Грунты. Грунтоведение. Понятие о грунтах (лекция 1)

Понятие о грунтах
Грунты – это любые горные породы, почвы и техногенные образования, обладающие определёнными генетическими признаками и рассматриваемые как многокомпонентные динамичные системы, находящиеся под воздействием инженерно-хозяйственной деятельности человека.
Сергеев Евгений Михайлович
(1914, 1997) крупнейший ученый в области инженерной геологии

Понятие о грунтах
Грунтоведение – наука, изучающая любые горные породы, почвы и техногенные образования как многокомпонентные и динамичные образования в связи с инженерной деятельностью человека
Сергеев Евгений Михайлович
(1914, 1997) крупнейший ученый в области инженерной геологии

Понятие о грунтах
Основная задача грунтоведения:
изучение горных пород, почв и техногенных образований как грунтов от микроуровня до массива с целью рационального освоения геологической среды
Сергеев Евгений Михайлович
(1914, 1997) крупнейший ученый в области инженерной геологии

Связь грунтоведения
с другими науками
Инженерная геология
Грунтоведение
Инженерная геодинамика
Региональная инженерная геология

Разделы курса
1. Состав и строение грунтов
Твёрдая компонента
Жидкая компонента
Газовая компонента
Живая компонента
2. Грунт как многокомпонентная система
Взаимодействие компонент грунта
Структурные связи в грунтах
Структура и текстура грунтов
3. Свойства грунтов
Физические свойства
Физико-химические свойства
Физико-механические свойства
4. Общая классификация грунтов

Состав и строение грунтов
Твёрдая компонента грунтов

Твёрдая компонента грунтов
Минералы
Органическое вещество
Органо-минеральные соединения
Лёд

Породообразующие минералы

Химическая связь
(определяет св-ва минералов →св-ва грунтов)
ионная
ковалентная
водородная
остаточная (или молекулярная)
металлическая

Ионная связь

Классификация минералов по преобл.типу хим.связи
1. Первичные силикаты (ковалентная)
2. Простые соли (ионная)
3. Глинистые минералы (молекулярная, водородная)

Строение и свойства первичных силикатов
Основной структурный элемент – кремнекислородный тетраэдр [SiO4] 4-
O 2-
Si 4+
O 2-
O 2-
O 2-

Кварц (SiO2)
Формально относится к группе окислов
Плотность: 2,62 – 2,65 г/см3
Высокая прочность (благодаря ионно-
ковалентному типу связи)
Низкая растворимость
(практически не выветривается)

Кварц (SiO2)

Каркасные силикаты
Калиево-натриевые
(ортоклаз-микроклин) –
(K, Na)[AlSi3O8]
Кальциево-натриевые
(альбит – анортит) –
Na[AlSi3O8] - Са[Al2Si2O8]

Каркасные силикаты
Часть ионов Si4+ изоморфно замещена ионами Al 3+ :
[SiO4]4- ? [AlO4]5-
Избыточный отрицательный заряд компенсируется ионами Na+ , К+или Ca2+

Каркасные силикаты
Плотность: 2,56 – 2,75 г/см3
Высокая прочность
(благодаря ионно-
ковалентному типу связи)
Низкая растворимость (по сравнению с кварцем более склонны к выветриванию из-за изоморфных замещений и высокой миграционной способности Na+ К+ Ca2+

Каркасные силикаты

Островные силикаты
Оливин (Mg,Fe)2[SiO4]
Связь между кремнекислородными тетраэдрами осуществляется через катионы Mg2+ и Fe2+
В окислительной обстановке
Fe2+ ? Fe3+,
в связи с чем легко выветривается

Островные силикаты
Оливин (Mg,Fe)2[SiO4]
Плотность: 3,27 – 3,37 г/см3
Высокая прочность
Низкая сжимаемость
Не устойчив в окислительной обстановке

Островные силикаты
Оливин (Mg,Fe)2[SiO4]

Пироксены
Авгит (Ca,Na)(Mg,Fe,Al,Ti)[(Si,Al)2O6 ]
Кремнекислородные тетраэдры соединены через 2 вершины:
[(Si,Al)2O6 ]5- или [Si2O6 ]4-
Избыточный отрицательный заряд компенсируется ионами Na+,Ca2+ и др.

Пироксены
Плотность: 2,8 – 3,7 г/см3
Структура средней прочности
Легко выветривается

пироксены

Амфиболы
R7[Si4O11]2(OH)2,
где R= Ca, Mg, Fe
Кремнекислородные тетраэдры соединены через 2 или 3 вершины:
[Si4O11 ]6-
Избыточный отрицательный заряд компенсируется ионами Na+,Ca2+ и др.

Амфиболы
Плотность: 2,8 – 3,8 г/см3
Средняя прочность
Склонен к выветриванию

Амфиболы

Свойства первичных силикатов
Не растворимы +
Обладают достаточной плотностью и прочностью +
Большинство плохо выветриваются +
Характерны для грунтов с высокой плотностью, относительно слабосжимаемых и прочных (магматические, метаморфические, некоторые осадочные породы) +
Грунты, в состав которых входят такие минералы – хорошие основания для сооружений

Строение и свойства простых солей
Галоиды
Сульфаты
Карбонаты

Галоиды
Галит NaCl

Сульфаты
Гипс CaSO42H2O

Сульфаты
Ангидрит CaSO4

Карбонаты
кальцит CaCO3