ГРУНТТАРДЫҢ ФИЗИКАЛЫҚ ҚАСИЕТТЕРІ

 

1. Грунттардың құрамы және классификациясы

 

Табиғи грунттардың құрамы күрделі көріністе болып олардағы элементтер қатты, сұйық және газ тәрізді жағдайда болады. Олардың өзара көлемдік қатнасы сыртқы физикалық-геологиялық процессертермен механикалық әсерлерге байланысты.

Грунттық негізгі элементтері – бұл қатты бөлшектер, су және газдар (1 сурет).

1. –сурет. Грунттың құрылымы

а-иннертті минералдар, б-еритін минералдар, в-колоидты-актив минералдар, г-органикалық затттар

 

Егер грунттың құрамында тек қана қатты бөлшектер болса, мұндай грунттар бір компонентті, егер оның құрамындағы кеуекрет сумне тлоған грунтардыекі компонентті немесе екі фазалы деп аталады.

Жер бетіне жақын жатқан грунттарда әдетте жоғарыда көрсетілген барлық элементтер (компоненттер) болады, яғни қатты бөлшектер, су және ауа немесе газ. Мұндай грунттар үш компоненті деп аталады.

Қатты бөлшектер. Табиғаттағы барлық грунттар минералдық құрамы және формасы бойынша әртүрлі іріліктегі қатты бөлшектерден тұрады. Осы қатты бөлшектердің формасы және өлшемдері грунттың қасиетіне үлкен әсер етеді.

Грунттағы қатты бөлшектердің өлшемдеріне және олардың арақатынасына байланысты, грунттар үш топқа бөлінеді: ірі сынықтлар, құмдар және саздар.

Ірі сынықты тау жыныстарының құрамында әдетте сазды бөлшектерде (<0,005 мм бөлшектер) 3 % аспайды.

Грунттардың қасиетіне ең үлкен әсер тигізетін бұл сазды бөлшектер.

 

Су және олардың түрлері.

 

Грунттағы су қатты, сұйық және бу күйінде болуы мүмкін. көлемінің өзара ара қатынасына байланысты әсіресе сазды грунттардың қасиеті негізінде осыларға байланысты болады (2 және 3 сурет).

Бу күйіндегі су. Бұлар грунтта не бары 0,001 %-тен аспайды. Бірақ олар грунтта болатын процестерде рөлі үлкен. Мұндай сулар температура мен булардың серпімділігінің айырмашылығының арқасында газдар мен немесе өзінше әрекетте болады.

2-сурет. Грунт бөлшегінің сумен өзара әрекеттесу схемасы І-қатты бөлшектер, ІІ-байланысқан су, ІІІ-еркін бос су; 1-қатты бөлшектер, 2-катион, 3-анион, 4-су молекуласы

3-сурет. Грунттардағы копиляр суы. 1-грунттың беті, 2-жер асты суының үстіндегі копилярлық деңгей, 3-жер асты суының деңгейі, 4-қатты бөлшектер, 5-су, 6-газ.

Байланысқан су. Бұл сулар қатты бөлшектердің бетінде электр зарядының күшімен ұсталынып тұрады. Байланған суды статикалық қысыммен грунттан кетіру мүмкін емес.

Қатты байланысқан су. Бұл сулар тұздарды ерітпейді, тұтқырлық пен серпімділікке, жылжуға берік, гидростатика заңдары бұлжерде қолданбайды. Берік байланысқан суларды тек қана температурасы 103⁰ шамасында грунттықұрғыту арқылы шығару мүмкін. мұндай сулар бір бөлшектен екінші бөлшекке қалаған бағытта жылжуы мүмкін немесе бу күйінде өтуі мүмкін.

Босбайланысқан су (дифруздік қабаттағы су). Бұл су дифруздік қабаттағы берік байланған судың бос суға өтуі.

Бос еркін сулар – каплляр және гравитициондық болып бөлінеді. Бос еркін сулар гидравлика заңына бағынып, қысымы үлкеннен қысымы аз бағытқа қарай әрекет етеді яғни қысымдардың айырмашылығы болғанда қозғалады.

