Характеристика компонентов грунта

Размещено на http://www.allbest.ru/

Характеристика компонентов грунта

Минеральный состав грунта

Минеральные вещества составляют до 97% от общей массы почвы. Их состав неоднороден и различается для грунтов разных видов. Минеральный состав почвы того или иного вида не сходен с набором компонентов, содержащихся в материнской породе. Причем чем старше грунт, тем более выраженным становится это различие.

Все минералы, содержащиеся в почве, можно условно разделить на первичные и вторичные.

В первую группу входят минералы, которые являются остаточными и сохраняются в грунте в период протекания почвообразовательных процессов и выветривания. В зоне повышенной подвижности большая часть подобных веществ распадается. Прежде всего происходит разрушение таких минералов, как амфиболы, нефелин, оливин и пироксены.

Относительно большей устойчивостью (по сравнению с названными выше минералами) обладают полевые шпаты. Их содержание в грунте достигает обычно 10-15% от всей массы твердых фракций. В большинстве случаев это частицы, имеющие довольно крупный размер.

Высокой устойчивостью к разрушению характеризуются такие минеральные вещества, как циркон, эпидот, гранат, турмалин, дистен и ставролит. Они в небольшом количестве представлены в составе грунта. По данным их анализа можно делать заключения о характере протекания почвообразовательного процесса и времени образования материнской породы.

Самой высокой степенью стойкости обладает кварц. Период его сохранения в почве без разрушения может достигать несколько миллионов лет. Именно благодаря высоким физическим и химическим качествам (даже несмотря на интенсивное и продолжительное выветривание, приводящее к выносу продуктов распада) кварц способен накапливаться в грунте в довольно большом количестве.

Вторичные минеральные отложения (вторая группа) образуются в грунте путем трансформации первичных либо в результате протекающего процесса синтеза. Особое значение для почвообразования имеют так называемые глинистые минералы - монтмориллонит, каолинит, серпентин и галлуазит. Для них характерны высокая сорбционная способность, значительное увеличение объемов при воздействии воды и хорошее удержание влаги, высокий уровень липкости и существенные показатели анионного и катионного обменов. Именно такие минералы определяют поглотительные качества грунта, его структуру и степень плодородия.

Помимо описанных выше компонентов, в почве содержатся гидроксиды железа (гематит, лимонит), алюминия (гиббсит) и марганца (пиролюзит, вернадит, манганит). Эти вещества оказывают влияние на процесс становления почвенной структуры, характер и интенсивность поглотительных и окислительно-восстановительных процессов.

Кроме того, в минеральном составе грунтов различных видов были обнаружены карбонаты, ведущее место среди которых принадлежит арагониту и кальциту. Для грунтов аридной зоны характерно также присутствие легкорастворимых солей (карбоната натрия и хлорида натрия). Подобные компоненты необходимы для нормального протекания почвообразовательного процесса.

Органический состав грунта

органический минерал грунт шпат

Согласно данным исследований, в состав почвы входит сравнительно небольшое количество компонентов органического происхождения. Содержание таких веществ зависит от типа грунта. Например, в торфяниках оно максимальное, а в почвах других видов - незначительное (с преобладанием в верхних слоях). Органический состав почвы представлен животными и растительными остатками, которые могут сохранять анатомическую структуру либо быть в форме химических соединений, известных как гумус. В последнем содержатся такие вещества, как углеводы, липиды, пигменты, флавоноиды, лигнин и пр. Их доля составляет в среднем не более 15% от общей массы.

Специфическими компонентами гумуса являются гумусовые кислоты. В настоящее время их невозможно описать с помощью химической формулы. Они образуют класс высокомолекулярных соединений. Современные российские ученые говорят о присутствии в почве гумусовых кислот двух видов - гуминовых и фульвокислоты.

В составе первых присутствуют следующие компоненты: азот (3-6%), углерод (46-62%), кислород (32-38%) и водород (3-5%). Составляющими фульвокислот являются те же вещества: азот (3-4%), углерод (36-44%), кислород (45-50%) и водород (3-5%). Во всех гумусовых кислотах, помимо этого, содержатся фосфор и сера.

Фульвокислоты отличаются от гуминовых большей динамикой и повышенным уровнем растворимости. По соотношению между ними судят о качестве почвы. Однако даже в наши дни ученые не могут точно описать процесс формирования гумусовых кислот. Одни почвоведы выдвигают так называемую конденсационную гипотезу и говорят о том, что указанные соединения образуются вследствие синтеза на основе низкомолекулярных структур органического происхождения. Согласно гипотезе, автором которой является Л.Н. Александрова, формирование гумусовых кислот происходит при взаимодействии высокомолекулярных компонентов - биополимеров и белков, которые в дальнейшем подвергаются окислению и расщеплению.

