- •Основы геологии и грунтоведения
- •Isbn 5-06-003690-1
- •Оглавление
- •Глава 1. Основные сведения о геологии 7
- •Глава 2. Земная кора и её состав 26
- •Глава 3. Грунтоведение 80
- •Глава 1. Основные сведения о геологии
- •1.1. Планета Земля
- •1.1.1. Происхождение планеты Земля
- •1.1.2. Форма Земли
- •1.1.3. Строение Земли
- •1.2. Геологическая хронология
- •1.2.1. Абсолютный возраст
- •1.2.2. Относительный возраст
- •1.2.3. Общая геохронологическая шкала
- •Глава 2. Земная кора и её состав
- •2.1. Земная кора
- •2.2. Тепловой режим земной коры
- •2.2.1. Температурные зоны
- •2.2.2. Геотермика
- •2.2.3. Многолетнемёрзлые грунты
- •2.3. Состав земной коры
- •2.3.1. Природные минералы
- •2.3.1.1. Общие сведения
- •2.3.1.2. Генезис и свойства минералов
- •2.3.1.3. Кристаллохимическая классификация минералов
- •2.3.2. Горные породы
- •2.3.2.1. Магматические породы
- •2.3.2.2. Осадочные породы
- •2.3.2.3. Метаморфические породы
- •2.3.3. Антропогенные образования
- •2.4. Расход продуктов земной коры
- •Глава 3. Грунтоведение
- •3.1. Концепция грунтоведения
- •3.2. Общие сведения о составе грунтов
- •3.3. Твёрдые компоненты грунтов
- •3.3.1. Силикаты природные (первичные)
- •3.3.2. Соли простые
- •3.3.3. Сульфиды природные
- •3.3.4. Минералы глинистые
- •3.3.4.2. Связи между минералами
- •3.3.4.3. Виды минералов
- •3.3.5 Вещества органо-минеральные
- •3.3.6. Лёд в поровом пространстве
- •3.3.6.1. Строение, виды и свойства льда
- •3.3.6.2. Мельтинг льда и режеляция воды
- •3.4. Жидкие компоненты грунтов
- •3.4.1. Вода – основная составляющая жидкого компонента
- •3.4.2. Классификация воды, пара и льда в поровом пространстве грунтов
- •3.4.2.1. Вода связанная (аномальная)
- •3.4.2.2. Вода переходного типа (от связанной к свободной)
- •3.4.2.3. Свободная вода (обычная)
- •3.4.2.4. Водяной пар (газообразная вода)
- •3.4.2.5. Лёд (твёрдая модификация воды)
- •3.5. Газообразные компоненты грунтов
- •3.5.1. Газы геологические
- •3.5.2. Газы подземные
- •3.5.3. Газы биогенные
- •3.5.4. Газы техногенные
- •3.5.5. Влияние газов на свойства грунтов
3.5.2. Газы подземные
Газы подземные, заполняющие поры почвенных и грунтовых толщ, в т.ч. деятельного слоя грунта, формируются в основном под действием атмосферного воздуха, активно участвуют в газообмене и имеют состав, близкий к составу атмосферного воздуха. Главные компоненты газа в почвах и горных породах зоны аэрации представлены углекислым газом СО2, азотом N2, кислородом О2 с примесью вышеназванных радиогенных благородных газов (He, Rn), а также метана СН4, водорода Н2.
Важной составляющей газообразных компонентов грунтов является водяной пар (4.2), газообразная вода четвёртого класса, в соответствии с классификацией воды (табл. 13). Основной характеристикой подземного и иных газов, является упругость водяного пара, измеряемая психрометром, показывающим парциальное (позднелат. partialis – частичный) давление водяного пара, содержащегося в воздухе.
Влажность грунтов, залегающих на небольшой глубине от земной поверхности, в т.ч. обнажаемых при экскавации, обычно изменяется в довольно широком диапазоне. Этот процесс обратимый и зависит от времени года и погоды. Водяные пары мигрируют в приповерхностных грунтовых толщах из зоны с бόльшей упругостью пара в зону с меньшей его упругостью. Летом водяной пар перемещается сверху вниз из верхних нагретых слоёв грунта, конденсируется на некоторой глубине, увеличивая запас влаги с выпадением подземной росы на поверхности грунтовых частиц.
Зимой, наоборот, вследствие сильного охлаждения земной поверхности, в грунте происходит миграция водяного пара из его нижних тёплых горизонтов в верхние холодные слои. Это сопровождается накоплением влаги в процессе промерзания грунтов до влажности, в десятки раз превышающей природную влажность в грунтах, обладающих газопроницаемостью и фильтрационностью.
Если упругость водяного пара в воздухе превышает упругость пара в грунтовой толще, водяной пар из приземной атмосферы естественным путём конденсируется в грунте, что наблюдается обычно в так называемую сырую погоду. Количество воды, поступающей при этом, может достигать 100 мм/год.
Процесс обратного перехода пόровой воды из жидкого в газообразное состояние – пар – называется испарением в грунтах. Переход жидкости в пар сопровождается преодолением сил молекулярного сцепления в ней, так называемых сил когезии (лат. cohaesus – сцеплённый), обусловленных химической связью и межмолекулярным взаимодействием. В грунтах испарение влаги происходит из пор, трещин, каверн и с поверхности грунтовых частиц. При этом испаряется не только свободная вода 3 класса, но и вода переходного типа (2 класса) и даже связанная вода (1 класса). Испарение в грунтах затухает по мере выравнивания парциального давления водяного пара подземного газа с давлением пара в атмосферном воздухе.
Вышеназванные особенности поведения подземного газа, наиболее характерного для деятельного слоя, существенно влияет на влажность поверхностных слоёв грунта с закономерным обратимым изменением физико-механических параметров грунтов, в т.ч. прочностных и деформационных свойств. Это приводит к необходимости соблюдения технологии и культуры производства земляных работ в строительстве.
В определённых случаях требуется реализация соответствующих упреждающих мероприятий с целью недопущения отказов оснований фундаментов или тела земляных сооружений из-за переувлажнения грунтов, потери их несущей способности, набухания либо из-за высыхания, усадки, утраты структурной прочности.