глинистые частицы имеют форму

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Глинистые частицы

Глинистые частицы имеют пластинчатую форму, между которыми при смачивании образуются тонкие слои воды, вызывая набухание частиц и способность их к скольжению относительно друг друга без потери связности. Поэтому глина, смешанная с водой, дает легко формуемую пластичную массу. При сушке глиняное тесто теряет воду и уменьшается по объему. Этот процесс называется воздушной усадкой. [1]

Глинистые частицы можно рассматривать как своего рода ам-фотерные соединения, включающие кислый ( Si02) и основной ( Ме203) компоненты. Как показано в работах [35, 36], с уменьшением размеров частиц это соотношение уменьшается. [2]

Глинистые частицы имеют вид плоских чешуйчатых пластинок. [7]

Глинистые частицы меньше 0 1 мм выносятся наружу. [8]

Глинистые частицы имеют форму чешуек или пластинок. [9]

Глинистые частицы чешуйчатой или листоватой формы под давлением ориентируются параллельно наиболее развитой поверхности ( 001), вследствие чего могут плотно прилегать друг к другу и давать агрегаты с ничтожной пористостью. Глинистые и слюдистые частицы обладают также способностью к пластическим деформациям. Последние хорошо проявляются в смешанных песчано-глини-стых породах: глинистые и слюдистые минералы деформируются между жесткими кварцевыми песчинками. [10]

Глинистые частицы в сухом виде электронейтральны, так как в них анионы алюмосиликат-ного ядра полностью компенсируются положительными ионами. В водной среде ( с большой диэлектрической постоянной) связь катионов с алюмосиликатным ядром ослабляется, и они легко диссоциируют от поверхности ча-стиц. В результате этого образуется двойной электрический слой, в котором происходит ряд обменных реакций. Схематическое строение двойного электрического слоя для глинистых частиц показано на рис. 1.20. Непосредственно на поверхности глинистых частиц концентрируются гидроксильные ионы, которые заряжают частицу отрицательно, а положительную обкладку составляют ионы водорода. [15]

Источник

Пылевато-глинистые грунты: глинистые грунты в строительстве

Пылевато-глинистые грунты — это связные минеральные грунты, состоящие из глинистых частиц (размером менее 0,005мм), пылеватых частиц (размером от 0,05мм до 0,005мм) и песчаных частиц разных размеров. Все эти частицы, благодаря мельчайшим размерам, имеют большую площадь соприкосновения друг с другом и очень маленькие поры.

У пылевато-глинистых грунтов поры между частицами настолько малы, что достаточно незначительных капиллярных сил притяжения между частицами глины и воды, чтобы связывать их. Эти силы вместе с пластичностью глинистых частиц обеспечивают пластичность всего глинистого грунта. Чем больше в составе грунта будет глинистых частиц, тем он будет пластичней.

Пылевато-глинистые грунты

К пылевато-глинистым грунтам относят:

Супесь – это глинистый грунт, который содержит от 5 до 10 % глинистых частиц (размером менее 0,005 мм), оставшуюся часть занимают песчаные и пылеватые частицы.

Суглинок – это глинистый грунт, который содержит от 10 до 30 процентов глинистых частиц.

Глина – это грунт, который содержит более 30% глинистых частиц.

Лессовые грунты выделены в самостоятельный тип пылевато-глинистых грунтов по причине обладания ими специфически неблагоприятных свойств. Характеризуются наличием большого количества пылеватых частиц размером 0,05-0,005мм (более 50%), макропористой структуры и присутствием солей (карбонат кальция). Это просадочные грунты: при замачивании дают просадку не только под действием внешних нагрузок, но и от собственного веса. Подразделяются по числу пластичности на супеси, суглинки и глины.

