Дисперсные грунты
Диспе́рсные грунты́, многокомпонентные системы, состоящие из совокупности обломков горных пород, или зёрен, минеральных частиц различного размера (от долей микрона до нескольких десятков см), в которых отсутствуют жёсткие структурные связи между структурными элементами. Взаимодействие между структурными элементами осуществляется за счёт механических, молекулярных, электростатических, ионно-электростатических, магнитных и/или капиллярных связей. Эти связи обусловливают невысокую прочность дисперсных грунтов. В состав дисперсных грунтов входят как минимум две фазы: дисперсная – совокупность твёрдых частиц, и дисперсионная среда – воздух или вода. В природе широко распространены трёх- и многофазные дисперсные грунты.
Главная особенность дисперсных грунтов – наличие большого числа частиц (обломков) разного размера, обусловливающих их дисперсность (величина, показывающая – какое число частиц можно вплотную уложить в единице объёма; дисперсность также может характеризоваться удельной поверхностью – суммарной площадью единицы массы или единицы объёма дисперсного грунта). Чем меньше размер частиц, тем выше дисперсность. От количества фаз и дисперсности зависят строение, состояние и свойства грунтов.
В грунтоведении выделяют классы дисперсных грунтов: 1) природных дисперсных грунтов, 2) техногенных дисперсных грунтов, 3) морозных дисперсных грунтов (Грунтоведение. 2005). Дисперсные грунты первого класса имеют природный генезис (осадочный, вулканогенно-осадочный, элювиальный и др.); грунты второго класса – техногенный (антропогенный) генезис; грунты третьего класса (как природного, так и антропогенного генезиса) в основном представлены морозными песками (их отличает отрицательная температура).
Согласно ГОСТ 25100–2011 выделяется класс дисперсных грунтов с физическими, физико-химическими или механическими структурными связями. Грунты с механическими структурными связями выделяют в подкласс несвязных грунтов (сыпучих грунтов), а грунты с физическими и физико-химическими структурными связями – в подкласс связных грунтов. Кроме того, грунты с криогенными и одновременно с физическими и физико-химическими структурными связями объединяются в подкласс дисперсных мёрзлых грунтов (ГОСТ 25100–2011).
Природные дисперсные грунты представляют собой полидисперсные системы, т. е. состоят из частиц (обломков) разного размера. Для их характеристики на основе гранулометрического анализа получают интегральные или дифференциальные кривые распределения частиц по размерам, полностью отражающие все особенности данной дисперсной системы и позволяющие систематизировать грунты по дисперсности на основе гранулометрических классификаций (ГОСТ 25100–2011). Техногенные дисперсные грунты бывают полидисперсными и монодисперсными [последние встречаются среди антропогенных (антропогенно-образованных) техногенных грунтов].
Размер слагающих дисперсные грунты элементов подразделяется согласно ГОСТ 25100–2011 (см. таблицу).
Подразделение размера структурных элементов дисперсных грунтов
Слагающие грунт элементы | Фракции | Размер, мм |
Валуны (глыбы) | Крупные Средние Мелкие | > 800 400–800 200–400 |
Галька (щебень) | Крупные Средние Мелкие | 100–200 60–100 10–60 |
Гравий (дресва) | Крупные Мелкие | 4–10 2–4 |
Песчаные частицы | Грубые Крупные Средние Мелкие Тонкие | 1–2 0,5–1 0,25–0,5 0,10–0,25 0,05–0,10 |
Пылеватые частицы | Крупные Мелкие | 0,01–0,05 0,002–0,01 |
Глинистые частицы |
| <0,002 |
Несвязные дисперсные грунты подразделяются на крупнообломочные и песчаные. В грунтах преобладают механические структурные связи, они обладают сыпучестью в сухом состоянии. Крупнообломочные грунты состоят из обломков размером >2 мм в количестве более 50 % (по массе) и подразделяются по преобладающему размеру обломков (см. таблицу); они могут быть с заполнителем (глинистым, песчаным и др.) или без него (от этого во многом зависят их свойства). Песчаные грунты состоят из обломков песчаной фракции (0,05–2 мм); по дисперсности подразделяются на разности от гравелистых до пылеватых (ГОСТ 25100–2011), кроме того, их подразделяют по пористости, степени плотности и другим параметрам.
Связные дисперсные грунты подразделяются на глинистые, лёссовые (пылеватые), илы и сапропели, заторфованные грунты и торфа. Их разновидности выделяются по гранулометрическому составу, числу пластичности, показателю текучести, набухаемости, просадочности, содержанию органического вещества и другим показателям (согласно ГОСТ 25100–2011).