Как определяется сцепление глинистого грунта


Удельное сцепление (с) глинистых грунтов (понятие и значение)

Удельное сцепление глинистого грунта — это параметр прямой зависимости сопротивления глинистого грунта срезу от вертикального давления, определяемый как угол наклона этой прямой к оси абсцисс. (ГОСТ 30416-2012).

Таблица нормативных значения удельного сцепления и угла внутреннего трения глинистых (супесчаных, суглинистых) грунтов, приведена в таблице А.2 приложения СП 22.13330.2016 Основания зданий и сооружений. Актуализированная редакция СНиП 2.02.01-83*.

Выделим нормативные значения удельного сцепления глинистого грунта.

Нормативные значения удельного сцепления глинистых нелессовых грунтов

Наименования

Показатель текучести,

IL

Удельное сцепление грунта, сn, кПа, при коэффициенте пористости, равном

0,450,550,650,750,850,951,05
Супесь твердая и полутвердаяот 0 до 0,2521171513---
Супесь тугопластичная и мягкопластичнаяот 0,25 до 0,75191513119--
Суглинки твердые и полутвердыеот 0 до 0,25473731252219-
Суглинки тугопластичныеот 0,25 до 0,5393428231815-
Суглинки мягкопластичныеот 0,5 до 0,75--2520161412
Глины твердые и полутвердыеот 0 до 0,25-816854474136
Глины тугопластичныеот 0,25 до 0,5--5750433732
Глины мягкопластичныеот 0,5 до 0,75--4541363329

Для промежуточных значений коэффициентов пористости (е) глинистого грунта, значения удельного сцепления определяются интерполяцией (Онлайн-Интерполятор)

Угол внутреннего трения глинистых грунтов

Модуль деформации глинистых грунтов

Является ли глинистая почва кислой? Понимание pH глинистой почвы и способы его изменения

Прилипает ли садовая почва к обуви и садовым инструментам при намокании? Он также становится твердым в летнюю жару? Если ответ на эти два вопроса утвердительный, значит, у вас в саду глинистая почва.

Любая почва, содержащая не менее 50% частиц глины, считается глинистой почвой. И хотя копать глину бывает довольно сложно, это одна из самых плодородных почв, которые могут быть в саду.

Глина имеет как положительные, так и отрицательные особенности, и, хотя работа с ней может быть утомительной и утомительной, она также может привести к процветанию садов. Но если вы имеете дело с этим впервые, скорее всего, вы задаетесь вопросом, является ли глина кислой или щелочной.

Беспокоиться о pH - это правильно, поскольку он определяет растения, которые вы можете выращивать в саду, а также поправки, которые вы должны использовать.

Глиняная почва кислая или щелочная?

pH почвы является результатом различных факторов, среди которых органический материал и минеральный состав являются одними из основных.И поэтому pH глинистой почвы всегда будет варьироваться от одного географического места к другому. Кроме того, разные сады могут иметь разные уровни PH, даже если они находятся в одном месте. Различный pH связан с тем, что другие факторы, такие как удобрения и вода, также влияют на pH.

Так глинистая почва кислая или нет? PH большинства глинистых почв всегда будет находиться на щелочной стороне шкалы, в отличие от песчаных почв, которые имеют тенденцию быть более кислыми. Хотя высокий pH глинистой почвы может быть подходящим для определенных типов растений, таких как астры, просо и хоста, он слишком щелочной для большинства других растений.И поэтому в большинстве случаев необходимо снизить pH.

Изменение pH глинистой почвы

Если на вашем участке есть глина, лучше всего найти культуры, устойчивые к щелочным почвам, и вместо этого сосредоточиться на улучшении качества земли путем измельчения глинистой почвы. Но, если у вас есть определенные растения, которые предпочитают кислые почвы, вы все равно можете изменить почву, выполнив несколько простых шагов.

Подробнее: Лучшие электрические культиваторы для правильной обработки вашего сада

Тест pH

Прежде чем вы решите подкисить глинистую почву, первым делом следует изучить ее, чтобы определить точный pH.Зная уровень щелочности, вы можете выбрать подкисляющее соединение, которое не только снизит его, но и будет бережно относиться к вашей почве.

Профессиональный тест pH всегда является лучшим, так как вы получаете точное число, но вы все равно можете получить надежные данные, проводя его дома с помощью pH-метра или pH-полосок. Однако, если вы серьезный производитель / садовод, рекомендуется воспользоваться услугами специалиста по распространению сельскохозяйственных культур или отправить образец почвы в вашу местную лабораторию. Это гарантирует, что вы получите подробный анализ и рекомендации по лучшим поправкам для вашей глинистой почвы.

Изменение pH

После того, как вы определите, насколько щелочная ваша глинистая почва, следующим шагом будет ее изменение. Однако перед этим может потребоваться проверить pH воды, чтобы убедиться, что она не слишком щелочная, так как это может повысить pH почвы. При внесении изменений в глинистую почву важно убедиться, что вы не работаете на влажной почве, поскольку это приводит к ее уплотнению.

Результаты теста pH должны подсказать вам, что использовать и в каком количестве. Органические вещества всегда являются лучшим решением для большинства глинистых почв, так как они не только помогают снизить уровень pH, но также способствуют его разрушению и обеспечению ваших растений необходимыми питательными веществами.

Если результаты теста pH показывают, что ваша почва очень щелочная, вам следует использовать такие соединения, как сера, хлопковая мука и сульфат железа. И это потому, что они более эффективно подкисляют почву, а также действуют намного быстрее, чем органические соединения. Гипс также может быть очень полезным, особенно в местах, где почва также очень соленая.

Поддержание pH

Важно изменить pH за несколько месяцев до посадки в глинистую почву, потому что для работы с большинством этих подкисляющих соединений потребуется много времени.И как только вы достигнете желаемого уровня, все еще важно убедиться, что вы поддерживаете его на уровне от 6,3 до 6,8 по шкале pH, потому что это то, что предпочитает большинство растений. Вы можете сделать это, применяя навоз, компост и другие органические соединения через каждые два сезона.