Ил – водонасыщенный современный осадок водоемов, влажность которого превышает влажность на границе текучести и имеющий коэффициент пористости e>0,9. Существуют следующие виды илов (в зависимости от коэффициента пористости е:

— супесчаный ил – е ≥ 0,9;

— суглинистый ил – е ≥ 1;

— глинистый ил – е ≥ 1,5

Для того, чтобы лучше понять, какие частицы, каких размеров и наименований входят в состав того или иного грунта, предлагается следующая таблица:

Название фракций

Характеристика фракций по величине

Размер фракцийВалуныКрупныеБолее 800КамниСредние400 — 800Мелкие200 — 400Булыжник—100 — 200Галька или щебеньКрупные60-100Мелкие40-60ГравийОчень крупные20-40Крупные10-20Средние4-10Мелкие2-4 Песчаные частицыОчень крупные1-2Крупные0,5-1Средние0,25-0,5Мелкие0,1-0,25Тонкие0,05-0,1Пылеватые частицы (пыль, ил)Крупные0,01-0,05Мелкие0,005-0,01Глинистые частицыГрубые 0,001-0,005Тонкие Менее 0,001

Как самостоятельно взять пробу грунта на участке

Для того, чтобы определиться перед строительством малоэтажного дома, какой же фундамент под ним заложить, необходимо прежде всего исследовать грунт на участке строительства. Образцы грунта вначале нужно извлечь из земли, то есть, произвести пробное бурение, желательно в период наибольшего увлажнения грунта.

Для этого обыкновенным садовым буром, наименее нарушающим структуру грунта или мотобуром роют шурфы глубиной 2-2,5м (но не менее глубины промерзания грунта плюс 600мм) в количестве не меньше двух, а ещё лучше четырех-пяти, на каждый угол дома и один в центре.

Через каждые 60-80 см бур вынимают, берут образцы грунта, раскладывают их в отдельные контейнеры и плотно закручивают, чтобы туда не попала влага. Перед этим чертят вертикальный разрез шурфа с разметкой через 60-80 см и записывают по отметкам результаты бурения.

Забуренные шурфы накрывают пленкой так, чтобы туда не попал дождь и оставляют на 5-6 дней. Затем шурфы открывают и проверяют, не показалась ли там вода. Причиной появившейся воды могут быть и грунтовые воды и верховодка. Если воды нет, то можно обойтись без дополнительных мер по дренированию, а затем и укреплению грунта.

А далее с пробами грунта производят манипуляции, соответствующие способу определения его состава.

Определить состав грунта и его характеристики можно как по физическим характеристикам (по результатам лабораторных испытаний), так и самостоятельно, без специального лабораторного оборудования.

Для чего нужно знать, какими физическими характеристиками обладают пылевато-глинистые грунты?

Проектирование фундамента любого здания и сооружения имеет одну очень важную особенность, отличающую его от проектирования других конструкций и элементов, а именно: грунты основания, как правило, не выбирают, а значит, фундаменты должны быть приспособлены к геологическим и грунтовым условиям данной строительной площадки.

Значит, задача строителей заложить такой фундамент, чтобы грунт смог выдержать вес дома, включая собственный вес фундамента.

В многоэтажном строительстве все относительно просто, так как там большие нагрузки от всего здания и главное – это заложить такую подошву фундамента, (чаще всего ленточного), чтобы она перераспределяла нагрузку от здания, и эта нагрузка не превышала расчетного сопротивления грунта основания. То есть не превышала способности грунта сопротивляться нагрузке.

В малоэтажном строительстве все гораздо сложней из-за сравнительно малого веса здания. Здесь уже угроза дому не в том, что грунт не сможет выдержать его вес, а наоборот, в том, что грунт может вытолкнуть дом на поверхность, так как его выталкивающая сила гораздо больше пригружающей нагрузки от элементов дома.

И если в многоэтажном строительстве основная характеристика грунта, на которые обращают внимание, это его расчетное сопротивление, то в малоэтажном строительстве, кроме этого, очень важную роль играет, насколько грунты подвержены морозному пучению (степень пучинистости грунта), уровень залегания грунтовых вод, однородность грунтов и степень их насыщения водой.

То есть, в малоэтажном строительстве при проектировании фундаментов важно учитывать и расчетное сопротивление грунта, особенно если грунт слабый, и его степень пучинистости.

Пылевато-глинистые грунты очень склонны к пучению. Причем, чем больше содержание пылеватых и глиняных частиц в составе глинистого грунта, тем больше воды он может связать, удержать в себе, и тем больше его пучинистость. Что касается несущей способности глинистых грунтов, то она находится в диапазоне от 1,0 кг/см² у мягкопластичных глины и суглинка до 6,0 кг/см² у твердой глины.

Типы глинистых грунтов в зависимости от числа пластичности J _p

Пластичность — это способность грунта изменять свою форму (деформироваться) под воздействием внешних нагрузок, но после прекращения этого воздействия — сохранять приданную ему форму. Обладают такой способностью (при определенной влажности) исключительно пылевато-глинистые грунты. У песков такая способность практически отсутствует, так как число пластичности у них приближается к нулю.

Глины легко размокают, распускаются в воде на отдельные частицы, образуя при этом (в зависимости от количества воды) или вязкую взвесь (муть), с мельчайшими частицами глины во взвешенном состоянии, или пластичное тесто, которое не только после высыхания сохраняет приданную ему форму, но и приобретает твердость камня после обжига.

Число пластичности также характеризует способность грунтов (связных, пластичных) удерживать воду.

В зависимости от числа пластичности J _p глинистые грунты классифицируются на:

Супеси — 0,01 ≤ J _p ≤ 0,07;

Суглинки — 0,07 _p ≤ 0,17;

Глины — J _p > 0,17

ω _L — влажность на границе текучести или граничная влажность между текучим и пластичным состоянием грунта;

ω _p – влажность на границе раскатывания или граничная влажность между пластичным и полутвердым состоянием грунта.

Число пластичности вычисляется как разность значений влажностей глинистого грунта на границе текучести и на границе раскатывания (верхнем и нижнем пределах пластичности). То есть, это то количество воды в процентном отношении, которого не хватает, чтобы грунт из пластичного состояния перешел в текучее.

Таким образом, если J _{p p} > 0,01, то грунт связный, глинистый – супесь, суглинок или глина.

Классификация глинистых грунтов по гранулометрическому составу и числу пластичности J _p

Подробная классификация глинистых грунтов в зависимости от числа пластичности J _p и гранулометрического состава:

Разновидность глинистых грунтов	Число пластичности Jp	Содержание песчаных частиц (2—0,05 мм), % по массе
Супесь:
– песчанистая	0,01 ≤ Jp ≤ 0,07	≥50
– пылеватая	0,01 ≤ Jp ≤ 0,07
Суглинок:
– легкий песчанистый	0,07	≥ 40
– легкий пылеватый	0,07
– тяжелый песчанистый	0,12	≥ 40
– тяжелый пылеватый	0,12
Глина:
– легкая песчанистая	0,17	≥ 40
– легкая пылеватая	0,17
– тяжелая	Jp> 0,27	Не регламентируется

Пластичность изменяется в зависимости от влажности: верхний предел пластичности — при максимальной влажности; нижний — при минимальной.

Типы глинистых грунтов в зависимости от показателя текучести J _L

Глинистые грунты в свою очередь различаются по состоянию (консистенции), характеризуемой показателем текучести J _L

Супеси
– твердые	JL
– пластичные	0 ≤ JL ≤ 1
– текучие	JL > 1
Суглинки и глины
– твердые	JL
– полутвердые (твердопластичные)	0 ≤ JL ≤ 0,25
– тугопластичные	0,25
– мягкопластичные	0,5
– текучепластичные	0,75
– текучие	JL > 1

J _L = (ω – ω _p )/(ω _L – ω _p )=(ω – ω _p )/J _p

ω – природная влажность грунта;

ω _p – влажность на границе раскатывания;

ω _L — влажность на границе текучести.

Суглинки и глины полутвердые, тугопластичные, мягкопластичные и текучепластичные составляют группу пластичных глинистых грунтов.

Суглинки и глины твердые, полутвердые и тугопластичные – прочные грунты, пригодные для строительства.

Суглинки и глины текучепластичные и текучие – грунты не прочные, для строительства не годятся.

Как определить показатель текучести J _L глинистых грунтов самостоятельно

Консистенция глинистых грунтов

Признаки

Супесь— твердаяJ _LПри ударе образец разбивается на куски. При сильном сжатии в ладони рассыпается на мелкие частички, превращаясь в пыль.— пластичная0≤J _L ≤1Образец легко разминается в руках, после формовки сохраняет приданную форму. Ощущается влажность при сжатии в ладони; часто бывает липким.— текучаяJ_L>1Образец грунта не сохраняет приданную ему форму, растекается.Глины и суглинки— твердыеJ _L При ударе образец разбивается на куски. Совершенно сухой на ощупь. При сильном сжатии в ладони иногда рассыпается на мелкие частички, но раздробить образец сжатием в руке под силу только сильному физически человеку. Превращается в пыль при растирании. В образец можно с трудом вдавить ноготь, провести ногтем черту трудно.— полутвердые0 ≤ J _L ≤ 0,25Брусок на пробу можно вырезать только тонким острым ножом. Вырезанный брусок грунта ломается без изгиба. На поверхности излома видны шероховатые частички. Не формуется, не разминается. Крошится при растирании в ладони. Без особого усилия можно вдавить ноготь, но палец не вдавливается. Ударом образец разбивается на куски почти без пыли.— тугопластичные0,25 _L ≤0,5Брусок на пробу можно вырезать ножом с некоторым затруднением. На ощупь слегка влажный, но к коже практически не липнет. Вырезанный брусок грунта еще до излома заметно изгибается. Размять кусок грунта можно с заметным усилием. После разминания формуется, форму держит долго, неограниченное время. Палец вдавливается в образец лишь при сильном нажиме, только кончиком. На бумаге под собой оставляет влажное пятно.— мягкопластичные0,5 _L ≤0,75Брусок на пробу можно вырезать ножом без особого затруднения. На ощупь образец грунта влажный, липнет к коже. Кусок грунта не только легко разминается, но и сохраняет приданную ему форму. Палец вдавливается в образец на несколько сантиметров при незначительном нажиме. Легко формуется, форму держит до получаса и более. Полежав более 10 минут может медленно растекаться в лепешку, но языком не течет. На бумаге мокрое пятно пускает не сразу.— текучепластичные0,75 _L ≤1Брусок ножом отделить возможно, но с некоторым затруднением. На ощупь образец грунта очень влажный, липкий, пачкает кожу. Легко разминается в ладонях, формуется без предварительного разминания. Форму держит несколько минут, но без нагрузки. При сжатии в ладони немного выделяет воду. Полежав более 5 минут может медленно растекаться в лепешку, но языком не течет. На бумаге мокрое пятно пускает не сразу.— текучиеJ _L >1Брусок ножом отделить невозможно, надрез заплывает. На ощупь образец грунта очень сильно влажный. Приданную форму при формовании не сохраняет. Если поместить на наклонную плоскость, в течении 1-3 минут течет толстым слоем- языком. На бумаге немедленно пускает мокрое пятно.

Определение степени пучинистости глинистых грунтов

Так как в большинстве глинистые грунты содержат значительное количество пылеватых и глинистых частиц, то они хорошо связывают воду, насыщаются ею. Насыщенный водой грунт при замерзании зимой значительно расширяется, увеличивается в объеме, что приводит к его неравномерному поднятию, «вспучиванию».

Именно это явление и получило название «морозное пучение грунта«. Возникает оно, как правило, во влагонасыщенных и влажных пылеватых, мелкопесчаных и глинистых грунтах (супесях, суглинках, глинах).

К тому же, пылевато-глинистые грунты обладают так называемой «капиллярной активностью» – способностью подтягивать воду со значительных глубин на поверхность, которая очень зависит от количества пылеватых частиц в составе этих грунтов: чем больше пылеватых частиц, тем больше активность.

«Благодаря» капиллярному эффекту, глинистые и мелкопесчаные грунты способны подтягивать воду от уровня залегания грунтовых вод (УГВ) ближе к поверхности земли на следующие величины:

• глины – на 4 ÷ 5 метров;

• суглинки – на 2 ÷ 3,5 метра;

• супеси — на 1,5 – 2 метра

Именно эта способность подтягивать воду определяет степень пучинистости глинистых грунтов в зависимости от разницы уровня грунтовых вод и глубины промерзания грунтов (Z).

Z — разница между уровнем грунтовых вод и глубиной промерзания пылевато-глинистого грунта

Непучинистые грунты (относительное морозное пучение

Непучинистыми грунтами являются грунты, если разница уровня грунтовых вод и глубины промерзания грунтов Z составляет:

Слабопучинистые грунты (относительное морозное пучение от 1 до 4%)

Слабопучинистыми грунтами являются грунты, если разница уровня грунтовых вод и глубины промерзания грунтов Z составляет:

Среднепучинистые грунты (относительное морозное пучение от 4 до 7%)

Среднепучинистыми грунтами являются грунты, если разница уровня грунтовых вод и глубины промерзания грунтов Z составляет:

Сильнопучинистые грунты (относительное морозное пучение от 7 до 10%)

Сильнопучинистыми грунтами являются грунты, если разница уровня грунтовых вод и глубины промерзания грунтов Z составляет:

Но степень пучинистости глинистых грунтов зависит не только от глубины залегания подземных (грунтовых) вод, вернее, от разницы уровня грунтовых вод и глубины промерзания грунтов, но и от показателя текучести J _L глинистых грунтов. Вернее, показатель текучести глинистых грунтов напрямую зависит от их влажности, а значит, от уровня грунтовых вод.

Определение степени пучинистости глинистых грунтов по их физическим характеристикам

В том случае, если у застройщика на руках есть данные лабораторных испытаний образцов грунта, взятые с участка застройки, в которых расписаны гранулометрический (зерновой) состав, а также показатель текучести J _L пылевато-глинистых грунтов, то определить степень пучинистости пылевато-глинистого грунта можно по следующей таблице:

Степень пучинистости

Деформации пучения или относительное морозное пучение при глубине промерзания 1,5 метра

Виды грунтов

Глинистые при J_LСлабопучинистые0,01-0,035

Супесь легкая крупная маловлажная (пучение 1÷2%);

Супесь легкая крупная влажная (пучение 2÷4%);

Супесь пылеватая маловлажная;

Супесь легкая маловлажная;

Суглинок тяжелый пылеватый маловлажный;

Супесь легкая влажная и насыщенная водой;

Супесь тяжелая пылеватая маловлажная;

Суглинок легкий пылеватый маловлажный.

Сильнопучинистые>0,07

Глинистые при J_L > 0,5 (мягкопластичные и текучепластичные глины и суглинки и пластичные супеси);

С упесь пылеватая (влажная и насыщенная водой);

Супесь тяжелая пылеватая (влажная);

Суглинок легкий пылеватый (влажный);

Суглинок тяжелый пылеватый (влажный и насыщенный водой)

Суглинок легкий пылеватый (насыщенный водой);

Супесь тяжелая пылеватая (насыщенная водой)

Зависимость степени пучинистости глинистых грунтов от показателя текучести, глубины промерзания и уровня залегания грунтовых вод (УГВ)

Степень пучинистости грунта

Расстояние Z, мПоказатель текучести J_LОтносительное морозное пучение, %ГлинаСуглинокСупесьНепучинистыйZ>3Z>2,5Z>1,5J_L≤ 1Слабопучинистый21,510≤J_L≤0,251 ÷ 4Среднепучинистый1,510,750,254 ÷ 7СильнопучинистыйZ≤1,5Z≤1ZJ_L>0,57 ÷ 10

Z — разность между уровнем грунтовых вод (УГВ) и глубиной промерзания грунта.

