Kapitel 1. EIGENSCHAFTEN VON BODEN

a) Grobe und sandige Böden zeichnen sich durch gute Wasserdurchlässigkeit, fehlende Kapillarität aus. Verwendet als ein Entwässerungsmaterial, als Füllstoff in Beton. Haben Sie die Konnektivität nicht und schwellen Sie nicht an. Schwindung, Plastizität und Klebrigkeit fehlen. Habe hohes Kb, Wenn Bewässerungskanäle in solchen Böden verlaufen, ist es daher unerlässlich, undurchlässige Vorrichtungen vorzusehen. Tragen Sie Kies-Sand-Vorbereitung auf die Vorrichtung von Stahlbetonkonstruktionen.

b) Sandy Silt Boden in einem trockenen Zustand ist auch nicht verbunden. Wenn es angefeuchtet ist, gehen Sie in einen schwebenden Zustand über. Als Drainage-Material sind nicht sehr geeignet.

c) Sandige Böden zeichnen sich durch relativ günstige Eigenschaften aus, wenn sie als Material für die Fahrbahn von unbefestigten Straßen und an der Basis von Straßenoberflächen verwendet werden. Sie sind nicht aus Plastik oder Plastik. Im trockenen Zustand ausreichende Kohärenz; Staubbildung ist nicht signifikant, trocknet schnell, quillt nicht und hat keine Klebrigkeit. Diese Böden sind beständig gegen trockene und nasse Bedingungen, da Kombinieren Sie die positiven Seiten von Sand (große innere Reibung und gute Wasserdurchlässigkeit) und Ton (trockene Verbindung) Partikel.

d) Sandige sandige Böden sind durch das Vorherrschen von staubigen Partikeln gekennzeichnet. Im trockenen Zustand sind wenig verbunden, stark staubend. Ziemlich schnell und in großer Höhe heben sie Wasser durch eine Kapillare (bis zu 3 m), die in einigen Fällen zur Bildung von Tiefen auf den Straßen beiträgt. Sie haben geringe Plastizität und schlechte Wasserdurchlässigkeit. Auf der Straße ist nicht sehr günstig.

e) Lehmig. Unterscheiden sich in Kohärenz und unbedeutende Wasserdurchlässigkeit. Sie zeichnen sich durch Plastizität, Klebrigkeit, Quellung, Feuchtigkeitskapazität und Kapillarität aus. Schwerer Lehm schwer zu entwickeln. Langsam nach dem Benetzen trocknen. e) Ton. Gekennzeichnet durch hohe Dichte und Konnektivität. Fast durchlässig und schwer zu entwickeln. Sie haben eine große Plastizität, Klebrigkeit und Schwellung. Kapillareigenschaften sind weniger ausgeprägt als in lehmigen und schluffigen Böden. Unter Last nicht ausreichend stabil. Wenn es mit Wasser gesättigt ist, hält es es für eine lange Zeit.

Die granulometrische Zusammensetzung des Bodens ist zwar sehr wichtig, aber nicht das einzige Anzeichen, anhand dessen man die Stabilität des Bodens unter den Strukturen oder seine Verwendung als Baumaterial beurteilen kann. Für eine vollständigere und korrektere Bewertung der Eigenschaften von Böden ist es notwendig, ihre Genese, mineralogische und chemische Zusammensetzung, ihren physischen Zustand und andere Eigenschaften zu berücksichtigen.

sandiger Boden geologisch mechanisch

Einfluss der Zusammensetzung, Struktur, Beschaffenheit und Zustand der Böden auf ihre Eigenschaften

Bei der visuellen Inspektion und insbesondere beim Aushub kann sehr oft festgestellt werden, dass sie in verschiedene Formen und Größen zerfallen, die als strukturelle Aggregate bezeichnet werden. Das Konzept der Struktur- und Strukturbeziehungen ergänzt das Konzept der Böden als disperse Systeme signifikant.

Unter dem Begriff "Bodenstruktur" E.M. Sergeev schlägt vor, die Größe, Form, Beschaffenheit der Oberfläche, das quantitative Verhältnis der Bestandteile des Bodens (einzelne Partikel und Aggregate von Zement) zu verstehen. Die räumliche Anordnung der Elemente, die den Boden bilden, wird unabhängig von ihrer Größe üblicherweise als Textur des Bodens bezeichnet.

In Bezug auf den Boden beinhaltet der Begriff "Struktur" auch einen solchen Faktor, der die Eigenschaften des Bodens bestimmt, um die Elemente, aus denen der Boden besteht, miteinander zu verbinden, oder die sogenannten strukturellen Bindungen.

Nach modernen Konzepten sind strukturelle Verbindungen in Böden überwiegend elektrisch. Sie entstehen während der gesamten Bodenbildung und der darauffolgenden Existenz in der Erdkruste. Jene Bindungen, die während der Bildung des Bodens selbst gebildet werden, werden als primär bezeichnet. In magmatischen Gesteinen entstehen sie als Folge der Abkühlung von Magma, in metamorphen Gesteinen - Rekristallisation von Anfangsgesteinen, in Sedimentgesteinen - als Folge von Diagenese von Sedimenten.

Die Stärke der strukturellen Bindungen kann sehr unterschiedlich sein: von sehr starken, verhältnismäßigen Stärken mit ionischen und kovalenten Bindungen (in Mineralien) bis zu sehr schwachen, deren Existenz die Eigenschaften von Böden fast nicht beeinflusst.

In den magmatischen, größtenteils metamorphen und teilweise in den Sedimentgesteinen gibt es eine chemische Bindung. Es ist die dauerhafteste Art der strukturellen Bindung. Es basiert auf den elektrischen Kräften der Wechselwirkung zwischen Atomen. Chemische Strukturbindungen können Kristallisation und amorpher Feststoff sein. Kristallisationsbindungen sind die stärksten. Böden mit chemischen Strukturbindungen zeichnen sich durch hohe Festigkeit, geringe Kompressibilität und Elastizität in einem bestimmten Belastungsbereich aus. Bei großen Belastungen, die für jeden Boden bestimmt sind, werden Böden zerstört und chemische Bindungen in ihnen werden nicht wiederhergestellt.

Molekulare und molekular-ionen-elektrostatische Bindungen manifestieren sich in Böden feinst sedimentären Ursprungs (Ton und Schluff). Molekulare Bindung existiert zwischen Festkörpern, Molekülen, Atomen und Ionen, d.h. ist universell. Es ist viel schwächer als das chemische, aber es zeigt sich in einem wesentlich größeren Abstand zwischen den Partikeln. Die Anzahl der molekularen Wechselwirkungen nimmt mit einer Zunahme des Bodens einzelner Oberflächen zu, d.h. Grad der Dispersion. Die beste molekulare Bindung zeigt sich in getrockneten Lehmböden. Beim Anfeuchten von Tonböden um die Partikel und zwischen den Partikeln bilden sich eine Hydratationsschale und eine diffuse Ionenschicht. Als Ergebnis erscheinen einerseits zwischen den dispergierten Teilchen molekulare Anziehungskräfte und andererseits ionenelektrostatische Abstoßungskräfte. Die Resultierende dieser Kräfte wird die Stärke der strukturellen Bindungen in dispergierten Böden bestimmen. Solche strukturellen Bindungen werden molekular-ionen-statisch oder wasser-kolloidal genannt. Wässrige kolloidale Bindungen sind charakteristisch für Lehmböden. Die Stärke dieser Bindungen nimmt mit zunehmender Bodenfeuchte ab. Wässrige kolloidale Bindungen sind im Vergleich zu Kristallisation und festem amorphem Material weniger haltbar.

In den gleichen Böden kann es eine Art von Bindungen und vielleicht zwei oder mehr (gemischte Bindungen) geben. Die Trennung von Böden durch strukturelle Beziehungen ist nicht immer eindeutig durchführbar: Eine Reihe von Böden mit gemischter Zusammensetzung weisen einige Zwischeneigenschaften auf. Zum Beispiel haben solche Steine ​​wie Lehm, Löss usw. gemischte Verbindungen.