Заключение

Глинистая почва в большинстве случаев будет щелочной без каких-либо поправок. Хотя для некоторых растений этого может быть достаточно, для большинства других потребуется подкисление почвы.Для этого отлично подойдут органические соединения, сера, сульфат железа и удобрения на основе аммиака. Но всегда важно помнить, что не происходит постоянного изменения pH, поэтому вам необходимо поддерживать глинистую почву на желаемом уровне.

.

Адгезия почвы | Влияние трения между грунтом и задней частью конструкции | GEO5

Программа:

Все программы Абатмент Противоскользящий ворс Луч Консольная стена Земное давление МКЭ Габион Гравитационная стена Потеря земли Кладка стены Микросваи MSE Wall Прибитый склон Ворс Свая CPT Группа свай Сборная стена Redi-Rock Wall Стабильность породы Поселок Вал Проверка листов Дизайн листов Плита Устойчивость склона Раздвинутая опора Раздвинутая опора CPT Стратиграфия Местность

.

Как улучшить глинистую почву и улучшить песчаную почву

Садовники спрашивают , как улучшить глинистую почву чаще, чем примерно улучшение песчаной почвы , но причины в основном те же, и основная причина связана с водой.

Во многих садах глина не проникает и не отводится достаточно быстро, а песок стекает слишком быстро.

Один из наиболее частых советов по улучшению глинистой почвы - это добавить песок. Когда дело доходит до улучшения песчаной почвы, часто советуют добавлять глину.

И то, и другое - плохие методы органического садоводства. Прежде чем мы рассмотрим, почему, нам нужно быстро взглянуть на то, как вода движется через почву.

Поверьте, это действительно полезно знать и довольно интересно.

Как вода движется через глину и песчаник

Вода движется вниз после дождя или полива и вверх, чтобы в конечном итоге испариться с поверхности почвы.

Эта вода протекает через открытые «поры» между частицами почвы.В любой почве, в которой не слишком много песка, ила или глины, примерно половина объема почвы составляет поровое пространство. Вода и воздух разделяют это поровое пространство.

Когда почва полностью насыщена водой, гравитация заставляет воду очень быстро перемещаться через большие поры, но в остальное время сила тяжести не играет такой большой роли в том, как вода движется через почву.

В остальное время адгезия (как молекулы воды имеют тенденцию прилипать к другим поверхностям) и когезия (как молекулы воды имеют тенденцию слипаться) определяют движение воды в почве.Что интересно, он движется во всех направлениях примерно одинаково - вверх, вниз и по горизонтали. Он движется вниз лишь немного больше из-за силы тяжести.

Адгезия и когезия в действии

Итак, сегодня прекрасное субботнее утро, и вы занимаетесь органическим садоводством.

Давайте посмотрим, что происходит, когда у вас есть слои почвы.

Как улучшить глинистую почву

Допустим, у вас глинистая или илистая суглинистая почва, которая плохо просачивается и не дренируется.

Что произойдет, если вы добавите 6 дюймов более крупной почвы, такой как супеси, поверх почвы?

Когда идет дождь, вода замедляется при попадании на этот тонкий слой почвы, как вы можете себе представить, хотя она продолжает двигаться.

Тем не менее, он замедляется, что противоположно тому, к чему вы стремились. Если вместо этого вы будете вращать песок в глине, это не создаст приятной текстуры почвы, как вы думаете.

Песок просто погружается в глину и часто образует почву, похожую на бетон.

Если вы решаете, как улучшить глинистую почву, добавление песка - не выход.

Как улучшить песчаные почвы

Эта часть действительно интересная. Давайте обратим это и скажем, что у вас песчаная почва, которая не выдерживает воды.

Что произойдет, если вы добавите 6 дюймов более тонкой почвы поверх более крупной почвы внизу? Это также может произойти, если строитель принес верхний слой почвы на глиняной основе и положил его поверх вашего песчаного грунта.

Когда идет дождь, можно подумать, что вода ускоряется, когда ударяется о крупнозернистый песчаный слой, но на самом деле движение воды прекращается до тех пор, пока почва не станет почти насыщенной выше.

Еще более интересно то, что если более мелкая почва находится на очень крупном песке или даже гравии, более мелкая почва должна стать очень влажной, прежде чем вода пойдет вниз через крупный слой.

В этом случае вышележащая почва может удерживать в два или три раза больше, чем обычно.

Эти же принципы часто используются при создании полей для гольфа. Слой гравия используется под песчаной почвой для зеленых насаждений, чтобы создать ситуацию, когда вода будет оставаться в верхнем слое песчаной почвы и поступать к коротким корням травы на зеленом поле, а не стекать.

Но делать это в домашнем органическом саду опасно, потому что вы можете создать противоположную проблему, а именно сильно переувлажненную почву, или вы можете сделать почву, похожую на бетон, если вы будете роторно замораживать грубую и мелкую почву вместе.

Улучшение глинистой почвы и улучшение песчаной почвы

Ответ одинаков для обоих: органическое вещество.

Компост - это то, что я обычно имею в виду. Внесите в почву 6 дюймов хорошего компоста. Всыпайте его прямо в глинистую почву, и это улучшит инфильтрацию и, вероятно, улучшит количество воздуха и воды, доступных вашим растениям.

(Я должен упомянуть, что никакие органические вещества, роторная обработка и аэрация не решат серьезную проблему с дренажем, такую ​​как наводнение. Это необходимо решить путем установки дренажа или, что еще лучше, поработать с природой и поместить в пруд.)

Вернуться к компосту. Улучшение песчаной почвы с помощью 6 дюймов хорошего компоста значительно улучшит водоудерживающую способность почвы.

Улучшение глинистой почвы песком не поможет, а вот компост -

Другие последствия для органического садоводства

Поскольку мы узнали о том, как улучшить глинистую почву и улучшить песчаную почву, и особенно о том, как вода движется через почву, я хотел бы упомянуть пару других важных последствий для органического садоводства из того, что мы узнали о внесении изменений в почву.

Возьмем, к примеру, горшки для патио. Садовники часто кладут на дно емкости слой гравия, чтобы улучшить дренаж, но, как мы видели, на самом деле происходит обратное.

Грунт сверху должен быть очень насыщенным, чтобы вода просочилась. Это не обязательно плохо с правильными растениями, но важно знать, как это работает.

