считать, что магнитные эффекты в тонкодисперсных системах связаны с наличием там ферромагнетиков, таких, как гематит, гетит, гидрогематит, которые встречаются на поверхности минералов в виде тонких (до 0,05—0,5 мк) пленок.

Такие ферромагнитные пленки обладают жесткими магнитными моментами, при этом вектор намагниченности пленки лежит в ее плоскости. При этом если магнитная пленка адсорбирована на базальной плоскости глинистой частицы, то весь агрегат (глинистая частица + пленка) начинает реагировать на магнитное поле как единое целое, т. е. частица ориентируется в поле базальной плоскостью (001). Это явление очень хорошо подтверждается экспериментально.

При наличии жесткого магнитного момента у частиц даже в условиях геомагнитного поля возможно возникновение коагуляционного эффекта между ними, т. е. связи магнитного характера.

ЛИТЕРАТУРА

1. Л.Д. Белый. Инженерная геология. – М.: Высшая школа, 1985г.

2. Bitclub.info

3. Б. И. Далматов. Механика грунтов, основания и фундаменты. Л.:

Стройиздат, 1988г.

4. ru.wikipedia.org

Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации