Грунты как дисперсные системы.

Грунты – дисперсные (раздробленные) системы, являющиеся продуктами механического, химического, физико-механического и биологического процессов выветривания в земной коре.

В условиях естественного залегания они представляют собой сложную систему твердых, жидких и газообразных компонентов. Во всех грунтах, кроме скальных, твердые частицы представляют собой систему минеральных зерен величиной от нескольких сантиметров до мельчайших частиц с размерами в сотые и тысячные доли мм. Они состоят из первичных (кварц, полевые шпаты, слюды, магниево-железистые соли, кремниевые кислоты, кальцит, доломит и др.) и вторичных минералов (каолинит, монтмориллонит, окислы и гидроокислы алюминия и железа, кремнезем и др.), а также из органической части (гумуса, торфа, иловатых частиц и др.).

Дисперсные системы - это системы, состоящие из двух или более веществ, распределённых друг в друге.

Степень дисперсности грунтов зависит от условий образования их минералогического состава. Чем тоньше измельчено вещество, тем выше его суммарная поверхность, а следовательно, тем значительнее развиты явления взаимодействия на поверхностях раздела твердой, жидкой и газообразной фаз.

В грунтах всегда содержится некоторое количество воды, целиком или частично заполняющей трещины и поры между частицами. Состояние влаги в грунте может быть твердым (лед), жидким (вода) и газообразным (пар). Вся влага, в любом состоянии, находится в постоянном физическом и химическом взаимодействии с частицами грунта.

Структура природных грунтов характеризуется формой, величиной и взаимным расположением отдельных минеральных частиц. Структура грунтов формируется в процессе отложения или образования минеральных частиц и в процессе их дальнейшего существования.

Взаиморасположение структурных агрегатов в массиве грунтов обусловливает текстуру грунтов. Различают следующие основные текстуры грунтов:

· сыпучая, свойственная пескам эолового происхождения, элювиальным обломочным образованиям;

· слоистая, характерная для грунтов водного происхождения, например, озерно-ледниковых отложений, речных и морских песков, сланцеватых пород (подвергшихся метаморфизму);

· слоистая, присущая ледниковым отложениям, лессам;

· слитная, присущая древним морским отложениям

8. Характеристика грунтовых фаз (элементов грунтов). Есть в лекциях.

Твердая компонента. С физичес­кой точки зрения компоненты грунта, находя­щиеся в твердом состоянии характеризуются ста­бильностью формы и определенным характе­ром теплового движения атомов. Выделяется два типа состояний твердой ком­поненты грунтов: кристаллическое и аморфное.

Прочностные и деформационные свойства грунта зависят от прочности составляющих его твердых компонентов и характера связи между ними.

• По характеру связей в твердых компонентах выделяется пять типов связей:
• Ковалентный ( Высокая твердость, слабая электропроводность)
• Ионный (Растворимость, малая электропроводность )
• Металлический (Высокая электропроводность )
• Водородный ( Склонность к полимеризации )
• Молекулярный ( Низкие точки плавления и кипения, сжимаемость )

Жидкая компонента -важнейшая составная часть большинства грунтов. Ее формирование в грунтах может происходить как естественным, так и ис­кусственным путем. По составу жидкости можно разделить на неорганические, органические и смешанные, включая и эмульсии.

Среди неорганических жидкостей в грунтах наибольшее значение имеет вода - одно из самых распространенных веществ на Земле. Почти 70,8% пло­щади земной поверхности покрыто водой.

Вода всегда содержит те или иные растворенные неорганические или орга­нические вещества. Поэтому воду в грунтах необходимо рассматривать как соответствующие водные растворы. Для инженерно-геологических исследова­ний целесообразно выделять водные растворы электролитов и неэлектроли­тов.

Органические жидкости в грунтах -жидкие углеводороды (керосин, бен­зин и др.), смолы и битумы - формируются искусственным (техногенным) путем как в результате целенаправленной деятельности (например, в ходе технической мелиорации грунтов при их закреплении смолами), так и некон­тролируемо (в результате утечек, аварийных выбросов, аварий и др.).

Смеси жидкостей в грунтах представлены в основном нефтями, являющи­мися ценными природными полезными ископаемыми, сложными смесями.

Эмульсии представляют собой смеси двух и более несмешивающихся жид­костей, это своеобразные дисперсные системы с жидкой дисперсионной сре­дой и жидкой дисперсной фазой. В грунтах наиболее распространены водо­нефтяные эмульсии, формирующиеся на контакте нефти и водоносных гори­ зонтов.

Газы в грунтах по условиям и особенностям генезиса могут быть природ­ного и антропогенного (техногенного) происхождения.

9. Твердые минеральные частицы в грунтах.
Твердая компонента. С физичес­кой точки зрения компоненты грунта, находя­щиеся в твердом состоянии характеризуются ста­бильностью формы и определенным характе­ром теплового движения атомов. Выделяется два типа состояний твердой ком­поненты грунтов: кристаллическое и аморфное.

Прочностные и деформационные свойства грунта зависят от прочности составляющих его твердых компонентов и характера связи между ними.

• По характеру связей в твердых компонентах выделяется пять типов связей:
• Ковалентный ( Высокая твердость, слабая электропроводность)
• Ионный (Растворимость, малая электропроводность )
• Металлический (Высокая электропроводность )
• Водородный ( Склонность к полимеризации )
• Молекулярный ( Низкие точки плавления и кипения, сжимаемость )

Природные силикаты, класс наиболее распространенных минералов; это химические соединения с комплексным кремне­ кислородным радикалом и преобладающими ковалентными связями.

Наряду с природными силикатами состав многих техногенных грунтов формируется и искусственными силикатами, которые создаются человеком сознательно или нецеленаправленно в процессе хозяйственной деятельности

Глинистые минералы — это гидратированные слоистые и слоисто-лен­точные силикаты, образующиеся преимущественно в процессе химического выветривания или гидролиза горных пород, а также гидротермальным путем, отличающиеся от прочих слоистых силикатов высокой дисперсностью и гидрофильностью, что обусловливает их специ­фические физико-химические свойства - сорбцию и ионный обмен. Они са­мые распространенные и исключительно разнообразные породообразующие минералы верхней части земной коры.

Сульфаты. Представляют собой ионные минералы - соли серной кислотв. Сульфа­ты щелочных металлов и водные сульфаты легко растворимы в воде и имеют специфический солоноватый, горько-соленый или вяжущий вкус. Формирование залежей сульфатов связано с процессами осадконакопле­ния в замкнутых морских бас­сейнах.

КАРБОНАТЫ. Представляют собой соли угольной кислоты. Для карбонатов характерна смешан­ная ионно-ковалентная связь. Наиболее распрос­траненными минералами среди кар­бонатов является кальцит.