Твердая часть грунта. Минеральный, химический и гранулометрический состав

Для характеристики твердой части грунта определяют его минеральный, химический и гранулометрический состав.

Минеральный (или минералогический) состав грунтов. Твердая часть грунтов состоит из первичных и вторичных минералов (частиц). Первичные, или породообразующие, минералы образуют скелет грунта. Вторичные минералы, образовавшиеся в результате различных физико-химических процессов, выполняют роль цементирующего вещества.

В некоторых грунтах, преимущественно глинистых, как в рассеянном виде, так и в форме концентрированных скоплений (торф и др.) могут содержаться органическое вещество и органоминеральные компоненты.

Твердые компоненты грунта могут быть представлены и льдом в виде мелких кристаллов, равномерно распределенных в грунте, или более или менее крупных линз (прослоев) (многолетнемерзлые грунты).

Химический состав грунтов является одной из важнейших характеристик, определяющих их свойства и состояние. Химический состав может быть определен с помощью валового (общего) химического анализа, который показывает содержание в грунте различных оксидов. В инженерно-геологических целях этот вид анализа применяется сравнительно редко. Значительно чаще для характеристики химического состава засоленных грунтов используют водные и солянокислые вытяжки. Эти анализы важны, так как присутствие в грунтах, например, легкорастворимых солей оказывает значительное влияние на их свойства.

Гранулометрический (зерновой, механический) состав показывает содержание в грунте твердых частиц того или иного размера, выраженное в процентах к массе абсолютно-сухого грунта.

Количественные соотношения и размер слагающих грунты элементов имеют огромное значение при оценке инженерно-геологических свойств грунтов.

Гранулометрический состав определяют только для крупнообломочных, песчаных и глинистых грунтов. Помимо классификационной характеристики данные о гранулометрическом составе используют для оценки пригодности грунтов в качестве материала для отсыпки дорожных насыпей, земляных плотин, составления оптимальных дорожных смесей грунта и др.

Большинство горных пород состоит из отдельных кристаллов, их обломков или агрегатов обломков и целых кристаллов. Все эти элементы горных пород или связаны друг с другом прочными кристаллизационными связями (магматические, метаморфические, часть осадочных пород), или же связи в породах отсутствуют (обломочные осадочные, вулканогенные породы). Размеры элементов слагающих горные породы, варьируют в значительных пределах – от тысячных долей миллиметра до нескольких десятков сантиметров.

Естественно, такой диапазон размеров не может не сказаться на формировании свойств грунтов. Например, зернистость магматических горных пород во многом определяет их прочность и устойчивость к выветриванию (мелкокристаллические граниты более прочны и менее выветриваются, чем среднезернистые и тем более крупнокристаллические того же минералогического состава). Это установлено и для метаморфических и многих осадочных пород.

Это является основанием для утверждения о целесообразности подразделения горных пород по крупности слагающих элементов и необходимости изучения их размеров.

Определение гранулометрического (зернового) состава по ГОСТу 12536-79 производят путем разделения грунта на фракции.

Под фракцией понимается группа частиц определенного размера, обладающих некоторыми достаточно постоянными общими физическими свойствами.

Гранулометрический состав изображается в виде графика, который, кроме того, позволяет составить мнение об однородности изучаемой горной породы по крупности частиц.

При гранулометрическом анализе в составе пород учитывается содержание в них первичных частиц, т.е. содержание отдельных обломков кристаллов и горных пород.

Но в тонко дисперсных породах, наряду с первичными частицами, имеются так называемые вторичные, образующиеся при соединении (слипании) нескольких первичных частиц и формирующие микроагрегаты частиц.

Количество и размер предельных частиц в грунте определяют его первичную, или предельную дисперсность.

Вторичная или природная дисперсность характеризуется микро агрегатным составом и учитывает при анализе как первичные, так и вторичные частицы.

Микроагрегатный состав отражает степень агрегированности породы в данных условиях, используется для характеристики структурных связей в природе. Микроагрегатный состав породы не является постоянным во времени, так как в природе непрерывно происходят образование и разрушение вторичных частиц, в связи с чем в отдельных фракциях изменяется содержание частиц.

Гранулометрический состав породы на данном отрезке времени является величиной постоянной и изменяется только под влиянием длительных процессов протекающих в породе.