Структурные связи механической природы

Характерны для крупнообломочных пород: пески и более крупные. Присутствует чисто механическое зацепление за счет неровности поверхности зерен. Величина зацепления повышается с крупностью, неоднородностью минерального состава и угловатостью.

Контактные взаимодействия.

Прочность любой гп определяется функцией 2 параметров – прочности единичного компонента и количества контактов на единицу площади поверхности разрушения.

Прочность единичных контактов зависит от сил, действующих на контакты.

По своей природе в гп можно выделить несколько основных типов контактов:

1. Фазовый

2. Цементационный

3. Коагуляционный

4. Переходный

5. Зацепления

Мелкозернистые породы более прочные при прочих равных условиях (одинаковом минеральном составе).

Структура грунтов.

Структура (по Заварицкому) применительно к изверженным породам – под структурой подразумеваются те особенности строения гп, которые обусловлены размерами, формой и взаимными отношениями составных частей пород (минералов, а также стекла). Текстура – ткань, соединение.

В иг в понятие структуры вводится новый признак – характер связи между структурными элементами грунта.

Характер связи между структурными элементами во многом зависит от размера частиц и определяет особенности их поведения. Таким образом, в грунтоведении по Сергееву:

Под структурой грунта понимается размер, форма, характер поверхности, количественное соотношение и его элементов (отдельных зерен, частиц, агрегатов, стекла) и характер их взаимодействия друг с другом.

Один из основных структурных признаков – размер структурных элементов.

Крупнообломочные - n10 см

Песчаные, метаморфические, магматические – 0,01-n1 мм

Тонкодисперсные – n мкм

Кроме термина структура применяют термин – микро-, мезо- и макроструктура.

В грунтоведении также как в петрографии широко используется деление структур грунтов по особенностям структурных элементов – размеру, раскристаллизованности, отсортированности, морфологическим характеристикам и т.д.

Исходя из этого признака среди глубинных магматических пород выделяются полнокристаллические, равномерно зернистые, средне-, крупнозернистые или порфировидные неравномерно-зернистые структуры с мелко и среднезернистой основной массой.

Эффузивные породы обычно имеют скрытнокристаллическую или стекловатую (афанитовую структуру). Могут быть порфировидными с неполнокристаллической или стекловатой основной массой. Характерной особенностью метаморфических пород является их полнокристаллическая структура. Минеральные зерна уплощены и хорошо ориентированы в одном направлении, поэтому все структуры метаморфических пород относят к числу кристаллобластических, а по соотношению размеров слагающих элементов структуры подразделяются на однородные и неоднородные (порфиробластовые).

Структуры осадочных сцементированных пород определяются размером и формой слагающих их обломков.

Подразделяется на

псефитовые – крупнообломочные

псаммитовы – среднеобломочные (песчаные)

алевритовые – пылеватые

пелитовые – тонкообломочные или глинистые

Исключительно большое значение при описании обломочных структур имеет описание цемента: состав, тип, строение, взаимоотношение с обломочными частицами.

Различают несколько типов цемента:

1. Базальный

2. Поровый

3. Контактный

Большое разнообразие структур у обломочных несцементированных пород (учитывается размер, форма, количественное соотношение).

Среди крупнообломочных выделяются валунные или каменистые (в зависимости от окатанности), галечниковые или щебнистые, гравийные или дресвяные структуры.

Структуры глинистых и лессовых пород определяются взаимоотношением и характером взаимосвязи обломочных зерен (песчаные, пылеватые) и частиц глинистых минералов. А т.к. глинистые частицы находятся в агрегированном состоянии, то выделение структур глин и лессовых пород не совсем правильно (название для глинистых пород и глинистого минерала, происходит объединение терминов структура и текстура, т.к. отдельно выделить сложно).

Петрографический признак выделения структур в инженерной геологии не дает полного представления о структуре грунтов, т.к. не содержит характеристики структурных связей, а этот показатель является основным показателем структуры, поэтому в иг кроме петрографических структур проводится их подразделение по характеру структурных связей. В основу такого подразделения берется преобладающий тип контактов, который в целом и определяет характер структурных связей, а следовательно прочность, деформацию и т.д.

По характеру структурных связей выделяют:

- кристаллизационные структуры (большинство магматических, метаморфических пород, хемогенные кристаллические образования, известняки, соли, доломиты).

- цементационные (конденсационно-кристаллизационные). Осадочные сцементированные – конгломераты, песчаники, алевролиты, опоки, карбонатные глины (мергели, аргиллиты).

- коагуляционные - илы, почвы, торф.

- переходные – среднелитифицированные глины, лессы, некоторые разновидности почв.

- смешанные структуры (характерны для пород, у которых одновременно существуют контакты нескольких типов – сильно литифицированные глины, мергели, мел, диатомит, трепел).

- несвязная (сыпучая)структура – крупнообломочные и песчаные грунты.

Текстура грунтов.

Под текстурой по Заварицкому понимается расположение, распространение составных частей в пространстве.

Под текстурой в иг следует понимать совокупность признаков, характеризующих относительное рпсположение и распределение структурных элементов грунта в пространстве. При микроскопическом описании (особенно тонкодисперсных пород)бывает трудно разделить их строение и текстурные особенности.

Типичный структурно-текстурный признак несет понятие пористость, который зависит как от размера и формы структурных элементов, так и от их пространственного расположения.

При микроскопических описаниях тонкодисперсных пород стали применять термин «микростроение», который объединил структурные и текстурные особенности пород. Важнейшей структурно-текстурной характеристикой является их пустотность, которая характеризует степень заполнения объема грунта твердой компонентой. По своему характеру пустоты в гп могут быть поровыми и трещинными.

- Поровая пустотность.

Все грунты являются пористыми системами. Структурные элементы, слагающие грунты, при неплотном прилегании друг к другу образуют промежутки различной величины, суммарный объем которых характеризует ПП породы. ПП выражается с помощью показателей пористости и коэффициента пористости.

Пористость – отношение объема пор к всему объему грунта.

Коэффициент пористости – отношение объема пор к объему твердой части.

- плотность твердых частиц

- плотность скелета грунта - естественная структура

Пористость: открытая, закрытая, общая – изменяется от доли % до 80% у слаболитифицированных глин до 150% у торфа.

Наибольшей пористостью обладают тонкодисперсные нелитифицированные глины (до 80%), высокая пористость характерна для эффузивных пород(трахит, пемза). Минимальную пористость имеют не выветрелые интрузивные породы.

Знание общей пористости грунтов недостаточно, т.к. свойства зависят не только от ∑ объема пор, но и от размера, морфологии порового пространства.

По генетическим и морфологическим признакам выделяется несколько типов пористости пород:

Межкристаллическая (межзерновая)- пористость кристаллических пород(магматических, метаморфических, осадочных сцементированных).

Межгранулярная – характерна для песчаных и крупнообломочных пород.

Внутригранулярная – пористость минеральных составляющих.

Межагрегатная – существует между агрегатами минеральных зерен (глинистые грунты).

Внутриагрегатная – пористость внутри микроагрегатов.

Выщелачивания – кавернозность, ноздреватость гипсов, доломитов, известняков.

Пузырчатая – эффузивные породы.

Все поры по размеру подразделяются:

>1 мм - макропоры.

1-0,01 мм – мезопоры.

0,01-0,001 мм – микропоры, глинистые, биогенные и др.

<0,001 – ультракапиллярные