Другой важный вывод касается органического вещества. Если вы улучшите почву, перевернув (закопав) грубые органические вещества, такие как листья или солома, и они окажутся погребенными слоем, или если вы бросите 6 дюймов почвы поверх большого слоя грубого материала, такого как палки или солома, вы можете создать грубый слой под тонким слоем.

Это та же ситуация, когда эта почва очень намокнет до того, как вытечет вода. Если солома заделана очень хорошо, этого не произойдет, но если ее просто перевернуть, это произойдет.

Если вам нужно внести почву в свой двор для того, чтобы построить свой сад, вы должны убедиться, что очень хорошо заделали ее в существующую почву. Если вы просто уроните его сверху, вы неизбежно создадите интерфейс, который замедлит дренаж.

И попытайтесь найти почву, которая имеет текстуру, аналогичную вашей исходной почве (т.е. если ваша почва глинистая, внесите больше глинистого верхнего слоя почвы, чем песчаного верхнего слоя почвы). Кроме того, используйте компост примерно для 25% смеси.

Есть ли что-нибудь, что не может сделать органическое вещество?

Если вы хотите узнать больше о внесении изменений в почву, вот мой пост о двойной перекопке.

.

Важность глины в геотехнической инженерии

1. Введение

Геотехническая инженерия - это обширная дисциплина, состоящая из механики грунтов и строительства фундаментов. Геотехническая инженерия также называется геотехнической инженерией или геомеханикой. Геотехническая инженерия рассматривает применение инженерной механики к проблемам грунтов и горных пород. Свойства, поведение и эксплуатационные качества грунтов рассматриваются инженерной механикой. В дальнейшем полученные данные обрабатываются и интерпретируются [1].Инженеры-геотехники учитывают оползни и землетрясения при планировании и проектировании сооружений для зданий, дорог, насыпей и свалок. Инженеры-геотехники также изучают миллиарды лет геологической истории через почвы. Поэтому исследования неоднородности почв требуют решения сложных задач. Все типы инженерных сооружений, такие как жилые дома, служебные здания, мосты, плотины, дороги и аэропорты, расположены на земле или в земле. Как сказал Ричард в 1995 году, «поддерживается почти каждым строительным грунтом или камнями.Без опоры либо летают, либо плавают, либо падают »[2]. Даже если они хорошо спроектированы, безопасность инженерного сооружения не может быть обеспечена при недостаточной несущей способности, высоком потенциале набухания / усадки и оседании (сжатии) грунта. По этой причине геотехнические работы в почвах стали обязательными. Многие исследования проводились в 1910-х годах из-за большого количества оползней и доков, произошедших в Швеции. Рекомендации, полученные в результате этих исследований, теперь применяются в качестве метода анализа оползней, известного как метод шведских срезов.В 1979 г. Скемптон представил расчеты, связанные с увеличением числа сносов стен [2]. Сегодня новейшие технологии, используемые в геотехнической обработке почвы, создают проблемы для транспортировки в связи с ростом индустриализации и различными видами строительства.

Если посмотреть на историю инженерной геологии, то Турция - важное место. Карл фон Терзаги, основоположник геотехнической инженерии или отец механики грунтов, исследовал галичскую глину в Турции и заложил основы геотехнической науки.В своих исследованиях богатой глиной земли, которой сегодня много, Терзаги удалось получить образцы глины с побережья Черного моря (Килиос) с помощью двух отважных студентов, которые пережили множество трудностей, в том числе бандитов, и находясь в 20 км от моря. ближайшая автострада. Глины в исследовании Терзаги в 1925 году пронумерованы II и IV в книге, озаглавленной «Erdbau Mechanic». Эта книга считается основополагающим документом современной механики грунтов. Математическая формулировка консолидации глины под постоянным давлением с течением времени была исследована в этой книге, и было обнаружено, что может существовать аналогия между теплопроводностью и демпфированием дополнительного давления воды в пустотах.Таким образом, «проблема консолидации глины» решена во всех ее аспектах. В 1925 году результаты исследований Терзаги в Турции были опубликованы в книге «Основы физики грунта и механики грунта», изданной издательством Franz Deutick в Вене. Эта книга признана Всемирным обществом инженеров-строителей основополагающим документом для современного наземного строительства [3].

Первое здание, которое приходит на ум в связи с проблемами почвы, - это Пизанская башня. Его строительство началось в 1173 году и длилось около 200 лет с перерывами.Башня начала наклоняться во время строительства, и наклон продолжился после завершения строительства. В 1982 г. холм был 58,4 м в длину и отклонился от отвеса на 5,6 м (рис. 1). Данная почвенная проблема объясняется оседанием глинистого грунта на высоте до 11 м от поверхности [2]. Почвы, представляющие интерес для геотехнической инженерии, образуются в результате разрушения горных пород. Этот процесс состоит из физического и химического выветривания. Глина в основном состоит из химически измененных и различных материалов коренных пород.Изменение состава и структуры из-за физических, химических и биологических процессов, происходящих в породах, называется выветриванием. Физическое выветривание - это механическое разрушение горных пород в результате теплообмена и воздействия ледников, волн и ветра. Биологическое выветривание является результатом деятельности растений и животных в скале. Химическое выветривание вызывается эффектами окисления, восстановления, гидролиза, карбонизации и органических кислот в горных породах. В результате выветривания образуются всевозможные почвы.При физическом выветривании образуются блоки из горных пород, гравия, песка и ила, тогда как глинистые минералы образуются в результате химического выветривания [4]. В инженерно-геологической практике глина обычно рассматривается как проблемный грунт. Когда эти почвы видны во время строительства дорожных дамб, стен из жидкого навоза, аэропортов и свалок отходов, это становится еще более важным. Глины обычно имеют низкую прочность, высокую сжимаемость и большие изменения объема. Из-за высокой пластичности, проницаемости, несущей способности и осадки глины это материал, который изучался и все еще изучается в геотехнической инженерии.В этом исследовании обсуждаются характеристики глины и отмечается ее важность в инженерно-геологической практике. Эта глава состоит из пяти основных разделов. В первом разделе представлено значение глины в инженерно-геологической инженерии. В разделе 2 дается определение глины и обсуждаются ее свойства. В разделе 3 представлено использование глины в инженерно-геологической практике. В Разделе 4 резюмируются предыдущие связанные исследования. Наконец, в разделе 5 кратко излагается тема глины и приводятся выводы из этой главы.

