Крупнообломочные породы: характеристики и свойства

Крупнообломочные (грубообломочные) породы могут состоять из разнообразных механических элементов — от глыб до глинистых частиц. Характеризуются эти грунты олигомиктовым и полимиктовым составом. Скелетная часть их состоит из обломков пород и зерен первичных минералов. Среди окатанных обломков (валунов и галек) непрочные породы (глинистые алевролиты, аргиллиты и др.) встречаются редко.

Валуны, камни и глыбы по размеру (в мм) разделяют на мелкие (200-400), средние (400-800) и крупные (800 и более). Форма и степень окатанности гравийных зерен существенно зависят от продолжительности и интенсивности обработки материала в процессе транспортировки. В речном и морском виде они хорошо окатаны, в ледниковом — намного меньше. В зависимости от преобладания и окатанности той или иной фракции грунты называют валунными (глыбовыми), если обломков крупнее 200 мм больше 50%, галечными (щебнистыми), если зерен крупнее 10 мм более 50% и гравийными (дресвяными, хрящеватыми), если зерна крупнее 2 мм составляют более 50%. Естественный щебень и дресва — продукты вулканических извержений или физической дезинтеграции пород. Состав грунта этого вида может быть различным, форма их неправильная, угловатая или плитчатая.

В строительной практике гравий и щебень широко используют при устройстве дорожных оснований и покрытий, для балластного слоя и в насыпях железных дорог, для приготовления бетонов. Для различных случаев применения этих грунтов существуют стандарты, которыми нормируется зерновой, минеральный и петрографический состав, прочность, морозостойкость, содержание органических и водорастворимых веществ. При исследовании крупнообломочных пород обращают внимание на петрографический, минеральный и гранулометрический состав обломков и зерен, слоистость, размер и форму прослоев, и их распределение в массиве. Важное значение имеет выделение основы, т. е. крупнообломочной части породы и заполнителя — ее мелкоземистой части (песок, суглинок, глина). Такое разделение проводят на основе наблюдения породы в обнажениях и искусственных выработках и по данным о гранулометрическом составе.

Резкие уступы в очертании суммарной кривой гранулометрического состава указывают на преобладание соответствующих фракций. Пологая форма кривой свидетельствует о разнозернистом (неоднородном) составе породы. По соотношению между основой и заполнителем и по некоторым другим признакам выделяют следующие основные текстуры крупнообломочных пород: беспорядочную, гнездовую, псевдопорфировую, косослоистую и бутовую. При беспорядочной и гнездовой текстурах крупные обломки расположены беспорядочно или отдельными гнездами. Псевдопорфировая текстура характеризуется небольшим количеством крупнообломочного материала: основой служит мелкоземистая часть породы. Косослоистая текстура встречается преимущественно в гравийно-песчаных грунтах. При бутовой текстуре их основа состоит из соприкасающихся обломков, промежутки между которыми заполнены мелкоземом.

Водопроницаемость и физико-механические свойства крупнообломочных типов зависят от свойств основы и заполнителя и соотношения между ними. При беспорядочной, гнездовой и псевдопорфировой текстурах водопроницаемость грунтов определяется главным образом содержанием и свойствами мелкозема, а также относительным участием его в выполнении сечения, перпендикулярного потоку воды. Крупнообломочный материал уменьшает площадь фильтрации и понижает водопроницаемость. Последнее свойство целесообразно определять только при полевых исследованиях.

Крупнообломочные грунты исследованы в меньшей степени, чем песчано-глинистые. Методика их изучения отличается некоторой специфичностью. Гранулометрический состав крупнообломочных видов определяют с помощью ряда методов: грохочения, ситового, пипеточного и ареометрического анализов. Выбор его зависит от индивидуальности случая. Грохочение проводят в полевых условиях на больших пробах (300-2000 кг). Оно позволяет разделить пробу на фракции (в мм): более 100, 100-60, 60-40, 40- 20 и менее 20. Валуны и камни учитывают путем зарисовки или фотографирования текстуры породы в обнажениях и выработках.

Форма обломков и зерен и их окатанность имеют важное значение. По форме можно судить об условиях переноса, она оказывает влияние на такие свойства, например, как объемная масса скелета грунта, коэффициент фильтрации и угол внутреннего трения. В крупнообломочных грунтах различают влажность:

• крупных зерен и обломков;
• песчано-глинистого заполнителя;
• валовую.

Первая практически постоянна и мала, так как пористость скальных пород весьма незначительная.