Die Bindungsstärke ist bei einigen Böden in allen Richtungen gleich (isotrope Böden), bei anderen in verschiedenen Richtungen (anisotrope Böden).

Die Struktur der Bodenkristallisationsbindungen mit der gleichen Mineralzusammensetzung bestimmt den Grad ihrer Stabilität während der Bewitterung; kristalline Böden werden in geringerem Maße zerstört als kristalline Böden. Sedimentäre grobklastische Böden sind haltbarer als feinkörnige.

In der Bodenkunde wird der Gesteinskörper auf schluffige (Löss) und tonhaltige Böden angewendet, wobei die Struktur des Gesteins in Makro-, Meso- und Mikrostruktur unterteilt ist. Makrostrukturen charakterisieren die Merkmale der Bodenstruktur durch Strukturelemente, die mit bloßem Auge sichtbar sind (Körner, Schuppen). Die Größe der Strukturelemente kann von einem Meter oder mehr bis zu Bruchteilen eines Zentimeters variieren. Die Mesostruktur wird durch Strukturelemente von wenigen mm bis zu tausendstel ihrer Anteile bestimmt. Es kann entweder mit einer Lupe oder unter einem Mikroskop mit einer Vergrößerung von 500 bis 600 mal untersucht werden. Die Mikrostruktur ist durch Elementarteilchen mit einer Größe von weniger als 1-5 Mikron gekennzeichnet. Daher wird es unter Verwendung eines Elektronenmikroskops mit einer Zunahme von mehreren tausend Malen untersucht.

Die Beschaffenheit des Bodens charakterisiert die räumliche Anordnung von Teilchenelementen, Kristallen, Zement und die Dichte ihrer Zusammensetzung. Die Textur des Bodens hat einen großen Einfluss auf ihre Eigenschaften. Die stärksten Böden haben normalerweise eine dichte massive Struktur (die meisten magmatischen, einige metamorphe und sedimentäre Gesteine). Poröse Böden sind normalerweise am wenigsten dauerhaft.

Die Zusammensetzung und Struktur des Bodens

Zusammensetzung, Struktur und Zustand der Böden sind durch Indikatoren wie Dichte, Feuchtigkeit, Porosität, Plastizitätsgrenzen und -anzahl, Fließgeschwindigkeit etc. charakterisiert. In Verbindung mit den Eigenschaften der Struktur und strukturellen Bindungen (Wasserkolloid oder Zementation) werden sie in Klassifikationen verwendet, für die eine Gesamtdarstellung gemacht wird über den Boden, über seine Eigenschaften wie Festigkeit und Kompressibilität, Wasseraufnahme und Wasserverlust, Wasserdurchlässigkeit, Schrumpfung und Schwellung, Zerfall und Klebrigkeit, usw. Quantitativ ist die Stärke der izuetsya Abhängigkeiten Scherfestigkeit und Boden Spannungs-Dehnungs-Zustand. Die Bodenkunde legt die Konditionalität der Festigkeits- und Kompressibilitätsindikatoren (innere Reibung, Adhäsion, Verformungsmodul usw.) durch die genetische Art, Zusammensetzung und Struktur des Bodens fest.

Zusammensetzung des Bodens

Böden bestehen aus: festen Partikeln; Wasser in verschiedenen Arten und Bedingungen (einschließlich Eis bei Null oder negativer Bodentemperatur); Gase (einschließlich Luft).

Wasser und Gase befinden sich in den Poren zwischen den festen Partikeln (mineralisch und organisch). Wasser kann darin gelöste Gase enthalten und Gase können Wasserdampf enthalten.

Die Eigenschaften der Böden hängen vom Verhältnis dieser Phasen ab. Struktur, Textur und strukturelle Beziehungen des Bodens. Es ist notwendig, die Struktur des Bodens, d. H. Die relative Position der Bodenteilchen und die Art der Verbindung zwischen ihnen und der Textur des Bodens, d. H. Die Zusammensetzung des Bodens im Massiv, zu unterscheiden.

Unter der Struktur des Bodens versteht man die Größe, Form und das quantitative (prozentuale) Verhältnis der Partikel, die den Boden bilden.

Unter der Textur des Bodens versteht man die räumliche Lage der Elemente des Bodens mit unterschiedlicher Zusammensetzung und Eigenschaften. Die Textur charakterisiert die Heterogenität der Bodenstruktur im Reservoir des Vorkommens.

Eigenschaften von Festkörpern.

Für Feinstaub sind Mineral- und Partikelgrößenverteilung von größter Bedeutung.

Feste mineralische Masse besteht aus primären Körnern des Bodenskeletts (Fragmente von Steinen und Mineralien) und sekundären Partikeln, die als eine zementierende Substanz für den Boden dienen. Die Eigenschaften von festen (mineralischen) Partikeln hängen von der Größe (Größe) ab.

Der Bereich der Veränderung der Partikelgröße des Bodens ist signifikant. Partikel, die in der Größe ähnlich sind, werden in spezifische Gruppen eingeteilt, die Partikelgrößenfraktionen (oder einfach Fraktionen) genannt werden. Böden bestehen aus Fraktionen unterschiedlicher Größe. Der prozentuale Anteil der Fraktion am Boden bestimmt die Kornzusammensetzung des Bodens.

Die Eigenschaften aller Arten von Böden, insbesondere sandig, schluffig und tonig, hängen am meisten von der Zusammensetzung und dem Gehalt des Wassers in ihnen ab. Im Boden ist Kristallisation oder chemisch gebunden, physikalisch gebunden oder Film (typisch für schluffige Lehmböden) und freies Wasser. Zusätzlich kann Wasser in dem Boden in Form von Dampf vorliegen, der üblicherweise als eine gasförmige Komponente bezeichnet wird. Bei negativen Temperaturen kann das Wasser ganz oder teilweise ins Eis gehen.

Das Kristallwasser ist an der Struktur der Kristallgitter von Mineralien beteiligt und befindet sich innerhalb der Bodenteilchen. Wir entziehen diese Art von Wasser praktisch nicht dem Boden und fügen es nicht dem Boden hinzu.

Physikalisch gebundenes Wasser in schluffig-tonigen Böden bestimmt weitgehend die Eigenschaften des Bodens, die vor allem von seinem relativen Gehalt abhängen. Dies ist auf die Wechselwirkung von Wassermolekülen aufgrund der Anwesenheit von elektromolekularen Kräften mit den Oberflächen von kolloidalen und lehmigen Bodenpartikeln zurückzuführen. Dieses Wasser erzeugt hydratisierte Filme um Feststoffe und wird oft als Film bezeichnet. Dieses Wasser ist gebunden und es ist schwierig, es aus dem Boden zu entfernen und es dem Boden hinzuzufügen. Freies Wasser im Boden erfährt nicht die Schwerkraft. Sie gehorcht den Gesetzen der Hydraulik, d. H. Sie überträgt den hydrostatischen Druck und kann sich unter dem Einfluß der Druckdifferenz bewegen. Oft wird freies Wasser in Schwerkraft und Kapillare unterteilt. Kapillarwasser kann in Sand mittlerer Größe, fein und besonders in schluffigen Sanden, Tonböden enthalten sein. Leicht vom Boden entfernt und dem Boden hinzugefügt.

Der Gehalt von Wasser und Gas im Boden hängt vom Porenvolumen ab: Je mehr Poren mit Wasser gefüllt sind, desto weniger Gase enthalten sie. In den obersten Schichten des Bodens wird die gasförmige Komponente durch atmosphärische Luft, darunter Stickstoff, Methan, Schwefelwasserstoff und andere Gase dargestellt. Gase im Boden können in freiem Zustand oder in Wasser gelöst sein. Freies Gas wird in unkontrollierte, mit der Atmosphäre kommunizierende und eingeschlossene Teilchen unterteilt, die in Kontakt mit Teilchen und Wasserfilmen in Form von winzigen Blasen im Wasser stehen.