Сторонники обеих гипотез утверждают, что для начала процесса образования гумусовых кислот необходимы особые ферменты, наличие которых в почве может быть обусловлено исключительно микроорганизмами.

Жидкая составляющая грунтов

Кристализационная вода принимает участие в строении кристаллических решеток минералов и находится внутри частиц грунта. Удаление ее путем длительного нагревания грунта может привести к разложению минералов и значительному изменению свойств грунта.

Вода, заполняющая поры («поровая вода»), может растворять содержащиеся в ней соли и всегда является химическим раствором обычно слабой концентрации.

Свободная вода в грунте подчиняется законам гидравлики. Она передает гидростатическое давление и может перемещаться под воздействием разности напоров. Часто свободную воду подразделяют на гравитационную и капиллярную. Практически вся вода, содержащаяся в трещиноватых скальных породах, крупнообломочных, гравелистых и крупных песках, относится к гравитационной. Капиллярная вода может содержаться в песках средней крупности, мелких и особенно пылеватых песках и глинистых грунтах. Сложное и разнообразное взаимодействие твердых частиц грунта с водой очень сильно влияет на свойства грунта. Например. замерзание пылевато-глинистых грунтов происходит постепенно при понижении отрицательной температуры: сначала в лед переходит свободная вода, затем периферийные и, наконец, более глубокие слои рыхлосвязанной воды. Фильтрация свободной воды в грунте возникает сразу же после появления разности напоров. Однако для перемещения слоев даже рыхлозвязанной воды требуется приложение тем больших силовых воздействий, чем ближе эти слои находятся к поверхности частиц. В то же время, если по каким либо причинам. Например, из-за перепада температур в зоне замерзания грунта, соседние частицы будут иметь разные по толщине слои связанной воды. Возможно возникновение миграции - перемещение связанной воды из более толстых пленок в более тонкие. Если зона замерзания грунта соединена капиллярной водой с уровнем подземных вод, то объем воды, подтягиваемой в зону замерзания, может быть весьма значительным. Здесь важно отметить. Что знание физико-химических особенностей взаимодействия твердых частиц с водой в грунте позволяет не только объяснить многие важные для практики строительства инженерные мероприятия.

Газообразная составляющая грунта

Содержание воды и газов в грунте зависит от объема его пор: чем больше поры заполнены водой, тем меньше в них содержится газов. В самых верхних слоях грунта газообразная составляющая представлена атмосферным воздухом, ниже - озоном, метаном, сероводородом и другими газами. Необходимо подчеркнуть, что метан, сероводород, угарный газ ядовиты, и могут содержаться в грунте в концентрациях, опасных для жизни работающих в слабо проветриваемых выемках. Интенсивность газообмена между атмосферой и грунтом зависит от состава и состояния грунта и повышается с увеличением содержания и размеров трещин, пустот, пор. В газообразной составляющей всегда присутствуют пары воды.

Газы в грунте могут быть в свободном состоянии или растворены в воде. Свободный газ подразделяется на незащемленный сообщающийся с атмосферой, и защемленный, находящийся в контактах между частицами и пленками воды в виде мельчайших пузырьков в воде. В поровой воде всегда содержится то или иное количество растворенного газа. Повышение давления или понижение температуры приводит к увеличению количества растворенного газа. Содержание в грунте защемленного и растворенного в воде газа существенно сказывается на свойствах грунта и протекающих в них процессах. Уменьшение давления вследствие разработки котлована или извлечения образца грунта на поверхность может привести к выделению пузырьков газа и разрушению природной структуры грунта. Наоборот, увеличение давления при передаче нагрузки от сооружения может сопровождаться повышением содержания растворенного в воде газа. В то же время увеличение содержания в воде пузырьков воздуха может увеличить сжимаемость воды в сотни раз и сделать ее соизмеримой со сжимаемостью скелета грунта.

Наблюдения показывают, что при подтоплении территории (повышении уровня подземных вод) в обводненном грунте на многие годы, если не на десятилетия, задерживается защемленный газ. Э то имеет большое значение, в частности при сейсмическом микрорайонировании. На обводненных грунтах сейсмическая бальность выше. Защемленный воздух поднимает ее дополнительно, так как снижает скорость прохождения сейсмических волн. Итак, грунт состоит из твердой, жидкой и газообразной компонент. В каждой из трех компонент чаще в малом и незначительном, а иногда и в существенном количестве содержатся микроорганизмы. Из всех составляющих грунта наиболее стабильной является твердая компонента. Жидкая (вода0 при отрицательных температурах переходит в твердое состояние (лед), может истекать, испаряться. Газ при перемене условий растворяется, вытесняется жидкостью или другими газами. Очевидно, что свойства грунтов зависят от состава, состояния и взаимодействия слагающих его компонент.

Размещено на Allbest.ru