Отчего происходит цементация? От действия гравитационных сил (Ньютон) и от электрических сил. В масштабе частиц силы Ньютона ничтожно малы, поэтому электрические силы лежат в основе процесса цементации (действуют на чрезвычайно малом расстоянии). На поверхности частиц, благодаря растворам солей, проявляются электростатические силы (ионы, катионы и анионы).
Цементация – процесс электростатического взаимодействия частиц, который сопровождается участием ионов растворённых в воде частиц. Происходит различно:
- коллоидно-химический тип (как магнит),
- два вещества перестраивают свои кристаллические решётки и создают единую непрерывную цепь атомов, называемую кристаллизационно-цементационными связями.
Морская вода – промежуточный тип связи, когда есть стремление к упорядочению, т.е. к положению с минимумом потенциальной энергии.
Основные типы грунтов и особенности строения грунтовых толщ.
1. Строители делят грунты на скальные и нескальные. Деление условное – как взбалтывать. Есть породы, которые в сухом состоянии подобны камню, например глинистый сланец. В СНиПе есть формльное определение полускальной породы: это такая порода, которая в отсутствии воды представляет собой типичную скальную породу, а при воздействии воды либо распадается, либо растворяется (гипс).
2. Все нескальные грунты всегда осадочного происхождения. Все магматические и метаморфические – скальные. Все нескальные породы образовались из скальных в результате выветривания. Элювием в генетическом отношении называют всякий нескальный и неперемещённый грунт (иногда неплохой).
Какой грунт элювий? Надо исследовать на сжимаемость и прочность.
Грунты, которые откладываются на новом месте, называются перемещёнными . Они рыхлые и слабые на большие глубины. Они наиболее плохие. И среди перемещённых грунтов самые неприятные – органические грунты. Чисто органические грунты образуются из остатков гниющих растений и животных (торф). Органические примеси, если их много, ухудшают свойства грунтов.
3. Если грунтовая толща однородна и изотропна, то уверенно применяют расчётные методы и гораздо больше доверия геологической разведке и лабораторным испытаниям. К сожалению, грунты редко бывают однородными. Самые однородные по составу – лёссы и окаменелые глины, но они боятся воды. На расстоянии 30 см свойства грунтов меняются в 1,5 – 2 раза. К неоднородности свойств добавляется геологическая неоднородность, положение границ, типы грунтов. Различают правильные параллельные и однородные грунты в пределах границ и беспорядочные отложения. В этом случае расчёты мало чего стоят и чрезвычайно неточные данные геологии, разведка и испытания не вносят ясность. В этом случае успехи механики грунтов и геологии остановились как перед барьером. Такие профили образуются когда река меандрирует. Метод оценки таких профилей предложил К.Терцаги: это пенетрация: когда сопротивление грунта забивке определяется отказом.
Основные строительные категории грунтов.
1. Крупнообломочные трудно разрабатывать, цементация невозможна, сваи не идут.
2. Песчаные. Песок (крупный и мелкий): как объект производства работ и с точки зрения основания. Песок в откосе котлована – главным образом песок водонасыщенный. Вода стремится вытечь и оказывает на песок гидродинамическое действие. Если песок рыхлый и мелкий, то он течёт вместе с водой, следовательно инженеру надо знать крупность и плотность песка. С точки зрения забивки свай: если песок рыхлый, то идёт уплотнение окружающего грунта; если песок плотный, то свая ломается, т.к. встречает песок, идущий снизу. Сваи можно забивать только в рыхлые пески.
3. Пылеватые и глинистые грунты (глины, суглинки и супеси).
4. Пылеватые и глинистые грунты, прошедшие стадию раннего метаморфизма (алевролит – пылеватый, аргиллит – плотная, сцементированная кремнезёмом твёрдая глинистая порода, нет пластичности).
5. Ил – нет термина для грунтового основания. В СНиПе илом называют свежевыпавший глинистый осадок с влажностью выше предела текучести.
6. Торф – чрезвычайно сжимается, приблизительно в 2 раза. При низких напряжениях обладает большой упругостью. Способ выторфовывания – на торф отсыпают насыпь, потом бурят скважины и взрывают – торф выжимается.
7. Лёссы и лессовидные суглинки. Крупнопористый грунт из мелких пылеватых частиц. Типы цемента: глинистый и карбонатный. Просадка – отличается от осадки тем, что идёт катастрофически быстро.
8. Деградированный лёсс – т.е. лёсс, потерявший свою макропористую структуру (пылеватый суглинок).
9. Окаменелые глины – известковистые глины (мергели), сверхплотные глины (аргиллит).
10. Ленточные глины – характерны для северных районов (С.-Петербург, Новгород, Вологда). Имеют характерную структуру.
Основы гидрогеологии.