Капиллярлық су – бұл орташа іріліктегі майда және шаңды құмдарда әсірес есазды грунтта болады. Капиллярлық су грунттардағы кеуектің диаметріне байланысты болып ол жер асты суы деңгейінен жоғары көтерілетін капиллярлық көтерілу биіктігі деп аталатын суға айтылады.

Еркін бос (гидравликалық) су – бу грунтта өзінің ауырлығының арқасында әрекет етеді. Бұл су әдеттегі суға тиісті қасиеттердің барлығына ие.

Қатты күйдегі су – бұл грунттағы байланысқан және еркін сулардың қатаюының арқасында мұзға айналуы.

Грунттың газ тәрізді құрастырушысы. Газдар өздерінің мөлшері мен күйлеріне қарап грунттың қасиетін осының арқасында грунттың серпімділік көбеюі немесе азаюы мүмкіне және фильтрация қабілетіне де әсері болады.

Грунттағы газдар еркін немесе суда орналасқан күйде болуы мүмкін. грунттағы еркін газдар атмосферамен қатынасы бар немесе қатынасы болмауы мүмкін. сумен араласқан таз судың қасиетіне үлкен әсер етеді. Судағы көпіршік небәрі газдың сығымдылығын 100 одан көп арттрып жібереді.

 

2. Грунттардың негізгі физикалық қасиеттері

 

Жоғарыда айтылғандай грунттар қатты минералдың бөлшектерден, сонымен қоса ауа мен судан тұрады. Сонымен оладың физикалық қасиеттерін жақсы және олардың компенеттік құрамын, жақсы түсіну үшін, грунттың әлдебір көлемін, үш компонеттен (құрастырушыдан) құрамын схематикалық түрде қарастырамыз.

4 – сурет. Үш компонетті грунт құрамының схемасы

а – грунттың табиғи құрамы.

б– грунттың құрамын схематикалық күйде көрсету.

1 – грунттың қатты бөлшектері.

2 – грунттың кеуектігі (қатты бөлшектер аралық бостық)

3 – су.

Грунттың физикалық қасиеттері екіге бөлінеді: Негізгі және туынды болып.

Негізгі физикалық қасиеттеріне – қатты бөлшектерінің тығыздығы,0020табиғи ылғалдығы және грунттың тығыздығы жатады.

Грунт бөлшектерінің тығыздығы (r/см ³,Т/м³) – бұл грунттың қатты бөлшектерінің массасының сол қатты бөлшектернің көлеміне қатынасы

Р_g=m_1/V₁

   Мұнда    m₁ – қатты бөлшектердің массасы

                  V₁ – осы қатты бөлшектердің бөлімі

Грунттың тығыздығы (r/см ³,Т/м³) – грунт массасының  (кеуектегі сумен бірге). Грунттың жалпылай көлеміне қатынасы.

Р=m/V= m₁+m₂/ V₁+V₂+V₃

Мұнда V₁ m₁; V₂ m₂; V₃ m₃;  -реті бойынша қатты сұйық және газ тәрізді грунт компоненттерінің көлемі мен массасы.

V= V₁ + V₂+ V₃  және М=  m₁+ m₂+  m₃ ≈ m₁+ m₂  - Газдың массасы аз болғандықтан оны ескермейміз.

Грунттың ылғалдылығы – грунттағы су массасының қатты бөлшектер массасына қатынасына айтылады. Ол 14 % -тс немесе бірлік күйінде өлшенеді.

W=m₂/m₁=V-m₁/m₁

Жоғарыда келтірілген негізгі физикалық қасиеттер (P_2.P₁W) барлық уақытты тәжірибе арқылы анықталады жәнеолар грунттың басқа физикалық қасиеттерін анықтау үшін қолданылады.

 

3. Грунттың туынды физикалық қасеттері

 

Грунттың туынды физикалық қасеттеріне – грунттың құрытылған күйдегі тығыздығы (скелет күйдегі), кеуектік, кеуектік коэфициенті, ылғалдық дәрежесі (суға тоңукоэфициенті), сазды грунттардың концепциясы және басқалар.