Der Gehalt an in Wasser eingeschlossenem und gelöstem Gas beeinflusst signifikant die Eigenschaften des Bodens und die Prozesse, die in diesen auftreten. Ein Druckabfall aufgrund der Entwicklung einer Grube oder die Entnahme einer Bodenprobe an die Oberfläche kann zur Freisetzung von Gasblasen und zur Zerstörung der natürlichen Struktur des Bodens führen. Im Gegensatz dazu kann ein Druckanstieg während der Übertragung der Last von der Struktur mit einer Zunahme des Gehalts an in Wasser gelöstem Gas einhergehen. Gleichzeitig kann eine Erhöhung des Gehalts an Luftblasen in Wasser die Verdichtbarkeit von Wasser hunderte Male erhöhen und es mit der Kompressibilität des Grundgerüsts vergleichbar machen.

Bodenstruktur

Strukturelle Interpartikelbindungen in Böden können in starre (Kristallisations-) Bindungen und plastische, viskose Bindungen (wasserkolloidal) unterteilt werden. Harte Bindungen sind eher typisch für felsige Böden, plastische Bindungen, vor allem für Lehmböden.

Harte Bindungen können in Wasser löslich oder unlöslich sein. Wenn feste Kristallisationsbindungen aufgelöst werden, können Wasser-Kolloid-Bindungen an ihrer Stelle auftreten.

Strukturelle Verbindungen, Struktur und Beschaffenheit der Böden.

Beziehungen zwischen Partikeln und Aggregaten von Partikeln im Boden werden als strukturell bezeichnet. Die Stärke des Bodens hängt nicht so sehr von der Stärke der einzelnen Mineralkörner ab als von den strukturellen Eigenschaften des Bodens. Sie werden durch strukturelle Verbindungen zwischen Mineralteilchen und ihrer Aggregat (Klumpen) Aggregation bestimmt - d. H. die Fähigkeit der Bodenpartikel, "zusammenzukleben", sowie die Kräfte der molekularen Wechselwirkung zwischen Porenwasser und festen Partikeln.

Die wichtigsten Arten von strukturellen Bindungen in Böden sind

- Wasserkolloid - (diese Bindungen) sind zäh-plastisch, weich, reversibel und

- Kristallisation - zerbrechlich (hart), irreversibel; Letzteres kann wasserdicht und nicht wasserdicht sein.

Wasser-kolloidale Bindungen werden als Folge der elektromolekularen Kräfte der Wechselwirkung zwischen Filmwasser und festen Teilchen (einschließlich Kolloidteilchen, kleine Teilchen einer Substanz in Suspension in einem homogenen Medium) gebildet. Je dünner der Wasserfilm (weniger Feuchtigkeit) ist, desto größer sind diese Kräfte und umgekehrt. Wenn sie befeuchtet werden, schwächen sie sich und wenn sie erneut getrocknet werden, nehmen sie zu. (Tritt in der Wechselwirkung von Lehmböden mit Wasser auf).

Kristallisationsbindungen treten während der Bildung von Kristallgittern in Mineralien auf. Verfügen über ausreichend hohe Festigkeit. Ihre Stärke hängt von der Zusammensetzung der Mineralien der Zementsubstanz ab. Kristallisationsbindungen sind zerbrechlich und erholen sich nicht, nachdem sie gebrochen sind. (Solche Verbindungen sind in felsigem Boden inhärent).

In der Struktur des Bodens gibt es 2 Konzepte: Struktur und Textur.

Nach GOST 25100-95 Struktur - Merkmale der Struktur des Bodens, aufgrund der Größe und Form der Partikel, die Art ihrer Oberfläche, das quantitative Verhältnis der Komponenten der Bodenelemente und die Art ihrer Wechselwirkung miteinander.

Folgende Grundstrukturen von Böden werden unterschieden:

1. Granular (typisch für grob, sandig und grobkörnig: locker und dicht);

2. Zellulär (typisch für Lehmböden: locker, dicht);

3. schuppig (typisch für Lehmböden);

4. Schwierig (typisch für Lehmböden).

Je nach Art der strukturellen Bindungen werden nicht felsige Böden in kohäsive und nicht kohäsive (lockere) unterteilt. Verbunden sind schluffig-tonige Böden (sandiger Lehm, Lehm, Ton); locker - grobe und sandige Böden. Die Strukturen lockerer Böden werden hauptsächlich durch die Form der Partikel bestimmt, die wie folgt sein können: 1-eckig, 2-semi-rolled, 3-rolled, 4-plate.

Abb. 2. Struktur von groben und sandigen Böden:

1 - eckig; 2 - halbgewalzt; 3 - abgerundet; 4 - Platte.

Die Strukturen von bindigen Böden - haben eine wichtige Eigenschaft - Aggregation, d.h. die Fähigkeit von Teilchen dieser Böden, "zusammenzukleben", um Aggregate (Klumpen) zu bilden, die aus mehreren hundert Elementarteilchen bestehen. Dies bestimmt die sehr komplexe Struktur von bindigen Böden, ein Beispiel dafür ist die Struktur mariner Tonlagerstätten.

Abb. 3. Die Struktur des Tons.

Um die Konstruktionseigenschaften von dispergierten Böden zu beurteilen, ist es auch sehr wichtig, ihre Textur (Zugabe) zu bestimmen. Unter Textur versteht man die räumliche Verteilung und gegenseitige Anordnung von Bodenpartikeln und deren Aggregaten, welche die Heterogenität der Bodenschichten im Reservoir charakterisieren. Es gibt folgende Arten von Bodentexturen:

1) geschichtet (dünn und tief geschichtet, Band, Skew-Layer und so weiter);

2) verschmolzen (massiv und versteckt);

3) komplex (porphyrisch, zellulär, makroporös usw.).

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Bodenstruktur und Struktur

Grundlagen der genetischen Bodenkunde

Einleitung

Durch die physikalische und chemische Verwitterung von Gesteinen entstanden natürliche Böden. Bei der Entstehung der Böden und bei den nachfolgenden Existenzbedingungen wurden, je nach äußeren Bedingungen, ihre Eigenschaften gebildet. Das Alter der natürlichen Böden ist in den meisten Fällen (mit Ausnahme der modernen Sedimente) signifikant und wird in Jahrtausenden, Millionen und Hunderten von Millionen Jahren gemessen (zum Beispiel beträgt das Alter der kambrischen Tone etwa 500 Millionen Jahre).

Für eine lange Zeit der Existenz von Böden fand eine wiederholte Veränderung der natürlichen Umgebung, wiederholte Wiederablagerung, Verdichtung unter dem Einfluss des Gewichts von neuen Oberflächensedimenten, Dekompression während der Erosion dieser Sedimente, manchmal Überschwemmungen mit Wasser und tektonischen Hebungen usw. statt. Übertragung durch Eis, Wasser, Luftströmungen, usw. All dies schafft künstlich unwiederholbare Bedingungen für die Bildung natürlicher Böden, die besonders bestimmen die physikalischen Eigenschaften einzelner Arten. Lange Zeit kann die Existenz von Gesteinen wichtige und sehr langsame physikalisch-chemische Vorgänge sein, die im Boden auch mit vernachlässigbarer Geschwindigkeit ablaufen.

All dies macht es notwendig, natürliche Böden in voller Wechselwirkung mit der umgebenden physikalisch-geologischen Umgebung zu betrachten und die Kontinuität von Veränderungen in ihren Eigenschaften zu berücksichtigen, die oft sehr langsam, manchmal aber schnell fließend sind.