Рисунок 1.

Пизанская башня [2].

2. Определение и свойства глины

2.1. Определение глины

Глинистые минералы называются вторичными силикатами, потому что они образуются в результате выветривания первичных породообразующих минералов. Глинистые минералы встречаются с мелкими частицами (<0,002 мм), очень мелкозернистыми и чешуйчатыми; они отделены от песка, гравия и ила из-за отрицательной электрической нагрузки на краях кристаллов и положительной электрической нагрузки на грани.Глинистые минералы состоят из двух основных структур. Во-первых, кремнеземный кислород образуется за счет связывания ионов кремния с атомами кислорода со всех четырех сторон (тетраэдр). Во-вторых, образуется восьмиугольник с ионами алюминия и магния, координированными с восьми сторон с ионами кислорода и гидроксила (октаэдр). Все глинистые минералы образованы из октаэдрических и тетраэдрических листов с определенными типами катионов, которые находятся в различных формах и связаны друг с другом в определенной системе. Изменения в структуре октаэдрических и тетраэдрических пластин приводят к образованию различных глинистых минералов [4].Более распространенные группы глинистых минералов включают каолинит, иллит и смектит (монтмориллонит). Каолинит состоит из пластин кремнезема и оксида алюминия, и эти пластины очень прочно связаны, потому что каолиновая глина очень устойчива (рис. 2а). Иллит имеет слои, состоящие из двух пластин диоксида кремния и одной пластины оксида алюминия (рис. 2b). Однако иллит содержит ионы калия между каждым слоем; эта характеристика делает структуру глины более прочной, чем смектит. Смектит имеет слои, состоящие из двух пластин кремнезема и одной пластины оксида алюминия.Поскольку существует очень слабая связь между слоями, большое количество воды может легко проникнуть в структуру (рис. 2c). Это событие вызывает набухание такой глины [5].

Рисунок 2.

Отображение структуры обыкновенных глинистых минералов.

2.2. Свойства глины

Определенные свойства глины влияют на структуру почвы, которая определяет ее свойства, такие как прочность, гидравлическая проводимость, осадка и набухание. Эти особенности включают изоморфное замещение и способность поверхностного анионного и катионного обмена.Это событие называется изоморфным замещением, если октаэдрические или тетраэдрические узлы заменяются другим атомом, обычно встречающимся в другом месте. Удельная поверхность - это свойство твердых тел, которое определяется как общая площадь поверхности материала на единицу массы. При отделении гидроксильных ионов от поверхности глины, что приводит к дефициту кристаллов в головке кристалла, анионы впоследствии прикрепляются к поверхности, и содержание органических молекул вызывает дисбаланс электрической нагрузки. Этот дисбаланс приводит к чрезвычайному сродству глины к воде и катионам в окружающей среде (рис. 3).Вода - это диполярная молекула, а именно, она имеет один положительный и один отрицательный заряд. Поверхность глиняного кристалла электростатически удерживается на молекуле воды. Кроме того, вода удерживается в кристалле глины за счет водородных связей. Кроме того, отрицательно заряженные глиняные поверхности притягивают катионы в воде. Катионо-анионные изменения в глинистых минералах различны для разных глинистых минералов. Следовательно, ожидается, что глина, которая привлекает больше молекул воды к поверхности, будет иметь большую пластичность, большее набухание / усадку и большее изменение объема в зависимости от нагрузки на нее.Таким образом, вода влияет на глинистые минералы. Например, содержание воды изменяет пределы консистенции, что влияет на пластичность грунта. В конечном итоге изменение пластичности глины напрямую влияет на механическое поведение почвы. Исследования обычно принимают глины как полностью насыщенные в геотехнической инженерии. Следовательно, на поведение глин влияет расположение отдельных частиц глины и содержание воды в порах. Поверхности глин заряжены отрицательно, поэтому они имеют тенденцию адсорбировать положительно заряженные катионы в поровой воде.Таким образом, катионы на поверхности частицы глины, попадающие в воду, распространяются в жидкость. Это покрытие называется двойным слоем. Вкратце, катионы распределяются вокруг отрицательно заряженной поверхности частиц глины с наибольшей плотностью у поверхности и меньшей плотностью с увеличением расстояния от поверхности. Катионы образуют положительно заряженный слой, а двойной слой создается с отрицательно заряженной поверхностью частиц глины. Двойной слой влияет на расположение частиц глины, а значит, и на физические и механические свойства почвы [6].Взаимодействие этих сил в значительной степени определяет инженерное поведение грунтов. В то же время это взаимодействие приводит к образованию различных составов и поселений в почвенных плоскостях, которые определяются как структуры в глинистых почвах [4]. Температура окружающей среды, осадки, уровень грунтовых вод, рН и соленость - все это играет роль в свойствах глины, а также в преобразовании породы в глину. Глина, полученная из одной и той же породы, может быть разной в разных условиях окружающей среды.

Рис. 3.

Отображение частиц глины и заряда поверхности.

2.3. Структура глины и физико-химические свойства

Вокруг глины, покрытой жидкостью, имеются изменяющиеся на расстояние двухтактные кривые. Если есть сила, поднимающая два глинистых минерала, частицы слипаются. Это называется флокуляцией. Если результирующая сила является осевой, частицы отделяются друг от друга; это называется дисперсией. Ориентация частиц почвы варьируется от флокулированной до дисперсной (рис. 4).Силы между частицами важны для глины, потому что поведение глины зависит от геологической истории и структуры. Эта разница в ориентации мелкозернистых грунтов влияет на инженерное поведение грунта. Геологический процесс образования почв в природе определяет их расположение. По этой причине инженерно-геологические исследования интересуются физическим и механическим поведением грунтовых конструкций, а также прочностью между структурой, текстурой и характеристиками грунтов.Существует множество исследований, посвященных влиянию ориентации почвы на свойства почвы, такие как прочность, гидравлическая проводимость и набухание-усадка по отношению к каждой частице [7–12]. Ingles [7] исследовал ткань почвы во время уплотнения. За счет увеличения степени ориентации частиц общий объем пустот уменьшился.