Осылардың барлығы негізгі физикалық қасеттерін білудің арқасында есептеу арқылы анықталады.

Құрытылған грунттың тығыздығы, бұл грунттың қатты бөлшектері массасының жалпы көлемге қатнасы

Pd = m1/Y немесе Pd = P/1хW

Грунт кеуетігі – бұл кеуектік көлемінің, жалпылай көлемге қатнасы

n = Y2 + Y2/Y немесе n = 1 – Pd /Ps

Кеуектік коэфициенті. Грунттағы кеуектіктің, қатты бөлшектер көлеміне қатнасы айтылады.

е = Y2+Y2/ Y  немесе е = Ps / P (1 + W) – 1

Ылғалдық дәрежесі (суға тыйыну коэффициенті) – грунттың табиғи ылғалдылықтың, сумен толық қаныққан ылғалдылығына қатнасы

Sz = W/Wnе  немесе Sz = W-Ps /еPw

Мұнда  Ps – грунттың қатты бөлшегі.

Wnв – Pw – судың меншікті (үлес) салмағы

Сазды грунттардың концепциясы. Сазды грунттардың қасиеті ылғалдылыққа байланысты елеулі өзгереді. Бұлар концепциясына байланысты үш күйде болады: қатты, пластикалық және ақпалы (5 сурет). Осы  шекарадағы күйге (жағдайға) тура келетін ылғалдылықты илену шекарасында (төменгі шекарадағы) және ақпалы (жоғары шекарадағы) ылғалдылық деп аталады.

                                                    

5.-сурет. Ылғалдылыққа байланысты консистенция мен аққышты (ақпалы) көрсеткішінің өзгеруі

 

Илену немесе жайылу ылғалдылық төменгі шекарасындағы ылғалдылық жұмырланған грунттың ылғалдылығын азайтып немесе көбейту арқылы оның алғашқы ұйытылуын айтады.

Аққыштың шекарасындағы ылғалдылық (жоғарғы шекарадағы ылғалдылық), ол Василев конусының ұшы грунттқа 5 секунт ішінде 10 мм батырылуына тура келетін күйдегі (жағдайдағы) ылғалдылыққа айтылады.

Осы ылғалдылықтардың арасындағы айырмашылық яғни аққыштың шекарасындағы ылғалдылықпен илену шекарасы арасындағы айырмашылық пластикалық сах деп аталады. Ол төмендегідей формуламен анықталады.

J_p = W_T  - W_p ,

Мұнда W_T – аққыштық шекарасындағы ылғалдылық

            W_P  - илену шекарасындағы ылғалдылық

ГОСТ, - 25100  - 8.2 – ге сәйкес сазды грунттар пластикалық  санына байланысты төмендегілерге бөлінеді

Егер J_P =0,01 – 0,07 – құмдақ

        J_P = 0,07 – 0,17 – саздақ

        J_P = 0,17 – саз

Табиғи ылғалдылықты илену және аққыалы ылғалдылықпен салыстыру арқылы грунттық  консистенциясын анықтау мүмкін. Ол үшін аққыштың көрсеткішін пайдаланады, бұл көрсеткіш сазды грунттар үшін маңызы үлкен.

J₂ = W – W_P / J_P

Әдетте W-  W_P (аққыштық көрсеткіш J₂ – 0 ) грунт қатты жағдайда, W – W_T (J₂ - 1) – грунт ақпалы болады, ал W_P  - W – W₁ болғанда (0 –J₂ - 1) – грунт пластикалық (жайылымды жағдайда болады.

 

Әдебиеттер тізімі

 

1. Қ. Ибрагимов, Ж.А. Үсенқұлов, Б.С. Байболов, Э.И. Қарабаев «Инженерлік геологиядан негізгі мәліметтер. Іргетастар мен негіздердің есебі» Шымкент, 2009ж. 134б.
2. Ананьев В.П., Переделский Л.В. «Инженерная геология и гидрогеология» М.: Высшая школа, 1980. 271с.
3. Пешковский А.М., Пирескокова Т.М. «Инженерная геология». М.: Высшая школа. 1982. 341с.