Je nach ihrer Herkunft und ihren Bildungsbedingungen werden die Böden unterteilt: 1) in kontinentale Sedimente: Eluvial (an der Stelle ihres anfänglichen Auftretens); Deluvial (an den Hängen des gleichen Hügels gelegen, wo sie entstanden sind und nur durch die Wirkung der Schwerkraft bewegt und durch atmosphärische Wasser ausgewaschen); alluvial (von Wasserbächen über weite Strecken getragen und dicke Schichtschichten bildend); glazial (infolge der Einwirkung von Gletschern) - Geröll und Lehm (Moränen); Gletscherwasser - Sand und Kiesel; See-Gletscher - Band Ton, Lehm und sandiger Lehm; äolisch (Produkte der physikalischen Verwitterung von Gesteinen in Wüstengebieten, getragen von Luftströmungen) - Löß und Sand von Dünen und Barschen; 2) auf marinen Sedimenten: Schichten von verstreuten Tonen, organogenem Muschelgestein usw.; organisch-mineralische Formationen - Schluffe, Torfböden usw.; verschiedene Sande und Kieselsteine.

Aus der obigen kurzen Liste der Bodensedimente ist ersichtlich, wie vielfältig die Zusammensetzung der natürlichen Böden ist und ihre physikalische Natur komplex ist.

Zusammensetzung des Bodens

Die Zusammensetzung von natürlichen Böden umfasst verschiedene Elemente, die, wenn sie betrachtet werden, in die folgenden drei Gruppen eingeteilt werden können: 1 - feste Mineralteilchen; 2 - Wasser in verschiedenen Formen und Bedingungen; 3 - gasförmige Einschlüsse. Darüber hinaus bestehen einige Böden aus organischen und organisch-mineralischen Verbindungen, die auch die physikalischen Eigenschaften dieser Böden beeinflussen, auf die in einem speziellen Abschnitt eingegangen wird.

Feste mineralische Bodenteilchen stellen ein System von verschiedenen Formen, Zusammensetzungen und Größen (von einigen Zentimetern - Kieselsteinen bis hin zu kleinsten kolloidalen Teilchen, dh weniger als 1 Mikron - dispergierte Tone) von festen Mineralkörnern dar.

Ein sehr wichtiger Faktor bei der Beurteilung der Eigenschaften von festen Bodenpartikeln ist ihre mineralogische Zusammensetzung. So interagieren einige Mineralien (Quarz, Feldspat) weniger aktiv mit dem Wasser, das die Mineralteilchen umgibt, andere (Montmorillonit) sind viel stärker und die Art ihrer Wechselwirkung wird unterschiedlich sein. Je kleiner die Bodenteilchen sind, desto größer ist ihre spezifische Oberfläche (pro 1 cm 3 oder 1 g) und desto mehr Zentren der Wechselwirkung treten sowohl mit dem Wasser, das die festen Teilchen umgibt, als auch mit den Kontakten der festen Teilchen selbst auf. Zum Beispiel haben Teilchen von Tonmineral-Kaolin eine spezifische Oberfläche von 10 m² / g und Montmorillonit von 800 m² / g, d. H. Eine große Oberfläche, gemessen in Hunderten von Quadratmetern in 1 g Erde, was zweifellos die Eigenschaften natürlicher Böden beeinflußt Montmorillonitpartikel enthalten. Das Vorhandensein von Glimmerpartikeln im Boden (sehr rutschig, in der Masse mit vernachlässigbarer Scherfestigkeit) beeinflusst ebenfalls die physikalischen Eigenschaften dieser Art von Boden, die berücksichtigt werden müssen.

Alle groben und sandigen Böden nach Größe der mineralischen Partikel werden (nach SNiP) in folgende Typen eingeteilt.

1. Grobkörnige Böden (Stein, Kiesel - mit abgerundeten Partikeln und Geröll - mit spitzwinkligem) mit einem Partikelgehalt von mehr als 2 mm, mehr als 50 Gew.-%.

2. Sandige Böden mit einem Partikelgehalt von mehr als 2 mm und mehr als 25 Gewichts-% sind kiesig; größer als 0,5 mm mehr als 50 Gew.-% - grobkörnig (cr / h); größer als 0,25 mm, mehr als 50 Gew.-% - mittelkörnig (cf./z); größer als 0,10 mm mehr als 75 Gew.-% - feinkörnig (m / s); größer als 0,10 mm, weniger als 75 Gew.-% - schluffig (Sand). (Gleichzeitig werden alle Partikel, die größer als 0,05 mm sind, als Sandpartikel angesehen, und 0,05 bis 0,005 mm werden als Staubpartikel verwendet.)

3. Lehmböden sind aufgrund ihrer großen Vielfalt in Größe, Form und mineralogischer Zusammensetzung nicht in Gruppen unterteilt. Es sei nur darauf hingewiesen, dass die Tonpartikel des Bodens alle mineralischen Partikel mit einer Größe von etwa 0,01 μm bis zu mehreren Mikrometern umfassen.

Der Gehalt einer bestimmten Menge an Tonpartikeln im Boden aufgrund ihrer extremen Dispersion, die es ihnen erlaubt, feste Sandkörner und Einschlüsse in Böden einzuhüllen, beeinflusst die physikalischen Eigenschaften von Böden sehr wesentlich; Die Bezeichnung solcher Tonböden wird angegeben (siehe § 4 unten), je nach dem Gesamtgehalt an Tonpartikeln im Boden, für die alle Partikel mit weniger als 5 Mikron berücksichtigt werden (2.) Wenn sie sich von der Oberfläche der festen Partikel entfernen, nehmen sie rasch ab und sind gleich weit entfernt ungefähr 0,5 μm, werden nahe bei 0. Die Schichten, die dem Mineralpartikel von 1-3 Reihen von Wassermolekülen am nächsten sind, die mit einer festen Oberfläche in Kontakt kommen, sind so durch elektromolekulare Anziehungskräfte mit der Oberfläche verbunden, dass sie durch äußeren Druck nicht entfernt werden können m bis mehrere Atmosphären, oder durch den Wasserdruck, und diese Schichten bilden den sogenannten Film fest adsorbierte Wasser gekoppelt.

Die folgenden Schichten von Wassermolekülen, die die Mineralteilchen umgeben, werden durch die Grenzphase gebunden und orientiert, wenn sich die Bodenteilchen mit immer geringeren Kräften von der festen Oberfläche wegbewegen; sie bilden Schichten aus locker gebundenem (oder sorbiertem) Wasser, die durch externen Druck von einigen kgf / cm² (manchmal bis zu mehreren zehn kgf / cm² oder MPa) aus den Poren des Bodens herausgepreßt werden können.

Schließlich bilden Wassermoleküle, die sich außerhalb des Wirkungsbereiches der elektromolekularen Kräfte der Wechselwirkung mit der Oberfläche der Mineralteilchen befinden, freies Gravitationswasser, dessen Bewegung unter der Einwirkung einer Druckdifferenz auftritt, und Kapillare, die um eine bestimmte Höhe hochgezogen sind (nach Prof. A. F. Lebedev) das Niveau des Grundwassers durch Kapillarspannung von Wasser (Kapillarmeniskus, gebildet unter der Wirkung der Adsorptionskräfte der Oberfläche in den dünnen Poren des Bodens und verursacht Kapillarkräfte im Boden).

In Abb. 3 zeigt ein Diagramm der elektromolekularen Wechselwirkung der Oberfläche von Mineralpartikeln mit Wasser.

Gasförmige Einschlüsse (Dämpfe, Gase) sind immer in der einen oder anderen Menge in Böden enthalten und können in folgenden Zuständen sein: geschlossen (oder eingeschlossen), in Vakuolen (Hohlräume) zwischen festen Mineralpartikeln, umgeben von gebundenen Wasserfilmen, frei bei Gasen ( Luft) werden mit der Atmosphäre kombiniert und schließlich in Porenwasser gelöst.

Abb. 3. Schema der elektromolekularen Wechselwirkung der Oberfläche des Mineralteilchens 1 mit Wasser: 2 - wassergebunden; 3 - loses Wasser (osmotisch); 4 - Wasser ist frei

Das Vorhandensein von Gasblasen, die sowohl geschlossen als auch in dem Porenwasser enthalten sind, beeinflusst signifikant die Verformbarkeit des Bodens, was die Kompressibilität des Porenwassers verursacht und die Elastizität des Bodens erhöht.