Вода – один из самых сложных и до конца не изученных минералов. Классификация (по условиям залегания, питания, напорам. видам движения, химическому составу), закон движения подземных вод, коэффициент фильтрации(скорость прохождения воды через породу при гидравлическом уклоне равном единице) , требования к питьевой и промышленной воде, агрессивность к бетону(сульфатная агрессия) и металлу.
Поскольку решения механики грунтов неточные, приходится прибегать к качественной оценке, исходя из того, что нам известно об истории происхождения и формирования грунтовых оснований. Геологи работают сдельно (от глубины и прочности грунтов).
Вывод следующий.
Для характеристики инженерно-геологических условий строительства важно чётко определить геологическое задание. Должны быть освещены:
1) Строение верхней части грунтовой толщи, участвующей, так или иначе, в работе сооружения.. Грунтовая толща имеет два слоя: прорезаемый фундаментом и подстилающий фундамент (активная толща). Прорезаемая толща определяет собой условия производства работ, устойчивость против размыва и устойчивость против выпирания, т.к. является пригрузкой основания. Подстилающий слой (активная толща) или собственно основание, определяет собой осадку сооружения и своей прочностью лимитирует предельную нагрузку на основание или несущую способность. Существует правило – сжимаемая толща примерно равна двойной ширине фундамента. Глубина бурения назначается из максимально возможного и из предыдущего опыта, примерно 2,5 – 3 ширины фундамента.
2) Типы и строительные свойства грунтов, входящих в активную толщу.
3) Грунтовые воды активной толщи (сульфатная агрессия).
4) Тектоническая характеристика (балльность землетрясения) и современные геологические процессы в районе строительства (оползни, болота, карстовые явления и др.).
Кроме того, обычно попутно освещаются при изысканиях такие вопросы, как: климат, рельеф местности, характер поверхностного стока, т.к. от этого существенно зависит организация работ (управление строительством).
2. Анализ результатов инженерно-геологических исследований даёт возможность рекомендовать тип фундамента и возможную глубину его заложения.
Словарь понятий и терминов
Геологические термины и понятия описаны кратко, включают только общее значение и не претендуют на полноту характеристики.
АБРАЗИЯ – процесс механического разрушения волнами и течениями коренных пород. Проявляется особенно интенсивно у берега под действием прибоя.
ГЕОХРОНОЛОГИЯ – измерение геол. времени. Абсолютная - устанавливает геологическое время в астрономических единицах; относительная – устанавливает только последовательность геологических событий.
АККУМУЛЯЦИЯ – накопление на поверхности суши или на дне водного бассейна минеральных веществ или органических остатков. Процесс противоположен денудации.
АЛЕВРИТ – рыхлая пылеватая осадочная порода, состоящая преимущественно из кварца, полевого шпата, слюды.
АЛЕВРОЛИТ – сцементированная осадочная порода, сложенная более чем наполовину частицами алевритовой размерности (0,01 – 0,1мм).
АЛЛЛЮВИЙ – отложения постоянных водных потоков в речных долинах. В зависимости от гидрологического режима реки и состава размываемых пород имеет различные структурно-текстурные особенности.
АМОРФНОСТЬ – состояние твердого вещества с беспорядочным расположением частиц (молекул, атомов, ионов). Понятие противоположное
кристаллическому состоянию.
АНИЗОТРОПИЯ – характерна для слоистых пород. Различные физические свойства пород и минералов по разным направлениям.
АНИОН – ион, несущий отрицательный электрический заряд и при электролизе идущий к аноду (положительно заряженному электроду).
АНТИКЛИНАЛЬ – выпуклый изгиб последовательно расположенных пород, при котором внутренняя часть (ядро) сложена более древними породами.
АНТРАЦИТ – каменный уголь наиболее высокой степени метаморфизма.
АРГИЛЛИТ – камнеподобная глинистая порода. Образуется в результате уплотнения, дегидратации и цементации глин при диагенезе и эпигенезе.
АРХЕЙ – сокращенное название эры. Древнейшие породы представлены различными гнейсами и кристаллическими сланцами, иногда мраморами и кварцитами.
АФАНИТ – тонкозернистая порода, в которой отдельные минералы неразличимы невооруженным глазом.
АЭРОФОТОСЪЁМКА – фотографирование поверхности (моря и суши) с самолёта или вертолёта специальными камерами.
АЭРОЭЛЕКТРОРАЗВЕДКА – геофизический метод разведки, основанный на зависимости напряженности и поляризации электромагнитных полей от электрических свойств горных пород.
БАЗИС ЭРОЗИИ – поверхность, ниже которой водный поток не может углубить свое ложе.
БАЛЛЬНОСТЬ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ – интенсивность землетрясения, выраженная в баллах.
БАРХАН – подвижная песчаная форма рельефа пустынь и полупустынь, поперечная к направлению ветра.