Рис. 4.

Ориентация частиц глины.

Флокуляция увеличивается в зависимости от концентрации электролита, валентности иона, температуры, уменьшения диэлектрической проницаемости, диаметра гидратированных ионов, значения pH и количества ионов, поглощенных поверхностью.Инженерные свойства почвы зависят от размера, формы, большой площади поверхности и отрицательного поверхностного заряда частиц глины. В 1925 году Терзаги предложил концепцию расположения глины. Он сказал, что глинистые минералы прилипают друг к другу в точках соприкосновения с силами, достаточно сильными, чтобы образовать сотовую структуру. В 1932 году Касагранде показал, что эта сотовая форма представляет собой особую структуру в глинистых почвах, и эта структура может варьироваться в зависимости от многих характеристик окружающей среды [4].На рис. 5 показано дальнейшее сжатие по мере отстаивания почвы. Позже другие исследователи также предложили тканевые модели [13–17].

Рис. 5.

Модель ткани Касагранде (1932 г.) [4].

Коллинз и МакГаун [17] определили расположение элементарных частиц, сборки частиц и поровые пространства в модели ткани. Исследователи представили расположение элементарных частиц, состоящее из одной глины, ила или песка, которое показано на рис. 6a и b; групповой эффект глиняных плит показан на рисунке 6c, а взаимодействие между илом и песком показано на рисунке 6d.Сборки частиц содержат одно или несколько наборов элементарных частиц или небольших кластеров частиц. Поровое пространство определяется расстоянием между компоновками элементарных частиц и сборками частиц. Беннет и Хулберт [18] предположили, что структура почвы в основном определяется физическим расположением частиц, которое достигается во время отложения отложений физико-химическими условиями среды отложения. Ткани почв описывают кластеры, кластеры образуются другими кластерами, а пространство между кластерами и структура почв описывает ткань, содержание минералов и силы дезактивации.Кроме того, ткани почв иногда можно увидеть под микроскопом. Структуру почв можно более подробно изучить с помощью рентгеновского дифрактометра (XRD) и растрового электронного микроскопа (SEM).

Рисунок 6.

Расположение частиц глины [11]. а) элементарные частицы глины; (б) расположение элементарных частиц песка и ила; в) глинистые комплексы; (d) расположение ила и песка, покрытых глиной; (e) не полностью определенная договоренность.

3. Роль глины в инженерно-геологических изысканиях

В исследованиях поведения почвы, которые не учитывают физико-химические и микроструктурные свойства глинистых грунтов, может отсутствовать важная информация о физических и механических свойствах почвы.Это связано с тем, что большинство физических и механических свойств можно объяснить физико-химическими и микроструктурными свойствами почвы. В общем, глина - нежелательный материал, потому что она создает серьезные инженерные проблемы. В отличие от других минералов того же размера, глина при смешивании с водой образует грязь. Глина пластична, ее можно формовать в тесто, а при приготовлении она превращается в твердое вещество с большим приростом прочности. Глина обычно увеличивает объем во влажном состоянии, а после высыхания ее объем уменьшается, что создает множество трещин.

3.1. Физико-механическое поведение глины

В геотехнической инженерии важно определить тип глины, так как тип напрямую влияет на важные свойства глины, такие как пределы Аттерберга, гидравлическую проводимость, набухание-усадку, оседание (сжатие) и сдвиг. сопротивление. Пределы Аттерберга, известные как пределы консистенции, определяют взаимосвязь между частицами почвы и водой и состоянием почвы относительно изменяющегося содержания воды. С увеличением содержания влаги глина переходит из твердого состояния в полутвердое, в пластичное и в жидкое состояние, как показано на Рисунке 7.На Рисунке 7 смесь глины и воды показывает общее уменьшение объема, которое эквивалентно объему воды, потерянной вокруг пределов жидкости и пластичности, когда глина переходит из жидкого состояния в сухое, и если уменьшение содержания воды продолжается, нет наблюдается уменьшение объема. Это предельное значение называется пределом усадки. Следовательно, предел усадки - это содержание влаги, при котором объем почвы не будет уменьшаться, если содержание влаги уменьшится. Предел пластичности - это содержание влаги, при котором почва переходит из полутвердого в пластичное (гибкое) состояние.Предел жидкости - это влажность, при которой почва переходит из пластичного в вязкое жидкое состояние [19]. В геотехнической инженерии обычно используются пределы жидкости и пластичности. Эти пределы используются для классификации мелкозернистого грунта в соответствии с Единой системой классификации почв, системой AASHTO или TS1500 (Турция).

Рисунок 7.

Зависимость водности почв от объема.

3.1.1. Гидравлические свойства проводимости глины

Вода представляет собой проблему в инженерно-геологических изысканиях, например, вода в пустотах в массиве грунта, течет в порах или в давлении или напряжении, которое вода создает в порах.Глина играет важную роль в возникновении проблем с водой, особенно на мелких почвах, и эти проблемы включают проблемы проницаемости, сопротивления сдвигу, схватывания и набухания. Кроме того, дополнительными проблемами могут быть капиллярность, замерзание и инфильтрация. Конструкции, построенные на глине, и устойчивость откосов особенно проблематичны при воздействии воды. Плотины и дамбы также вызывают разрушение конструкций без протечек и трубопроводов [4]. Следовательно, необходимо оценить количество подземной фильтрации при различных гидравлических условиях для исследования проблем, связанных с перекачкой воды для подземного строительства, и для анализа устойчивости земляных дамб и грунтовых подпорных сооружений, которые подвергаются фильтрующим силам [19].