Der Gehalt an freien Gasen (Luft), die mit der Atmosphäre in Verbindung stehen, ist in der Bodenmechanik von keiner besonderen Bedeutung, da sie praktisch nicht an der Druckverteilung zwischen den Bodenpartikeln beteiligt sind.

Bodenstruktur und Struktur

In dispergierten Materialien, zu denen Tonböden gehören, die die komplexesten mineralisch dispergierten Formationen darstellen, hängen die Festigkeitseigenschaften nicht so sehr von der Stärke (sehr groß) der einzelnen Mineralkörner ab, sondern von den strukturellen Merkmalen der Lehmböden, zu denen eine der wichtigsten strukturelle Verbindungen zwischen Individuen gehören mineralische Partikel und ihre Aggregate.

Die Natur dieser Bindungen ist sehr komplex und wird durch den Komplex der äußeren und inneren Energiefelder im Boden bestimmt, die auf den molekularen Kräften der elektromagnetischen Natur beruhen. Die Art ihrer Wirkung hängt von der Phasengrenzfläche, der chemischen Natur der festen Mineralteilchen, der Struktur und den Eigenschaften der Substanzen ab, die die Zwischenräume füllen.

Molekulare Kräfte, die direkt zwischen festen Teilchen (Van-der-Waals-Kräfte) wechselwirken, können nur bei sehr engen Kontakten zwischen festen Teilchen auftreten und Abstände zwischen ihnen liegen in der Größenordnung mehrerer Molekülreihen (aber nicht mehr als zehn). bestehend aus festen Teilchen und einem erheblichen Betrag von äußerem Druck ausgesetzt umgewandelt an den Kontaktpunkten zu enormen Kräften oder in feuchten, aber sehr dichten Böden, in denen unter dem Einfluss von äußerem Druck eines Films von gebundenem Wasser und durch eine Schale kolloidalen Teilchen geschoben. Die Kräfte von van der Waals sind enorm, aber ihre totale Wirkung hängt von der Anzahl der direkten Kontaktpunkte ab, die im Allgemeinen im Boden klein sind.

Nach der physikalisch-chemischen Einteilung der dispergierten Körper der Acad. P. A. Rebinder, Strukturbindungen von wassergesättigten Böden können Koagulation zugeordnet werden (in der Regel primär, aus der Ausfällung von Partikeln in Wasser und Koagulation von Kolloiden in Anwesenheit von Elektrolyten), Kondensation (durch Verdichtung von Koagulativen Strukturen vor dem direkten Kontakt miteinander mineralische Partikel und durch die Bildung von Gelees während der Polymerisation von Gelen) und schließlich zur Kristallisation (gebildet durch das Auftreten von Kernen fester kristalliner Körper, ihr Wachstum und ihre gegenseitige Akkretion unter der Einwirkung von uatomnyh chemische Kräfte) Verbindungen. Kristallisationsbindungen (Bindungen von Silizium, Eisen und anderen Oxidkristallen) sind zerbrechlich, am haltbarsten und können nach ihrer Zerstörung nicht wiederhergestellt werden; Koagulation und Kondensation - weich, mehr oder weniger, erholt sich von ihrer Verletzung.

Abhängig von den Eigenschaften der mineralischen Partikel und wässrigen Lösungen, die die Poren des Bodens füllen, sowie den Bedingungen der primären Akkumulation von Mineralsedimenten und deren nachfolgende Lithogenese (Umwandlung in Gestein) durch die Sedimentationsstufe (Niederschlagsbildung), Diagenese (Umwandlung von Sedimenten in feste Gesteine) und Metamorphose ( Gesteinswandlungen) strukturelle Beziehungen von Böden können sehr unterschiedlich sein.

Basierend auf den oben genannten und basierend auf der Arbeit von Acad. P. A. Rebinder, Professoren N. N. Maslov, N. Y. Denisov, A. K. Larionova, W. V. Lemba und andere, können die folgenden Haupttypen von strukturellen Bindungen in Böden unterscheiden:

1) Wasserkolloid (Koagulation und Kondensation) - elm-elastisch, weich, reversibel;

2) Kristallisation - zerbrechlich (hart), irreversibel - wasserfest und nicht wasserdicht.

Böden mit nichtwasserbeständigen Kristallisationsverbindungen haben zwischen Böden mit kolloidalen und kristallisierenden Bindungen Zwischeneigenschaften. Diese Bindungen werden unabhängig von der Größe der Oberfläche der mineralischen Partikel durch das Auftreten von Adhäsionen von amorphen Substanzen, natürlichen Zementen, Huminstoffen und Klebstoffen gebildet, deren Stärke von dem Wassergehalt in ihnen abhängt.

Wasser-kolloidale Bindungen werden durch elektromolekulare Kräfte der Wechselwirkung zwischen Mineralpartikeln einerseits und Wasserfilmen und kolloidalen Schalen andererseits verursacht. Die Größe dieser Kräfte hängt von der Dicke der Filme und Schalen ab. Je dünner die wasserkolloidalen Membranen sind, d. H. Je geringer der Feuchtigkeitsgehalt wassergesättigter Verschmutzungen ist, desto mehr Wasserkolloidbindungen sind vorhanden, da mit abnehmender Dicke der Ummantelung die molekulare Anziehung von gebundenen Wasserdipolen und der Klebeeffekt der Substanzen zunimmt (nach V.S. Sharov) und etwas Auflösung von Tonteilen in Wasser. Wasser-Kolloid-Bindungen sind plastisch und reversibel; mit zunehmender Luftfeuchtigkeit fallen sie schnell auf Werte nahe Null ab.

Kristallisationsbindungen entstehen unter der Einwirkung der Kräfte der chemischen Affinität und bilden neue polykristalline Verbindungen mit Mineralpartikeln (an den Kontaktstellen) - sehr stark, aber zerbrechlich und bei Zerstörung nicht wieder hergestellt. Die Stärke dieser Bindungen hängt von der Zusammensetzung der Mineralien ab. Somit sind die durch Gips und Calcit gebildeten Bindungen weniger haltbar und wasserbeständig, während Opaloxide von Eisen und Silizium stärkere und wasserresistente Kristallisationsbindungen ergeben.

Wie von W. W. Lembom gezeigt, hängt die Struktur des Bodens, d. H. Die regelmäßige Anordnung der Mineralteilchen und ihrer Aggregate unterschiedlicher Größe und Form, nicht nur von der Art ihrer strukturellen Bindungen ab, sondern auch von der Größe und der Art des Kontakts der Tonteilchen miteinander: Kante zu Kante "(mit losem Zusatz) oder" Kante mit Rand "(mit dichterer Packung).

Nach A. K. Larionov (Siehe: A. Larionov. Engineering - geologische Untersuchung von strukturell lockerem Sedimentgestein. M., 1966.), ist die Struktur der Böden sehr vielfältig und wird durch die quantitative und morphologische Beziehung der festen, flüssigen und gasförmigen Teile, die den Boden bilden, bestimmt.. Bei der Bildung der Stärke von Lehmböden ist die Art der Aggregation von Partikeln und die Entwicklung von Defekten in der Mikrostruktur von großer Bedeutung.

All dies definiert eine sehr komplexe Struktur von natürlichen Böden, ein Beispiel dafür ist die Struktur von marinen Tonsedimenten, die von prof. A. Casagrande (Abb. 4).

Die natürliche Struktur der Böden, ihre Zusammensetzung und ihr Zustand bestimmen hauptsächlich die Verformungsfestigkeitseigenschaften von Böden und ihre Funktion als Grundlagen und Umgebungen für Strukturen, und die strukturelle Festigkeit von Böden und die Stabilität von strukturellen Bindungen unter dem Einfluss äußerer Einflüsse werden ein sehr wichtiges Merkmal sein.

