Сегодня Саво Кусич специализируется на деревянных окнах, дерево-алюминиевых окнах, окнах на заказ, дверях и запросах цен. Этот текст остается в качестве технического архива и не является предложением по геотехническому проектированию, лабораторным испытаниям или земляным работам.
Фазы материалов в почве
Почва состоит из трех фаз: твердой, жидкой и газообразной. Твердая фаза представлена твердыми частицами — жидкой водой, а газообразная — замкнутым воздухом или водяным паром в порах почвы.
Отдельные типы грунтов могут состоять из одной, двух или трёх фаз, а это значит, что состав грунта может быть однофазной, двухфазной или трёхфазной системой. Физические свойства почвы зависят от отдельных фаз.
Несвязный грунт, например полностью сухой песок или гравий, состоит только из одной фазы — твердых частиц. Воздух, находящийся в порах этой почвы, не замкнут и не препятствует движению твердых частиц, поэтому его нельзя считать фазой.
Влажный связный грунт над уровнем грунтовых вод, состоящий из твердых частиц и закрытых пор, заполненных частично водой, частично воздухом или водяным паром, является грунтом трехфазной системы. При движении твердых тел вода и воздух в порах почвы противостоят одновременно.
Почва ниже уровня грунтовых вод, поры которой полностью заполнены водой, так что в них нет воздуха и водяного пара, представляет собой двухфазную систему. Почва в более глубоких слоях считается двухфазной системой, поскольку замкнутый воздух в порах почвы на больших глубинах не оказывает существенного влияния на ее физические свойства, которые в этом случае определяются свойствами твердой и жидкой фаз.
Гранулометрический состав
Твердые компоненты почвы — это минеральные или органические вещества разного размера: от крупных камешков и блоков размером в сотни и тысячи миллиметров до размеров одной молекулы. Как известно, молекула – это одна миллионная миллиметра, один миллимикрон. Наименьшим размером твердых частиц почвы считается 20 m или микрон.
Размер твердых частиц почвы очень сильно влияет на ее физические свойства. Эта крупность выражается гранулометрическим составом, который представляет собой отношение размеров отдельных зерен по их массовым долям к общей массе почвы. Деление почв по гранулометрическому составу в разных странах различно. Наше подразделение выглядит следующим образом:
Пределы размера частиц
Размер 2 mm – граница между крупнозернистым и мелкозернистым составом почвы. Твердые частицы размером до 2mm свидетельствуют о капиллярном подъеме воды в почве. Крупнозернистая почва не имеет капиллярности.
Размер 0,2 mm – граница между крупнозернистым (острым) и мелкозернистым (мягким) песком.
Размер 0,02 mm — предел, до которого отдельные зерна в почве можно распознать невооруженным глазом.
Размер 0,002 mm – граница между рыхлым грунтом и глиной
Размер 0,0002 mm – граница между глиной и коллоидной глиной.
Твердые компоненты, указанные ниже 0,002 mm, оказывают большое влияние на физические свойства почвы. Эти ингредиенты придают почве сцепление, и если их меньше и больше в почве, сцепление почвы становится более выраженным. Однако сцепление почвы также зависит от минерального состава твердых частиц размером менее 0,002 mm. Если эти частицы образуются в результате разложения очень твердых минералов, таких как кварц, то их сцепление очень низкое или отсутствует, а их водопоглощение также относительно низкое. Если частицы ниже 0,002 mm были созданы в результате разложения глинистых материалов, то они обладают связующими свойствами, которые тем сильнее, чем частицы мельче, при этом водопоглощение таких частиц очень велико.
Гранулометрический состав почвы дает важные и достоверные данные о некоторых ее физических свойствах. Если в почве преобладают глинистые частицы размером ниже0,002 mm, то уже на основании этого можно сделать вывод, что такой грунт пластичен, связен, гигроскопичен, обладает высокой капиллярностью, малой проницаемостью и имеет малый угол внутреннего трения.
Гранулометрический состав почвы представлен линиями гранулометрического состава (рис.1).
Сл.1- Линии гранулометрического состава почвы:1- гравийный песок;2- пыльный песок;3- песчаная пыль;4- глинистая почва;5- глина
По ординатам линий гранулометрического состава указана массовая доля твердых частиц, меньших диаметра, представленного абсциссой данной точки. Например, в точке А прямой4ордината показывает, что существует92%размер частиц менее2 mm, и что они являются оставшимися8%размер больше2 mm.
Классификация почв по гранулометрическому составу
Почвы, содержащие твердые частицы размером более 2 mm, классифицируются по общему делению почв по гранулометрическому составу, представленному на рис. 1. При этом за основную фракцию принимают ту, которая наиболее представлена в почве, а остальные – за дополнительные. Например, если общая грануляция почвы состоит в основном из песка с меньшим количеством гравия, то такую почву относят к гравийно-песчаной, а противоположной – супесчано-гравийной. В классификации также могут быть указаны доли отдельных фракций в почве. Например, если почва содержит глину 15%, пыль 45%, песок 30% и гравий 10%, ее можно классифицировать как глинистую почву с глиной 15% и гравием 10%.
