Основні відомості про Землю і гірські породи

1. Походження грунтів. Земна куля складається з ядра, мантії і кори. Товщина останньої змінюється від 3 (під дном океанів) до 84км у горах. Нижня частина кори складена базальтами, верхня - переважно гранітами, над якими залягають осадові породи. Товщина останніх змінюється від 0 до 12км. За походженням всі гірські породи поділяються на три групи: магматичні, осадові і метаморфічні.

Магматичні породи утворюються в процесі кристалізації застигаючої магми.

Осадові породи виникли в результаті відкладення і накопичення на поверхні суші або в різних водоймах продуктів руйнування (вивітрювання) раніше існувавших порід і накопичення продуктів життєдіяльності рослин і тварин.

Метаморфічні породи утворюються шляхом перекристалізації у глибинних зонах земної кори магматичних та осадових порід під впливом високих температур і тиску. Ці грунти класифікуються як скельні.

Основами фундаментів служать переважно осадові неорганічні дисперсні грунти. Вони утворились шляхом вивітрювання, тобто в процесі зміни гірських порід під впливом фізичних та хімічних реагентів. Розрізняють фізичне і хімічне вивітрювання. При фізичному вивітрюванні, яке відбувається переважно під дією вітру, води, періодичної зміни температури, руйнується (роздрібнюється) материнська порода, але зберігається її мінералогічний склад. Хімічне вивітрювання призводить до зміни мінералогічного складу порід за рахунок процесів окислення, відновлення, гідратації, дегідратації та ін. Ці види вивітрювання проходять паралельно і доповнюють один одного.

Магматичні, осадові і метаморфічні породи утворилися з мінералів - самородний елемент, або природна хімічна сполука, яка має своєрідний комплекс фізико-хімічних властивостей. Великоуламкові, піщані і пилуваті частинки складаються із первинних (материнських) мінералів – фізичне вивітрювання, а глинисті - із вторинних, що утворились у процесі хімічного вивітрювання.

2. Складові компоненти грунтів. Основними компонентами грунтів є тверді частинки, вода і газ. Мінеральні частинки грунтів мають від’ємний заряд. Молекули води являють собою диполі, тому при взаємодії твердих часток і води виникають електромолекулярні сили. Ці сили притягують перших декілька шарів молекул води до мінеральних частинок з величезною питомою силою (до 1000мПа). Ця частина води називається адсорбованою (рис.1.1).

Наступні шари молекул притягуються з меншою силою і являють собою ліосорбовану воду. Вода, що знаходиться поза сферою дії електромолекулярних сил, називається вільною.

За своїми властивостями адсорбована вода нагадує швидше тверде тіло. Вона випаровується (але не кипить) при температурі більше 100⁰С, замерзає при температурі значно нижчій 0⁰С, має вищу питому вагу, ніж вільна вода. Властивості ліосорбованої води є перехідними від адсорбованої до вільної. Це пов‘язано із зменшенням сил взаємодії між поверхнею частинок і молекулами води.

Вільна вода поділяється на капілярну (переміщується в порах капілярних розмірів за рахунок сил поверхневого натягу) і гравітаційну (рух відбувається під дією напору). В грунтах може знаходитись вода також у твердому стані (лід).

Грунтові гази складаються переважно з повітря і можуть знаходитись у замкнутому стані (розміщуються в замкнутих порах), вільному стані (з’єднуються з атмосферою), бути розчиненими в поровій воді і адсорбованими твердими частинками.

Якщо всі пори грунту заповнені водою, то він є двокомпонентною системою. Такий грунт називають також грунтовою масою. Мерзлі грунти є чотирикомпонентними системами, тому що вода в них знаходиться в двох станах (лід і незамерзла вода). У деяких грунтах крім мінеральних частинок можуть знаходитись органічні речовини у вигляді рослинних залишків або гумусу. Співвідношення всіх компонентів (%) і їх взаємодія зумовлює властивості грунтів.

3. Структурні зв‘язки грунту. Окремі частинки грунтів можуть з’єднуватись між собою структурними зв’язками, які формуються внаслідок складних фізико-хімічних процесів, що відбуваються під час утворення грунту. Розвиток їх відбувається впродовж всього життя грунту. Розрізняють наступні основні види зв’язків (вони можуть існувати окремо і сумісно): капілярні, іонно-електростатичні, хімічні, молекулярні.

Капілярні зв’язки виникають у порах, що мають капілярний розмір. При високій або низькій вологості грунту вони зникають. Іoнно-електростатичні зв’язки зумовлені взаємодією від’ємно заряджених грунтових частинок і катіонів, що знаходяться між частинками. При висушуванні відстань між частинками зменшується і зростає міцність грунту. Одночасно із силами притягування діють сили відштовхування, які викликані взаємодією від’ємно заряджених частинок.

Скельні грунти мають жорсткі хімічні структурні зв’язки. В пісках зв’язки практично відсутні, за винятком дрібних вологих пісків, що мають капілярні зв’язки. В глинистих грунтах, у більшості випадків, одночасно присутні декілька видів зв’язків (наприклад, в лесоподібних - хімічні у вигляді цементаційних контактів між частинками, іонно-електростатичні і молекулярні).

4. Структура і текстура грунту. Під структурою грунту мається на увазі розмір, форма, характер поверхні, кількісне співвідношення його компонентів і характер взаємодії між ними.

Під текстурою розуміють сукупність ознак, які характеризують відносне розташування і розподіл структурних елементів в межах всієї грунтової товщі. Текстура характеризує неоднорідність будови грунту в пласті (наприклад, шаруваті піщано-глинисті грунти) .

Структура і текстура тісно пов‘язані з умовами утворення порід і зумовлюють їх фізико-механічні властивості.