8.2 Крупнообломочные и песчаные грунты, их характеристика

К ним относят несцементированные залежи
обломков, между которыми нет структурных
связей. Прочность грунтов зависит от
того, из обломков, каких пород они
сложены. Укладка обломков может быть
рыхлая и плотная. Наибольшую прочность
имеют грунты, у которых промежутки между
обломками заложены мелкими частицами.
Под нагрузкой практически не уплотняются
и являются надежным основанием для
сооружений. Характеризуются
водопроницаемостью. Свойства
крупнообломочных грунтов зависят от
степени выветренности, различают
невыветренные при значении коэффициента
выветренности Кв<0,5, выветренные –
0,5<Кв<1,0. Коэффициент выветривания
определяется после испытания.

Песчаные грунты. В состав входят разные
по крупности пески, находящиеся в сыпучем
или текучем состоянии. При увлажнении
песок приобретает небольшую свежесть.
Пески могут быть в рыхлом и плотном
состоянии. Плотность оценивают степенью
плотности ID. Определяют
по формуле

I_D
= ( e_max
– e₀
) / ( e_max
– e_min
)

где е_max
– коэффициент пористости грунта в
рыхлом состоянии; е_min
– коэффициент пористости грунта в
плотном состоянии; е₀
– коэффициент пористости грунта в
природном состоянии

По величине: I_D=
от 0 до 0,33 – песок рыхлый; I_D
= от 0,33 до 0,66 – песок средней плотности;
I_D
= от 0,66 до 1 – песок плотный.

Песок обладает водопроницаемостью. Под
давлением уплотняется незначительно.
Пески являются устойчивым и надежным
основанием для инженерных сооружений.
Крупнообломочные и песчаные грунты
характеризуются гранулометрическим
составом, то есть наличие частиц
определенной крупности зерен.

Основой глинистых грунтов являются
глинистые и пылеватые частицы, которые
являются продуктами распада и разложения
минералов. Связь между минеральными
частицами осуществляется через пленку
воды, что определяет связность и
пластичность глины. Свойства глинистых
грунтов зависят от степени влажности.
Если содержится только связанная вода,
то грунт имеет свойство твердого тела,
при наличии рыхлосвязанной воды грунт
остается пластичным. Общее количество
воды, содержащееся в грунте естественного
залегания, составляет естественную
влажность грунта w. Она
выражается отношением веса воды к весу
сухого грунта (в %). Структура глинистых
грунтов определяет его свойства. При
насыщении водой, в малом количестве
глинистые грунты размягчаются, затем
переходят в пластичное и текучее
состояние; wp – нижний
предел пластичности (предел раскатывания),
соответствует влажности при которой
грунт переходит в твердое состояние.
wт – верхний предел
пластичности (предел текучести) отвечает
влажности (в %), выше которой грунт
переходит в текучее состояние. Разность
между wт и wp
называется числом пластичности (I_р).
Величина зависит от гранулометрического
состава. Для супесей I_р
= l … 7, суглинки I_р
=7…17; глины I_р
>17

На состояние глинистых грунтов влияет
консистенция. Показателем является
индекс текучести:

I_L
= ( ω
– ω_P
) / I_P

Размокание – при погружении в воду
глинистые грунты одни распадаются
полностью, другие — частично, третьи —
сохраняют свою целостность в течение
времени. В зависимости от этого грунты
бывают неводостойкие, слабо водостойкие
и относительно водостойкие.

Глинистые грунты наиболее распространенные
основания.

Лекция 9. Гидрогеология

9.1 Происхождение и виды подземных вод

Воды, находящиеся в верхней части земной
коры, называются подземными водами.
Наука, изучающая подземные воды, их
происхождение, условия залегания, связь
с атмосферными и поверхностными водами,
называется гидрогеологией.

Для строительства подземные воды в
одном случае служат источником
водоснабжения, в другом – фактором,
затрудняющим строительство. Подземные
воды ухудшают механические свойства
рыхлых и глинистых пород, являются
агрессивной средой по отношению к
строительным материалам.

В природе существует малый и большой
круговорот воды в природе:

– Малый – море-атмосфера-море.

– Большой – море-атмосфера-суша-море.
При большом круговороте, после выпадения
на сушу, вода возвращается в море путем
поверхностного стока и виде подземных
вод.

Существует 3 способа образования поземных
вод: инфильтрации, конденсации, ювенильный.

Инфильтрации – образуются из атмосферных
осадков, которые, просачиваясь через
слой земли, встречают водоупорный пласт.
Вода задерживается, заполняет пустоты,
создает водоносные горизонты.

Конденсации – образуются за счет
разности температур на поверхности и
внутри земли, происходит конденсация
паров и формирование подвешенного
горизонта подземных вод.

Ювенильные – возникают в глубине земли
за счет кислорода и водорода, выделяемого
магмой. Встречаются на поверхности
земли в виде горных источников.