Abb. 4. Tonstruktur: 1 - Tonpartikel; 2 - kompaktierte Kolloide; 3 - Sandkörner

Zur Beurteilung der Baueigenschaften von dispergierten Böden ist es auch sehr wichtig, natürliche Böden hinzuzufügen (Textur), dh die räumliche Verteilung und gegenseitige Anordnung der Bodenpartikel und ihrer Aggregate, die die Heterogenität der Bodenschichten im Reservoir charakterisiert. Folgende Hauptarten von natürlichen Tonböden werden unterschieden:

1) geschichtet (dünn und grob geschichtet, Band, schräg, Schiefer, etc.);

2) verschmolzen (massiv und versteckt);

3) komplex (porphyrisch, zellulär, makroporös usw.).

Die Zusammensetzung der Böden bestimmt weitgehend ihre physikalischen und mechanischen Eigenschaften. In dieser Hinsicht ist es in der Abteilung Ingenieurgeologie - Bodenkunde recht gut untersucht.

Im allgemeinen Fall besteht der Boden aus physikalischer Sicht aus drei Komponenten: fest, flüssig und gasförmig (Abb. 5).

Abb. 5 Zusammensetzung des Bodens: a - inerte Mineralien; b - lösliche Mineralien, c - kolloidaktive Mineralien; g - organische Substanz

Manchmal wird Biota im Boden freigesetzt - eine lebende Substanz. Dies ist aus allgemeiner wissenschaftlicher Sicht gerechtfertigt und praktisch sinnvoll, da die lebenswichtige Aktivität von Organismen einen signifikanten Einfluss auf die Eigenschaften von Böden haben kann. Die Aktivierung der lebenswichtigen Aktivität von Bakterien verringert in der Regel die Stärke des Bodens, und ihr Tod führt zu einer Erhöhung seiner Stärke. Solange sich die Eigenschaften der Biota jedoch nicht in den Bodenmechanikmodellen widerspiegeln, betrachten wir den Boden als ein Dreikomponentensystem.

Feste, flüssige und gasförmige Komponenten stehen in ständiger Wechselwirkung, was konstruktiv aktiviert wird. In der Zone des Einflusses von industriellen und zivilen Strukturen, d. H. In relativ geringen Tiefen, sind alle drei Komponenten gewöhnlich gleichzeitig in Böden vorhanden. In großen Tiefen und unter bestimmten besonderen Bedingungen kann der Boden aus zwei und sogar einer Komponente bestehen. Zum Beispiel kann der Boden in der Permafrostzone feste und gasförmige Komponenten enthalten oder nur fest sein, wenn der gesamte Raum zwischen den Partikeln mit Eis gefüllt ist. In der Zone der positiven Temperatur unterhalb des Grundwasserspiegels besteht der Boden normalerweise aus einer festen und einer flüssigen Komponente. In der Bodenmechanik wird solcher Boden oft als "Bodenmasse" bezeichnet. Gas unter Bedingungen hohen hydrostatischen Drucks ist vollständig in Wasser gelöst, kann aber von ihm freigesetzt werden, wenn der Außendruck gesenkt wird oder die Temperatur ansteigt. Unter äußeren Einflüssen, zum Beispiel von Bau und Betrieb von Gebäuden, kann das einkomponentige Bodensystem in eine zweikomponentige und eine zweikomponentige in eine dreikomponentige umgewandelt werden. In diesem Fall verschlechtern sich in der Regel die Bodeneigenschaften.

Es wäre relativ einfach, die Probleme des Grundbaus zu lösen, wenn der Boden als ein mechanisches System betrachtet werden könnte, das aus festen, flüssigen und gasförmigen Substanzen mit festgelegten unabhängigen Eigenschaften jeder Komponente besteht. In der Tat ist die Situation komplizierter. Die Eigenschaften des Bodens als System werden wesentlich durch die mineralische und chemische Zusammensetzung der Substanz, das Vorhandensein der biologisch aktiven Komponente, beeinflusst. Chemische, physikalische, physikalisch-chemische und biologische Prozesse in Böden verlaufen in einer komplexen Wechselwirkung und verschmelzen zu einem einzigen geologischen Prozess, der die Eigenschaften des Bodens rechtzeitig vor dem Bau, während des Baus und anschließend während des Betriebs der Anlagen verändert.

Bodenpartikel bestehen aus gesteinsbildenden Mineralien mit unterschiedlichen Eigenschaften. Einige Mineralien sind gegenüber Wasser inert und treten praktisch nicht mit den darin gelösten Stoffen (Quarz, Feldspat, Glimmer, Augit, Feuerstein, Hornblende usw.) in Wechselwirkung. Diese Mineralien verändern ihre Eigenschaften nicht nur, wenn sich der Wassergehalt ändert, sondern auch in einem weiten Temperaturbereich. Es ist offensichtlich, dass die Böden, die vollständig aus solchen Mineralien bestehen, die günstigsten Gebäudeeigenschaften haben. Inerte Mineralien bestehen aus allen magmatischen Gesteinen, die überwiegende Mehrheit der metamorphen und Teile der Sedimentgesteine. Zu den Sedimentgesteinen dieser Minerale zählen Sande und grobe Böden sowie Sandsteine ​​und Konglomerate, die bei der Zementation entstehen. Viele Böden enthalten in beträchtlichen Mengen inerte Mineralien, aber auch Mineralien aus anderen Gruppen.

Wasserlösliche Mineralien haben einen großen Einfluss auf die Bodeneigenschaften. Dazu gehören Halit NaCl, Gips CaSO4 2H2Oh, Calcit CasO3 und einige andere. Solche gewöhnlichen Felsen wie Marmor, Kalkstein, Gips bestehen aus löslichen Mineralien. Die Auflösung von Marmor und Kalkstein unter natürlichen Bedingungen ist sehr langsam. Diese Böden werden traditionell als zuverlässige Grundlage und widerstandsfähige Baumaterialien verwendet. Es ist notwendig, sicherzustellen: in Abwesenheit von großen Hohlräumen an der Basis. Die Bildung von saurem Regen und Säureaustritt in Unternehmen führen zur schnellen Zerstörung von Marmor und Kalkstein sowohl als Grundlage als auch als Material für Bauwerke, mit denen Verformungen von Gebäuden und häufige Reparatur- und Restaurierungsarbeiten, wie Weißsteindekor im alten Moskau, verbunden sind.

In nicht-felsigen Böden sind lösliche Mineralien gewöhnlich entweder abwesend oder werden in kleinen Mengen gefunden, die einige Gewichtsprozent nicht überschreiten. Der geringe Gehalt an löslichen Mineralien hat jedoch einen signifikanten Einfluss auf die Bodeneigenschaften. Im trockenen Zustand können Bodenteilchen durch lösliche Mineralien (z. B. Lößböden) zusammengehalten werden. Beim Benetzen werden die Bindungen zerstört, der Boden verliert seine Festigkeit und kann sich sogar durch sein Eigengewicht, insbesondere unter der Belastung der Strukturen, verformen. Andere instabile Mineralien finden sich gewöhnlich in Schüttböden aus verschiedenen Industrieabfällen, die in Wechselwirkung mit Wasser ihre Aggressivität gegenüber Beton und Metall stark erhöhen.

Tonmineralien bilden die dritte Gruppe. Sie sind im Gegensatz zu den Mineralien der vorhergehenden Gruppe in Wasser unlöslich, aber sie können nicht mit den inerten Mineralien der ersten Gruppe gleichgesetzt werden. Aufgrund der extrem geringen Größe der Kristalle haben Tonmineralien eine hohe kolloidale Aktivität. Diese umfassen Kaolinit, Montmorillonit, Illit und andere Mineralien, deren Kristalle eine ausgeprägte hydrophile Eigenschaft aufweisen. Die Form der Kristalle ist lamellar (Abb. 6) oder Nadel. Die Größe der Kristalle übersteigt nicht 1,2 Mikrometer. Daher beträgt zum Beispiel in einem Gramm Kaolin die Gesamtoberfläche aller Teilchen etwa 10 m². Für Montmorillonit, in dem Kristalle kleiner sind, erreicht die Partikelfläche in 1 g Substanz sogar 800 m 2.