Коэффициент гидравлической проводимости, обычно используемый в геотехнической инженерии, также используется для определения проницаемости. Гидравлическая проводимость - это свойство, которое выражает то, как вода течет в почве. Почвы проницаемы из-за наличия взаимосвязанных пустот, через которые вода может течь из точек высокой энергии в точки низкой энергии [4]. Вязкость жидкости, распределение пор по размерам, гранулометрический состав, коэффициент пустотности, шероховатость частиц и степень насыщения почвы влияют на гидравлическую проводимость почвы.Глиняная почва имеет электрические ионы, поэтому гидравлическая проводимость глин влияет на концентрацию ионов и толщину слоев воды, удерживаемых на частицах глины. В таблице 1 приведены типичные значения для почв. Значение гидравлической проводимости грунтов определяет испытание постоянным напором (для грубых грунтов) и испытание падающим напором (для мелкозернистых грунтов) [19].

Тип грунта k (см / с)
Чистый гравий 100–1.0
Крупный песок 1,0–0,01
Мелкий песок 0,01–0,001
Глина илистая 0,001–0,00001
Глина <0,000001

Таблица 1

Гидравлическая проводимость грунтов [19].

3.1.2. Поведение глины при набухании-усадке

Эффект набухания-усадки на мелкозернистых грунтах часто рассматривается как проблема в инженерно-геологических приложениях.Усадочные свойства глинистых грунтов эффективно снижают прочность откоса и несущую способность фундамента. Усадка обычно проявляется в результате испарения в засушливом климате, уменьшения количества грунтовых вод и внезапных засушливых периодов. Набухание можно увидеть из-за поднимающейся воды. Эти изменения объема вредны для тяжелого строительства и дорожных покрытий. Набухание возникает, когда внутреннее давление превышает давление покрытия или конструкции. Материальный ущерб от набухания-усадки почв более вероятен в Соединенных Штатах из-за более высокого давления воды, наводнений, тайфунов и землетрясений [4].

Джонс и Хольц [20] подсчитали, что усыхание и набухание почвы ежегодно наносят ущерб небольшим зданиям и дорогам в США примерно на 2,3 миллиарда долларов. Этот ущерб вдвое превышает ущерб от наводнений, землетрясений и ураганов. Крон и Слоссон [21] подсчитали, что ежегодно набухающие почвы причиняют ущерб примерно в 7 миллиардов долларов. По данным Холтса и Харта [22], 60% из 250 000 недавно построенных домов несут незначительные обширные повреждения почвы и 10% несут значительные обширные повреждения почвы каждый год в Соединенных Штатах.Кодуто [2] отметил, что обширные почвы нанесли зданию ущерб на сумму 490 000 долларов за 6-летний период. Ориентировочная годовая стоимость из-за значительных структурных повреждений, таких как трещины на проезжей части, тротуарах и цокольных этажах, пучение дорог и дорожных конструкций, списание зданий; а нарушение работы трубопроводов и других коммунальных служб в Колорадо, по данным AMEC [23], составляет 16 миллиардов долларов.

Давление набухания зависит от типа глинистого минерала, структуры и ткани почвы, катионообменной способности, pH, цементации и органических веществ.Любая связная почва может включать глинистые минералы, но минералы монтмориллонитовой или бентонитовой глины более активны в отношении набухания-усадки. Набухание рассчитывается путем экспериментов по набуханию с химическим и минералогическим анализом, индексами почвы и некоторыми эмпирическими формулами из классификаций почв. Предел усадки определяется на основании лабораторных испытаний или приблизительного расчета, рекомендованного Casagrande. Свойства глины улучшаются за счет химических добавок, таких как цемент, известь, известково-летучая зола, цементно-летучая зола, хлорид кальция и т. Д.[24].

Сооружения переносят нагрузки на грунт через свои основания. Напряжение, создаваемое конструкцией, сжимает грунт. Это сжатие массы грунта приводит к уменьшению объема массы, что приводит к оседанию конструкции, и это следует удерживать в допустимых пределах. Поэтому перед началом строительства следует оценить осадку (сжатие). Осадка определяется как сжатие слоя почвы из-за строительства фундамента или других нагрузок.Сжатие проявляется в деформации, перемещении частиц почвы и вытеснении воды или воздуха из пустот. В целом осадка почвы под нагрузкой делится на три категории: немедленная или упругая осадка, которая вызывается упругой деформацией сухой почвы или влажных и насыщенных грунтов без изменения содержания влаги; оседание первичного уплотнения, которое является результатом изменения объема насыщенных связных грунтов из-за вытеснения воды, занимающей пустоты; и вторичная осадка уплотнения - это изменение объема при постоянном действующем напряжении из-за пластической регулировки грунтовых тканей [19].Осадка консолидации наблюдается, когда сооружение строится на насыщенной глине или когда уровень воды постоянно понижается. Одновременно наблюдается оседание уплотнения под собственным весом или весом грунта, который существует над глиной. Уплотнение глины занимает много времени, и причина этого - низкая гидравлическая проводимость и медленный дренаж глины. Осадку почвы определяют путем одномерного уплотнения (одометр) и гидравлического уплотнения (Роу).В экспериментах регистрируются вертикальные нагрузки и коэффициент пустотности. После этого соотношение между давлением и коэффициентом пустотности определяется по данным измерений. Эти данные также полезны при определении коэффициента консолидации. Коэффициент консолидации определяется методом корня из времени и методом log-t. На рисунке 8 показана взаимосвязь между коэффициентом пустотности и напряжением для типичного теста одометра на уплотнение.

Рисунок 8.

График типичного теста для проверки консолидации с помощью одометра.

3.1.3. Поведение глины при сдвиге

Прочность грунта на сдвиг - один из наиболее важных аспектов геотехнической инженерии. Прочность грунта обеспечивает безопасность геотехнических сооружений. Несущая способность, устойчивость откосов и несущая стена оснований зависят от прочности грунта на сдвиг. Разрушение грунтов происходит в виде сдвига. Если напряжения в грунте превышают предел прочности на сдвиг, происходит разрушение. Разрушение почвы при сдвиге зависит от взаимодействия между частицами почвы.Эти взаимодействия делятся на силу трения и прочность сцепления [2]. Когда глинистые почвы подвергаются сдвигу, изменение объема дренажного сдвига зависит от давления окружающей среды, а также от истории напряжений почвы. Кроме того, нагрузка на глинистые почвы не позволяет воде выходить из пор, и, таким образом, создается избыточное давление воды. Если нагрузка не вызывает разрушения, избыточное давление воды гасится, происходит уплотнение и наблюдается изменение объема.Длительный процесс изменения объема глин объясняется очень низкой гидравлической проводимостью. Определение прочности глины на сдвиг выполняется с помощью испытания на прямой сдвиг, испытания на трехосное сжатие, испытания на лопатку и стандартных испытаний на проникновение [4]. На рисунке 9 представлена ​​взаимосвязь между напряжением сдвига и нормальным напряжением для типичного испытания на прочность на сдвиг и испытания на трехосное сжатие. После построения диапазона разрушения вычисляются сцепление (c) и угол внутреннего трения (f).