В зонах замедленного и весьма замедленного
водообмена образуются минерализованные
(соленые) воды так называемого
седиментационного происхождения. Эти
воды возникли после образования
(седиментации) древних морских осадков
в начале геологической истории земной
коры.

Различия между крупнозернистой и мелкозернистой почвой

🕑 Время чтения: 1 минута

Крупнозернистая почва и мелкозернистая почва — это два разных типа почвы, которые можно идентифицировать на основе их текстуры или «ощущения» и частиц. размер. Очень важно наблюдать за диапазоном размеров частиц в почве, так как он сильно влияет на ключевые коллоидные свойства и имеет множество технических последствий.

Уплотнение грунта, пластичность, сопротивление сдвигу, площадь поверхности, плотность упаковки и т. д. меняются в зависимости от размеров, как и поведение грунта. Размер частиц почвы обычно колеблется от 20 см в валунах до 0,1 мкм в глинистых частицах.

Физико-механические свойства крупнозернистого и мелкозернистого грунта различны и сведены в табл. 1.
Таблица 1 Различия между крупнозернистым грунтом и мелкозернистым грунтом

Крупнозернистый грунт	Мелкозернистый грунт
Крупнозернистая почва часто идентифицируется по размеру частиц или зерен.	Идентифицируется на основе пластичности
Отдельные частицы видны невооруженным глазом.	Отдельные частицы не видны невооруженным глазом.
Делится на два класса: песок и гравий.	Делится на ил и глину.
Форма зерен варьируется от округлой до угловатой	Ил, как правило, имеет сферическую форму, а частицы глины чешуйчатые
Частицы диаметром более 4,75 мм называются гравием, а частицы диаметром от 4,75 мм до 75 микрон называются песком.	Мелкозернистые частицы почвы диаметром от 75 до 2 микрон называются илом, а частицы диаметром менее 2 микрон называются глиной
Крупнозернистые почвы имеют 50% или менее материала, проходящего через сито № 200	Мелкозернистые почвы имеют 50% или более материала, проходящего через сито № 200.
Технические свойства, такие как прочность и сжимаемость крупнозернистого грунта, определяются размером частиц и их структурным расположением.	Инженерные свойства мелкозернистого грунта определяются минералогическими факторами и влажностью.
Нет существенного изменения прочности при изменении влажности.	Изменение прочности при изменении влажности
Крупнозернистый грунт описывается на основе его градации (хорошо или плохо), формы частиц (угловатые, полуугловатые, округлые или полуокатанные) и минералогических компонентов.	Мелкозернистый грунт описывается в зависимости от его прочности в сухом состоянии, дилатансии, дисперсности и пластичности.
Обладает хорошей несущей способностью	Обладает хорошей несущей способностью в сухом состоянии; однако он обладает небольшой несущей способностью или вообще не обладает несущей способностью, если он влажный. Эта характеристика особенно характерна для глины.
Крупнозернистый грунт свободно дренируется	Мелкозернистая почва непроницаема из-за малого размера частиц.
Изменение влажности не влияет на его объем; однако вибрация усиливает изменение объема в свободном состоянии	Изменение объема происходит при изменении содержания влаги.
Крупнозернистая почва кажется песчаной при прикосновении рукой	На ощупь он гладкий, жирный и липкий

Поделиться этой статьей

• Facebook

11.3: Свойства почвы — LibreTexts по наукам о Земле

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

• Майкл Э. Риттер
• Университет Висконсин-Стивенс-Пойнт через физическую среду

Почвы могут быть чрезвычайно сложными системами органических и неорганических компонентов. Здесь мы сконцентрируемся на нескольких наиболее важных свойствах, текстуре, структуре, цвете и химическом составе 9. 0003
Рисунок \(\PageIndex{1}\): Суглинистая сельскохозяйственная почва (источник NRCS. Используется с разрешения)

Текстура почвы

Структура почвы относится к относительной пропорции частиц песка, ила и глины в образце почвы. Частицы глинистого размера являются наименьшими и имеют размер менее 0,002 мм. Ил представляет собой частицы среднего размера размером от 0,002 до 0,05 мм. Самая крупная частица – это песок диаметром от 0,05 мм для мелкого песка до 2,0 мм для очень крупного песка. Почвы, в которых преобладает глина, называются почвами с тонкой структурой, а почвы с преобладанием более крупных частиц называются почвами с грубой текстурой. Почвоведы группируют текстуры почвы по классам текстуры почвы. А 9Треугольник текстуры почвы 0157 используется для классификации класса текстуры (см. ниже).