Однако для мелкозернистых грунтов, содержащих твердые частицы размером менее 2 mm, классификация по их гранулометрическому составу обычно проводится по треугольной диаграмме. Таких схем несколько, из них мы приведем самую основную от Бюро почв США, рис. 2.
Рис. 2 — Треугольная диаграмма Бюро почв США
Диаграмма состоит из трех координатных осей, сложенных в равносторонний треугольник, в котором каждая ось представляет одну фракцию, а именно песок, пыль и глину в % от массы всей массы почвы. Поверхность диаграммы разделена на зоны 10, каждая из которых представляет собой отдельный тип грунта. Каждая сторона треугольника представляет собой абсциссу, от которой подняты ординаты, параллельные двум другим абсциссам.
Каждая точка на этой диаграмме имеет координаты 3, которые представляют процентное содержание указанной фракции 3 в данной почве и определяют тип почвы. Так, например, точка М на схеме обозначает глину. Его получают так, как из диаграммы гранулометрического состава рис. 1 определяют отдельные фракции, которыми в данном случае будут (линия 4 на рис. 1): 35% глина, 25% пыль, 40% песок, при этом количеством 8% пренебрегают, так как оно составляет менее 10%.
Эта классификация относится к фракциям песка, пыли и гравия в соответствии с американским подразделением, но она по-прежнему принята как таковая из-за сравнительных значений и опыта, который она имеет в такой классификации.
Степень неровности почвы
По мнению Аллена Хейзена, степень неровности почвы представляет собой соотношение (рис. 3)
U=d60/d10
где d60 — диаметр зерна, соответствующий ординате 60%, а d10 — диаметр зерна, соответствующий ординате 10%.
Для U < 5 tlo je ravnomernog sastava,
для U = 5 – 15 почва умеренно неравномерного состава,
для U > 15 почва имеет неравномерный состав.
При крутой линии гранулометрического состава значение степени неравномерности U невелико, а при пологой линии - велико. Наименьшее значение для U — 1. Если линия гранулометрического состава более пологая, значение U выше. Для песков это чаще всего U=1-15, для глинистых почв U=10-90, а для почв с очень неравномерным составом U может иметь очень высокие значения.
Рис. 3 - Определение диаметра зерна d60 и d10
Правило фильтра
Данное правило основано на гранулометрическом составе фильтра, задачей которого является снижение гидравлического градиента на контакте почвы и каменного дренажного слоя за счет переходной крупности зерен, чтобы предотвратить вымывание мелких частиц грунта грунтовыми водами. Основными условиями, которым должен соответствовать фильтрующий слой, являются водопроницаемость и стабильность.
Существует несколько правил композиции фильтров, среди которых только правило Терзаги будет указано здесь как самое известное.
Правило Терзаги
Правило Терзаги гласит: Гранулирование фильтра должно быть таким, чтобы его зерна в количестве 15% частей по весу от всей массы фильтра (F15) были как минимум в 4 раз крупнее самых крупных частиц почвы, на которой лежит фильтр (основания) на количество 15% весовых частей основы (B15), не превышающее 4 раз в B85, т.е. размеры наименьших частиц в 85% частях по массе основы. Это правило можно выразить отношениями:
F15/B15 > 4 и F15/B85 < 4.
Первое соотношение обеспечивает водопроницаемость фильтра, а второе гарантирует его стабильность.
Рис. 4 — Правило фильтра Терцагии
Наименьшие и самые крупные частицы основы представлены на рис. 4 границы границ 1 и 2. Линии ограничения фильтра — 3 и 4. Условие F15 > 4_B15_ представлено точкой a на граничной линии 3, условие F15 < 4_B85_ tačkom b na liniji 4.
Рекомендуется, чтобы линия гранулометрического состава фильтра была примерно параллельна линии гранулометрического состава основы.
Вместо двух крайних линий гранулометрического состава основы как на рис. 4, может представлять собой одну линию средней грануляции. В этом случае точки B15 и B85 находятся на одной линии (как на рис. 5).
Чаще всего разница в грануляции между основанием и дренажным слоем такова, что одной фильтрующей зоны недостаточно для перехода между основанием и слоем. В этом случае фильтр состоит из нескольких фильтрующих зон, которые определяются по одному и тому же правилу до достижения наибольшей крупности дренажного отложения.
Рис. 5 - Пример расчета слоев фильтра
Перечисленные подразделения, предельные размеры и правила перенесены из исторического источника и не заменяют действующую геотехническую классификацию, лабораторный отчет, конструкцию фильтра или план эксплуатации. Реальная почвенно-дренажная система требует репрезентативного отбора проб, соответствующего тестирования, проверки подземных и поверхностных вод, эрозии и внутренней устойчивости, а также оценки уполномоченного эксперта в соответствии с действующими нормами и условиями конкретного проекта.