Abb. 6 Die charakteristische Form der Kaolin-Kristalle. Transversal

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Boden. ZUSAMMENSETZUNG VON GRÜNDEN UND BAUTYPEN. EIGENSCHAFTEN ZUR BESTIMMUNG DER BODENBEDINGUNGEN

Gesteine, insbesondere sedimentäre, haben Porosität. Die Poren können mit Luft oder anderen Gasen oder Wasser oder anderen Flüssigkeiten wie Öl oder Gasen und Flüssigkeiten gefüllt sein. Diese Komponenten interagieren miteinander sowie mit der festen Komponente, beeinflussen die Stärke der Bodenverdichtung, verändern die Art ihrer Verformungen, beispielsweise elastisch im trockenen Zustand und plastisch verformt im wassergesättigten Zustand. In dieser Hinsicht ist es notwendig, die flüssigen, festen und gasförmigen Komponenten (Phasen) des Bodens zu unterscheiden, dh es ist notwendig, den Boden als ein Multikomponentensystem zu betrachten, das sich unter dem Einfluss des Menschen verändert.

Per Definition, Akademiemitglied EM. Sergejewa unter der Erde sollte verstanden werden als alle Steine ​​und Böden, die als Mehrkomponentensysteme untersucht werden, die sich im Laufe der Zeit ändern, mit dem Ziel, sie als ein Objekt der Ingenieurstätigkeit des Menschen zu kennen.

Die feste Komponente besteht aus zwei Teilen - mineralisch und organisch. E.M. Sergeev Mineralformationen, die Teil der festen Bestandteil des Bodens sind, gliedert sich in 5 Gruppen:

1). Mineralien der Klasse der primären Silikate - haben die größte Festigkeit, unlöslich in Wasser.

2). einfache Salze - verbindet schlechte Stabilität in Wasser. Ihr Löslichkeitsgrad ist unterschiedlich: von schwerlöslichen Carbonaten zu löslichen Sulfaten und leicht löslichen Halogeniden.

3). Tonminerale - aufgrund ihrer hohen Dispersion, kolloidalen Aktivität und strukturellen Eigenschaften des Kristallgitters interagieren sie aktiv mit Wasser, lösen sich aber nicht darin auf. Sie bilden sich in Lehmböden und bestimmen ihre Eigenschaften.

4). organische Substanzen - können große Aggregate bilden (Torfmoore, Kohleschichten), in Böden enthalten sein oder in Ton in Form von Humus dispergiert sein. Humus wirkt sich negativ auf Böden aus und trägt zu deren Schwellung bei. Das Vorhandensein von Humus in den Gesteinen kann zu einer Veränderung ihrer Eigenschaften führen, beispielsweise reduzieren 3% Humus im Sand die Wasserdurchlässigkeit um das Hundertfache und verleihen ihm schwimmende Eigenschaften. Das zweite Merkmal der organischen Materie ist ihre hohe Aktivität in Redoxprozessen, die in Gesteinen auftreten. Huminstoffe besitzen saure Eigenschaften und sind aktive Verwitterungsmittel, die Silikate und andere Mineralien zersetzen, um verschiedene kolloidale Huminstoffe zu bilden. Mit der Wassersättigung reduzieren diese Böden ihre Tragfähigkeit dramatisch. Deshalb sollte die Sohle des Fundaments der Struktur immer unterhalb der unteren Grenze der Bodenschicht liegen. Die Mikroorganismen können für die Baumaterialien des unterirdischen Teils der Strukturen gefährlich sein, was zur Korrosion der Metalle beiträgt. Ein Teil organischer Substanzen wird in Wasser gelöst und dann von Tonmineralien adsorbiert (absorbiert), wodurch organominerale Komplexe entstehen.

5) Eis - ist ein Bestandteil von saisonal gefrorenen und Permafrostböden. Seine Struktur ist kristallin, aber in den Gitterplätzen gibt es keine Atome und Ionen, sondern Wassermoleküle. Seine Stärke ist höher, je niedriger seine Temperatur (negativ)

Gase in den Poren von Böden können sein: in den freien - Mikroporen, Risse, Hohlräume; gefangen - in Lehmböden, in Form von Blasen in dünnen Poren; gelöst - im Wasser füllen die Poren des Bodens; adsorbiert - auf der Oberfläche von festen Partikeln. Das Vorhandensein von eingeschlossener oder adsorbierter Luft und Gasen im Boden führt zu:

a) die Elastizität des dispergierten Bodens zu erhöhen, was seine Festigkeit erhöht, die Kompressibilität verringert, die Wasserdurchlässigkeit verringert;

b) auf die Unebenheiten der Durchfeuchtung, Benetzung und Wassersättigung des Bodens in der Anordnung;

c) zur Entfernung von leicht löslichen Salzen, Gips, Karbonaten und zur Bildung von Karsthöhlen aus dem Boden;

d) zum Auftreten von chemischen Reaktionen unter Bildung von Zementierlösungen und zur Versteinerung des Bodens.

Luft und Gase in jungen lakustrinen oder sumpfigen alluvialen Sedimenten führen häufig zu Lockerung, Lockerung, Zerstörung ihrer Struktur und damit zu ihrer Beweglichkeit oder Fließfähigkeit. Die hohe Gasdurchlässigkeit solcher Böden verursacht die Freisetzung von Gasen wie Methan, Schwefelwasserstoff usw., was gefährlich ist, wenn Minen gefahren werden.

Abhängig vom Zustand des Wassers im Boden wird es wie folgt klassifiziert:

a) Das dampfförmige Wasser befindet sich in den Poren in Form von Dampf. Es bewegt sich von Orten mit mehr zu Orten mit weniger Dampfelastizität, kondensiert zu flüssigem Wasser, wenn die Temperatur abnimmt, und wenn die Temperatur steigt, kehrt es in den Dampfzustand zurück und kann sich in gebundenes Wasser verwandeln.

b) Gebundenes Wasser wird in fest gebundenes (hygroskopisches) und lose gebundenes Wasser aufgeteilt. Die maximale Menge an fest gebundenem Wasser in Böden entspricht ungefähr der maximalen Hygroskopizität, d. H. Der Bodenfeuchtigkeit, die während der Adsorption von dampfförmiger Feuchtigkeit durch Bodenteilchen bei einer relativen Elastizität von 100% gebildet wird. Stark gebundenes Wasser kann sich nicht frei bewegen, da die molekularen Bindungskräfte grßer sind Schwerkraft. In Gegenwart von fest gebundenem Wasser sind Lehmböden nicht plastisch, sie haben eine harte Konsistenz. Lose gebundenes Wasser unterscheidet sich in seinen Eigenschaften von fest gebundenen. Es hat eine Dichte in der Nähe von freiem Wasser und ist in Feuchtigkeitsfilm und osmotisches Wasser unterteilt. Der Gesamtgehalt aller Arten von fest gebundenem und Filmwasser ist Feuchtigkeit, die als maximale molekulare Feuchtigkeitskapazität von Böden bezeichnet wird. Wm.mv. - zeigt, wie viel gebundenes Wasser im Boden unter dem Einfluss der Oberflächengravitation von Bodenteilchen enthalten ist. Osmotisches Wasser entsteht durch das Eindringen von Wassermolekülen aus Bodenlösungen. Das Vorhandensein von osmotischer Feuchtigkeit in Böden bestimmt ihre Plastizität.

c) Kapillarwasser ist in drei Arten unterteilt: Wasser der Porenwinkel, suspendiertes Wasser, Kapillarwasser selbst. Porenwinkelwasser ist eine Tropfform von Feuchtigkeit, die ein begrenztes Porenvolumen einnimmt. Bei einer Erhöhung der Bodenfeuchte können die Kapillarporen vollständig mit Wasser gefüllt sein, in diesem Fall wird das Kapillarwasser in das kapillare und suspendierte Wasser selbst aufgeteilt. Tatsächlich wird kapillares Wasser gebildet, indem das Wasser aus dem Grundwasserspiegel angehoben wird und eine kapillare Grenze bildet. Die Dicke des Kapillarrandes wird durch die Höhe des Kapillarauftriebs Hk bestimmt und ist abhängig vom Dispersionsgrad, der Heterogenität des Bodens, seiner mineralogischen Zusammensetzung, Form und Beschaffenheit der Oberfläche der Bodenpartikel, Bodendichte und Porosität (zum Beispiel in Sand durchschnittlich 50 cm und in sandigem Lehm usw.). Lehmböden erreichen 2-3 m). Die Höhe des Kapillaranstiegs ist von großer Bedeutung für die Prozesse der Versalzung und Staunässe.