Рисунок \(\PageIndex{2}\): Треугольник текстуры почвы

Стороны треугольника текстуры почвы масштабируются для процентного содержания песка, ила и глины. Процентное содержание глины на левой стороне треугольника читается слева направо по треугольнику (пунктирные линии). Ил проходит сверху вниз по правой стороне и читается справа вверху влево внизу (светлые пунктирные линии). Процентное содержание песка увеличивается справа налево вдоль основания треугольника. Песок читается от нижнего правого угла к верхнему левому углу треугольника (жирные, сплошные линии). Границы классов механического состава почвы выделены синим цветом. Пересечение трех размеров треугольника дает класс текстуры. Например, если у вас есть почва с 20% глины, 60% ила и 20% песка, она относится к классу «илистых суглинков».

Самооценка \(\PageIndex{1}\)

Каков класс механического состава почвы, содержащей 45 % глины, 45 % ила и 10 % песка?

Щелевой суглинок, глина, пылеватая глина или пылеватая глина Суглинок?

Ответить

Илистая глина

Текстура почвы влияет на многие другие свойства, такие как структура, химический состав и, что особенно важно, на пористость и проницаемость почвы. Пористость почвы относится к количеству пор или открытого пространства между частицами почвы. Поры образуются в результате контактов между частицами почвы неправильной формы. Мелкозернистая почва имеет больше пор, чем крупнозернистая, потому что в единицу объема можно упаковать больше мелких частиц, чем более крупных. Большее количество частиц в единице объема создает больше контактов между поверхностями неправильной формы и, следовательно, больше порового пространства. В результате мелкозернистые глинистые почвы содержат больше воды, чем крупнозернистые песчаные почвы. Проницаемость — степень связи между порами почвы. Высокопроницаемая почва – это почва, в которой вода легко проходит через нее. Почвы с грубой текстурой, как правило, имеют большие, хорошо связанные между собой поровые пространства и, следовательно, высокую проницаемость.

Структура почвы

Структура почвы — это то, как частицы почвы объединяются в так называемые педы. Педы бывают разных форм в зависимости от текстуры, состава и окружающей среды.

Рисунок \(\PageIndex{3}\): Общие формы строения почвы

Гранулированный или структура крошки, похожая на крошку печенья. Они имеют тенденцию образовывать открытую структуру, которая позволяет воде и воздуху проникать в почву. Платиновая структура выглядит как стопки обеденных тарелок, наложенных одна на другую. Плоская структура имеет тенденцию препятствовать движению воды и корней растений вниз через почву. Следовательно, открытые структуры, как правило, лучше подходят для сельскохозяйственных почв.

Насыпная плотность грунта – это масса единицы объема, включая поровое пространство. Объемная плотность увеличивается с содержанием глины и считается мерой плотности почвы. Чем больше насыпная плотность, тем более уплотнен грунт. Компактные грунты имеют низкую водопроницаемость, препятствующую движению воды. Использование тяжелой сельскохозяйственной техники может привести к уплотнению почвы, особенно во влажной глинистой почве. Уплотнение почвы приводит к уменьшению инфильтрации и увеличению стока и эрозии.

Химия почвы

По мере того, как растительный материал умирает и разлагается, он добавляет органические вещества в виде гумуса в почву. Гумус улучшает удержание влаги в почве, влияя на химический состав почвы. Катионы, такие как кальций, магний, натрий и калий, притягиваются и удерживаются гумусом. Эти катионы довольно слабо связаны с гумусом и могут быть заменены ионами металлов, такими как железо и алюминий, высвобождая их в почву для использования растениями. Почвы, обладающие способностью поглощать и удерживать обменные катионы, обладают высокой катионообменной емкостью. Почвы с высокой емкостью катионного обмена более плодородны, чем почвы с низкой обменной способностью.

Концентрация ионов водорода в почве измеряется по шкале pH . pH почвы колеблется от 3 до 10. Чистая вода имеет pH 7, что считается нейтральным, значения pH выше семи считаются основными или щелочными , ниже семи кислыми . Большинство хороших сельскохозяйственных почв имеют pH от 5 до 7. Хотя кислые почвы представляют проблему для сельского хозяйства из-за отсутствия в них питательных веществ, щелочные почвы также могут представлять проблему. Щелочные почвы могут содержать заметные количества натрия, которые превышают толерантность растений, способствуют высокой объемной плотности и плохой структуре почвы. Щелочные почвы распространены в полузасушливых районах.

Рисунок \(\PageIndex{4}\): рН почвы

Эта страница под названием 11.3: Свойства почвы распространяется в соответствии с лицензией CC BY-SA и была создана, изменена и/или курирована Майклом Э. Риттером (The Physical Environment) посредством исходного контента, который был отредактирован в соответствии со стилем и стандартами платформа LibreTexts; подробная история редактирования доступна по запросу.

1. Наверх

• Была ли эта статья полезной?

1. Тип изделия

   Раздел или страница

   Автор

   Майкл Э.