Рисунок 9.

График типичного испытания на прочность на сдвиг при испытании на трехосное сжатие.

3.2. Физико-химические и микроструктурные свойства глины

Для определения физико-химических и микроструктурных свойств глинистых почв обычно используются рентгеновский дифрактометр (XRD) и сканирующий электронный микроскоп (SEM). Кроме того, для определения физико-химических свойств и структуры почв используются pH-тест, электропроводность, емкость катионного обмена, гелиевый пикнометр, ртутная порозиметрия (MIP), анализ площади поверхности (SSA), Brunauer-Emmett-Teller ( BET) или аналогичным образом проводят тест с дзета-потенциалом и дисперсией по длине волны рентгеновской флуоресценции и дифференциальный термический анализ (DTA).Значение pH указывает на степень присутствия ионов H + или OH–. Изменение pH влияет на отношения почвы и воды. Низкий pH указывает на флокуляцию, а высокий pH указывает на дисперсию. Электропроводность глины определяется числом и типом ее ионов. Катионообменная емкость - это мера способности вытеснения изоморфов. Изоморфное смещение - это когда остаются другие ионы с валентностью, равной или отличной от валентности этих ионов. Это изменение возникает из-за несбалансированного электрического заряда при каждом изменении.Чтобы предотвратить этот дисбаланс, катионы в окружающей среде попадают на края глин и между блоками.

Анализ с помощью рентгеновского дифрактометра (XRD): Минералогический состав почвы имеет решающее значение из-за его значительного влияния на поведение почвы; почвы в первую очередь подвержены влиянию физических, химических и механических свойств глины и содержания минералов. В геотехнике важно определить тип минералов, присутствующих в глине, а также их пропорции, чтобы понять механическое поведение.Кривая XRD для типичной глины показана на рисунке 10. Картины дифракции рентгеновских лучей глины показывают минералогический состав монтмориллонита, анортита, кварца, кальцита и кремнезема.

Рис. 10.

Кривая XRD для типичной глины.

Порозиметрический анализ проникновения ртути (МИП): в инженерно-геологической сфере распределение пор по размерам глины существенно влияет на геотехническое поведение почвы. Распределение размеров пор для типичной глины, полученной при испытаниях MIP, показано на Рисунке 11.На этом рисунке показана взаимосвязь между возрастающим проникновением и диаметром пор.

Рис. 11.

Распределение пор по размерам для типичной глины по результатам испытаний MIP.

Сканирующий электронный микроскоп (СЭМ): микроструктура почв, особенно глин, наблюдается с помощью универсального аналитического сканирующего электронного микроскопа со сверхвысокой разрешающей способностью. СЭМ обеспечивает высокий уровень увеличения. Образцы почвы, увеличенные до 1 000 000 раз, позволяют оценить различия на поверхности путем визуализации структур поверхности.Изменения микроструктурного развития почв играют важную роль в их поведении. В частности, эти параметры могут привести к лучшему пониманию инженерных свойств уплотненных грунтов. СЭМ-изображения типичных глин представлены на рисунке 12. Таким образом, в образцах почвы наблюдаются флокулированные и диспергированные структуры.

Рис. 12.

СЭМ-изображения типичной глины для различного увеличения (a. 1000 ×, b. 10 000 ×, c. 35 000 ×).

Анализ площади поверхности (SSA): На удельную поверхность влияет гранулометрический состав, а также типы и количества различных глинистых минералов.На удельную поверхность влияют физико-химические свойства почв.

4. Предыдущие связанные исследования

Глинистые почвы играют важную роль при строительстве зданий, плотин, дорог, аэропортов, тротуаров и автомагистралей [25–34]. Необходимо решить почвенные проблемы, встречающиеся в инженерно-геологических изысканиях. Благодаря двойному слою глина может впитывать воду в 10–500 раз больше собственного веса. Кроме того, это считается проблемной почвой, которая может оседать под нагрузкой, набухать или сжиматься при попадании воды.Karmi et al. [26] исследовали два тематических исследования насыпных дамб в Иране. Исследователи указали, что для больших плотин угол внутреннего трения играет более важную роль в анализе устойчивости, чем параметр сцепления. Abalar [28] исследовал различное содержание мелких частиц и их влияние на трехосное поведение крупного песка. Следовательно, высокая сжимаемость и другое глиноподобное поведение смесей объяснялись характеристиками частиц (размером и формой). Shanyoug et al. [31] исследовали влияние мелкодисперсных частиц на механическое поведение полностью разложившегося гранита во время динамического уплотнения цементного раствора.Следовательно, исследователи указали, что эффективность уплотнения увеличивается с увеличением содержания мелких частиц.

Naik et al. [32] исследовали поселение в институциональном здании, расположенном в Южном Гоа, Индия. В этом здании образовались трещины, когда конструкция достигла уровня балок. Некоторые фундаменты были расположены в рыхлом насыпном грунте, в соответствии со стандартным тестом на проникновение, и, таким образом, наблюдалась дифференцированная осадка фундаментов. Дафалла [34] исследовал сцепление и угол внутреннего трения для зернистых грунтов, используя испытание на прямой сдвиг для различного содержания глины и различного содержания влаги.Следовательно, исследователи наблюдали резкое падение когезии и угла внутреннего трения во влажной смеси глины и песка, когда содержание глины было высоким. Кроме того, многие исследователи изучали инженерно-геологические свойства глин и их микроструктуру [35–39]. Rajasekaran et al. [35] исследовали влияние извести и гидроксида натрия на микроизменения в двух морских глинах с помощью сканирующей электронной микроскопии (SEM). Эти исследователи предположили, что добавление извести и гидроксида натрия создает оптимальную пуццолановую реакцию.