Schwebstoffe bilden sich sowohl in homogenen als auch in geschichteten Schichten im Sand und sind abhängig von der Korngrößenverteilung des Sandes und seiner Anfangsfeuchte durch Einweichen von oben, z. B. bei atmosphärischen Niederschlägen, beim Benetzen und Rollen des Bodens. Die größte Menge an suspendierter Feuchtigkeit, die vom Boden aufgenommen werden kann, wird als Wasserspeicherfähigkeit des Bodens bezeichnet.

d) Freies (Gravitations) Wasser - unterteilt in Sickerwasser und Grundwasser. Die erste Wasserart befindet sich in der Belüftungszone und bewegt sich durch Schwerkraft von oben nach unten. Grundwasser strömt horizontal in der Zone voller Wassersättigung.

Der maximal mögliche Gehalt im Boden von gebundenem, Kapillar- und Gravitationswasser mit voller Füllung seiner Poren wird die volle Kapazität des Bodens genannt.

e) Wasser in festem Zustand. Bei Temperaturen unter Null gefriert Gravitationswasser und ist in Form von Eis im Boden enthalten. Im Boden bildet sich Eis in Form von Schichten unterschiedlicher Dicke oder in Form einzelner Kristalle. Kristalleis spielt die Rolle von natürlichem Zement und bindet Mineralpartikel miteinander.

Die Anwesenheit von Eis verändert die Eigenschaften des Bodens dramatisch und verleiht ihm die Eigenschaften eines Festkörpers.

Eine starke Veränderung der Struktur des Bodens tritt während der Migration von Feuchtigkeit und Eis beim Gefrieren von dispergierten, insbesondere Lehmböden auf. Wiederholtes Einfrieren und Auftauen dispergierter Böden führt zu irreversiblen Veränderungen der Struktur (einschließlich des Dispersionsgrades) und die Eigenschaften dieser Gesteine, zum Beispiel die Menge an freiem Wasser nimmt zu, die Filtrationskapazität erhöht sich, die Festigkeit und andere Eigenschaften verändern sich.

f) Kristallisation und chemisch gebundenes Wasser, oft als konstitutionell bezeichnet und an der Bildung von Kristallgittern verschiedener Mineralien beteiligt. Diese Wasserarten beeinflussen die Eigenschaften von Böden nur indirekt und gewinnen bei der Untersuchung der Mineralzusammensetzung des Bodens an Wert.

Unter der Struktur des Bodens verstehen die Gesamtheit ihrer strukturellen und strukturellen Merkmale, d.h. ihre Struktur und Textur. Unter der Struktur des Bodens verstehen Sie die Größe, Form, Beschaffenheit der Oberfläche, das quantitative Verhältnis der Bestandteile (Mineralien, Bruchstücke von Mineralien von Steinen, Zement) und die Art ihrer Beziehung zueinander. Textur - die räumliche Anordnung der Bestandteile des Bodens (unabhängig von ihrer Größe)

Zusätzlich zu dem allgemeinen Konzept der Textur des Bodens EM Sergejew stellte das Konzept der Makro-, Meso- und Mikrotexturen vor. Merkmale der räumlichen Lage von Makronährstoffen sind durch Makrotextur gekennzeichnet. Die Größe der einzelnen Makronährstoffe kann von 1 m bis zu einem Zentimeter variieren. Ton- und Lössgesteine ​​zeichnen sich durch unregelmäßige und geschichtete Makrotextura aus. Rasse mit unregelmäßiger Makrotextur sieht wie ein fester homogener Körper aus. Rasse mit einer geschichteten Makrotextur besteht aus getrennten Schichten mit räumlicher Orientierung.

Die Elemente der Mesostruktur haben eine Größe von einigen Millimetern bis zu 0,005 und 0,001 mm, so dass ihre Untersuchung mit speziellen Geräten an Dünnschliffen mit Mikroskopen durchgeführt wird. Die Mikrostruktur der Größe der Elemente, von denen weniger als 1-5 Mikron ist mit Hilfe von speziellen Geräten untersucht.

Alle Mineralkörner und Fragmente, aus denen Gesteine ​​bestehen, sind durch strukturelle Bindungen miteinander verbunden. Verschiedene Strukturtypen werden in verschiedenen genetischen Gesteinsarten aufgrund ihrer unterschiedlichen Art der Bildung und Manifestation entwickelt:

1) In magmatischen, metamorphen und einigen sedimentären zementierten Gesteinen entstehen harte Bindungen von chemischer Natur, die sich durch eine intrakristalline Bindung von Mineralien auszeichnen und die dauerhafteste Art von strukturellen Bindungen sind (Granit, Sandstein, Marmor)

2) In feinen nicht zementierten Gesteinen beruht die Verbindung zwischen den Gesteinspartikeln auf molekularen und ionen-elektrostatischen Wechselwirkungen, die als wasserkolloide Bindungen (Ton, Lehm) bezeichnet werden. Zum Beispiel: kolloiddispergierte Minerale haben verschiedene Eigenschaften und Struktur der ersten Gruppe von Kaolinitmineralien, ihr Merkmal ist die Starrheit des Kristallgitters (alle ihre Moleküle sind fest miteinander verbunden), deshalb quellen Kaolinit und ähnliche Mineralien nicht viel auf. Der Vertreter der 2. Gruppe von Mineralien ist Montmorillonit, der sich durch ein bewegliches, für Mineralien ungewöhnliches Kristallgitter auszeichnet. Es besteht aus kristallinen Paketen, die schwach miteinander verwandt sind. Wenn das Wasser angefeuchtet wird, dringen die Wassermoleküle zwischen die Päckchen und drücken ihre Mundharmonika auseinander. Mineralien, die eine solche Struktur haben, schwellen stark an und nehmen 5-10 mal zu.

Und solche Gründe wie der Sand, die Kiesel, haben den Zusammenhalt praktisch nicht.

Tonböden als kolloidale Systeme sind gekennzeichnet durch solche Phänomene wie:

Absorptionskapazität (Adsorption) beruht auf der Absorption von verschiedenen Substanzen in Wasser oder gasförmigen Teilen des Mediums durch den feinen Teil des Bodens.

Koagulation. Tonboden ist ein kolloidales System, in dem jedes Teilchen eine Ladung trägt und zwischen den Teilchen Abstoßungskräfte wirken, die die Annäherung ähnlicher Ladungen verhindern. Zusätzlich sind die Partikel mit hydratisierten Schalen beschichtet.

Unter bestimmten Bedingungen tritt in der gemahlenen Suspension eine Koagulationsschwelle auf, bei der sich die Partikel annähern, sich zu Aggregaten vereinigen und in Form von Flocken aus der Lösung fallen. In dem Boden mit natürlicher Feuchtigkeit und ungestörter Struktur nimmt der Gehalt des fein dispergierten Teils ab. Dieses Phänomen wird Koagulation oder Koagulation von Partikeln genannt.

Peptisation - Downsizing, die Zerstörung von Aggregaten und der Übergang des Gels zu Sol. Dies ist das Phänomen der umgekehrten Koagulation. Gleichzeitig nimmt die Kompressibilität im Boden ab, die Festigkeit nimmt ab und die Wasserdurchlässigkeit nimmt ab.

Thixotropie ist die Fähigkeit von dispergierten Böden, die Kolloide enthalten, unter der Einwirkung von dynamischen Belastungen (Schock, Schütteln, Vibration) von einer härteren zu einer weicheren Konsistenz überzugehen, d. H. Zu verflüssigen oder zu erweichen und nach Beendigung der Belastungen in ihren früheren Zustand zurückzukehren.