Классификация пылевато-глинистых грунтов по степени влажности S _r

Влажность грунта — количество воды, содержащееся в порах грунта, выраженное в % от массы сухого грунта. Это свойство грунта, обусловленное наличием в нем воды различных категорий.

Свойства всех разновидностей грунтов в сильной степени зависят от содержания в них воды.

Классификация грунтов по степени влажности S_r (степени заполнения пор грунта водой):

Названия грунтов	Степень влажности
Маловлажные (маловодонасыщенные)	0 r ≤ 0,5
Влажные (средневодонасыщенные)	0,5 r ≤ 0,8
Насыщенный водой	0,8 r ≤ 1

S _r = ω х ρ _з / e х ρ _о

ω – природная влажность грунта;

ρ _з – плотность частиц грунта;

ρ _о – плотность воды = 1 г/см³;

e – коэффициент пористости грунта.

Пористость глинистых грунтов

Показатель пористости грунта считается одной из его важнейших характеристик. Он входит в число основных свойств физического и механического типа, который должен определяться в лаборатории.

Коэффициент пористости грунта – одна из тех характеристик грунта, вычисление которых обязательно на этапе подготовки к строительству.

Пористостью грунта называют показатель наличия в нем мелких пустот (пор). В грунтовой лаборатории вычисляют коэффициент пористостости – соотношение между объемом пустот и объемом твердой фазы образца грунта.

Однако, так как пылевато-глинистые грунты обладают значительной связностью, не существует способов непосредственного лабораторного определения пористости. Для ее расчета обычно используется зависимость, связывающая ее с плотностью частиц грунта ρ_s и плотностью сухого грунта ρ_d.

e – отношение объема пор в грунте к объему твердой фазы грунта;

ρ _s – плотность частиц грунта, г/см³;

ρ _d – плотность сухого (скелет) грунта, г/см³.

Значение ρ _s для пылевато-глинистых грунтов:

Пористость напрямую связана с другими характеристиками грунта. Так, расчетное сопротивление глинистых грунтов (показатель несущей способности) обратно пропорционально его пористости.

То есть, с увеличением коэффициента пористости происходит уменьшение несущей способности пылевато-глинистого грунта. Причина этого в том, что коэффициент пористости е говорит о плотности укладки зерен грунта. Чем меньшее е, тем плотнее и прочнее грунт.

Также коэффициент пористости связан с водопроницаемостью (коэффициентом фильтрации) различных типов грунтов, который рассчитывается после полного наполнения пор водой.

Если для песчаных грунтов характерна относительно невысокая пористостость (от 30 до 40%), и поэтому они отлично пропускают воду, то у глинистых грунтов пористость большая – до 70%, что характеризует их практическую водонепроницаемость. Происходит это потому, что в порах пылевато-глинистых грунтов большая часть воды находится в связном состоянии с глинистыми и пылеватыми частицами грунта.

Водопроницаемость глинистых грунтов

Водопроницаемость грунтов — это их способность пропускать через свои поры воду, фильтровать ее. Пылевато-глинистые грунты обладают самой низкой водопроницаемостью из всех грунтов, несмотря на большую пористость. Происходит это потому, что в порах большая часть воды находится в связном состоянии с глинистыми и пылеватыми частицами грунта. Практически, пылевато-глинистые грунты относят к водонепроницаемым грунтам.

Показателем водопроницаемости грунтов служит коэффициент фильтрации.

Наименование грунта	Коэффициент фильтрации
	см/сек	м/сут
Галечник промытый	0,1 и выше	80 и выше
Галечник с песком	0,1-0,2	80-17
Песок крупнозернистый	0,05-0,01	40-8
Песок мелкозернистый и супесь рыхлая	0,005-0,001	4-0,8
Пески глинистые	0,002-0,0001	1,5-0,08
Супесь плотная	0,0005-0,0001	0,4-0,08
Суглинок	0,0001 и ниже	0,08 и ниже
Глина	0,000001 и ниже	0,0008 и ниже

Расчетное сопротивление глинистых грунтов R, кг/см²

Тип
глинистого грунта

Коэффициент
пористости

Источник