Horpibulsuk et al. [36] исследовали развитие прочности и изменения микроструктуры стабилизированной илистой глины. Для качественного и количественного анализа микроструктур образцов были проведены исследования с использованием SEM, проникновения ртути и термогравитационного анализа. Исследователи предположили, что объем крупных пор увеличился из-за наличия более крупных частиц за короткий период времени, тогда как объем мелких пор уменьшился из-за затвердевания гидратированного цемента.Некоторые исследования показали, что пределы Аттерберга и гранулометрический состав являются индикаторами минералогии почвы и для определения многих свойств мелкозернистой почвы [37–38]. В то же время пределы Аттерберга влияют на гранулометрический состав и минеральный состав. Например, увеличение площади поверхности наблюдается при увеличении пределов жидкости [37, 40–43]. Грабовская-Ольшевская [44] исследовала взаимосвязь между коллоидной активностью и удельной поверхностью модельных почв из смесей каолинита и бентонита.Исследователи заметили, что при увеличении глинистой фракции увеличивается и общая площадь поверхности. Rahardjo et al. [45] исследовали индексные свойства и испытания инженерных свойств остаточных грунтов из двух основных геологических формаций в Сингапуре. Эти исследователи предположили, что вариации индекса и инженерных свойств остаточных грунтов на разных глубинах в значительной степени зависели от распределения пор по размерам, которое варьируется в зависимости от степени выветривания.

Dananaj et al.[46] исследовали микроструктурное образование и геотехнические свойства Ca-бентонита и Na-бентонита с помощью XRD, химического анализа и сканирующей электронной микроскопии (SEM). Исследователи предположили, что различия в качестве бентонита и количестве смектита влияют на проницаемость. Димитрова и Янфул [47] исследовали факторы, влияющие на сопротивление сдвигу хвостов горных выработок. Эти исследователи предположили, что добавление глины в хвосты рудника вызовет снижение силы трения, но величина этого уменьшения была больше, когда глина была бентонитом, и ниже, когда она была каолинитом.Для стабилизации глин обычно требуются песок, известь, цемент и летучая зола в качестве добавочных материалов. Стабилизация почвы с помощью добавок - самый старый и самый распространенный метод улучшения почвы. Известные применения датируются еще древнегреческими, египетскими и римскими временами [48]. В глинистых почвах предпочтение отдается песку из-за простоты его применения и экономичности. Некоторые исследователи наблюдали глины со стабилизацией песка для изучения механических и микроструктурных изменений почв [49–56].Другие исследователи использовали химические добавки (известь, цемент, летучую золу и битум) для стабилизации глинистых почв [57–62]. Химическая стабилизация может быть наиболее экономичным и практичным методом стабилизации грунта, а также для проблемных грунтов под существующими конструкциями.

Аль-Мухтар и др. [61] исследовали влияние известковых стабилизаторов на геотехнические свойства высокопластичной глины с использованием микроскопических данных. Эти исследователи предположили, что обработка экспансивного поведения почвы в геотехнических свойствах была вызвана в первую очередь пуццолановой реакцией.Аль-Мухтар и др. [62] исследовали расход извести на 10% -ное улучшение извести, каолинит, иллит, смектит-каолинит, смектит-иллит и смектит, используя дифракцию рентгеновских лучей и термогравиметрические тесты. Эти исследователи предположили, что количество извести, потребляемой во время кратковременной реакции, варьируется от нуля для каолинита до максимального для смектита натрия. Хемисса и Махамеди [63] изучали улучшение с помощью смеси цемента и извести в различных соотношениях на расширяющейся переуплотненной глине. Эти исследователи наблюдали увеличение прочности и долговечности почвы за счет реакции между почвой и добавочными материалами.При химической стабилизации происходят катионообмен, флокуляция и агломерация, реакции карбонизации и пуццолановые реакции. Обрабатываемость почвы влияет на механизмы катионного обмена, флокуляции и агломерации, и, кроме того, несущая способность влияет на реакции карбонизации и пуццолановые реакции [64].

Кроме того, глина во многих случаях желательна из-за ее свойств, которые могут быть использованы при проектировании инженеров-геологов. Глина обеспечивает непроницаемость насыпных дамб, а глина для захоронения отходов обеспечивает эффективную поддержку в виде гелеобразной суспензии для необработанных почв при выемке для удержания воды в пруду.Глина также становится вяжущим материалом, когда она в определенном соотношении соединяется с крупнозернистыми почвами.

5. Выводы

Геотехническая инженерия - одна из важнейших частей любого строительства. Как бы хорошо ни была спроектирована надстройка, начинать строительство нет смысла, если не учтены грунтовые материалы. Как сказал Карл Терзаги в 1939 году, : «… В инженерной практике трудности с почвами почти исключительно связаны не с самими почвами, а с водой, содержащейся в их пустотах.На планете без воды не было бы необходимости в механике почвы. ”Недостаточно видеть почву только с поверхности, также необходимо определить, меняются ли классы почвы и грунтовые воды. Глина оказывает большое влияние на инженерное поведение грунтов. Глинистые почвы встречаются в природе. Отложения, выветривание и напряжения во время геологических процессов гарантируют, что естественная структура отличается. В геотехнической инженерии, помимо определения свойств осадки, набухания и прочности, при обнаружении глины необходимо знать минеральные свойства почвы, структуру и прочность частиц.В этой главе были рассмотрены свойства глины, роль глины в инженерно-геологических и геотехнических исследованиях глины. В этой главе были определены важность и преимущества определения свойств глины до строительства здания. Следовательно, показано, что глина имеет разные свойства, и понятно, что некоторые почвы ведут себя по-разному. Эта глава содержит материалы, взятые из различных источников, а также обзор литературы и предоставит доступную информацию для инженеров-строителей и инженеров-геологов относительно глины.

.

Смотрите также


Оцените статьюПлохая статьяСредненькая статьяНормальная статьяНеплохая статьяОтличная статья (проголосовало 13 средний балл: 5,00 из 5)
Загрузка...