CHARAKTERYSTYKA SZKIELETU MINERALNEGO CHARAKTERYSTYKA SZKIELETU MINERALNEGO - skład mineralny

FAZY W GRUNCIE

FAZY W GRUNCIE

FAZA STAŁA FAZA STAŁA

CHARAKTERYSTYKA SZKIELETU MINERALNEGO CHARAKTERYSTYKA SZKIELETU MINERALNEGO - skład mineralny

- pojemność wymiany jonowej - skład kationów wymiennych - powierzchnia właściwa

- zawartość części organicznych - rodzaj wiązań

- układ cząstek

- typy kontaktów między cząsteczkami - struktura i tekstura

- wielkość cząstek i ich kształt

- charakter powierzchni

FAZA CIEKŁA FAZA CIEKŁA

CHARAKTERYSTYKA

CHARAKTERYSTYKA WODY WODY

- stan wody (stały, ciekły, gazowy)

- rodzaj wody (woda związana, woda związana chemicznie, - rodzaj wody (woda związana, woda związana chemicznie,

woda wolna) - ilość wody

- mineralizacja wody

- skład chemiczny wody

FAZA STAŁA FAZA STAŁA

MINERAŁY MINERAŁY

występujące w naturze pierwiastki lub związki chemiczne utworzone przez procesy geologiczne mające budowę, którą można wyrazić wzorami chemicznymi

chemicznymi

SKAŁY SKAŁY

ciało stałe składające się z jednego lub wielu minerałów

KLASA KLASA

GŁÓWNE MINERAŁY GŁÓWNE MINERAŁY

SKAŁOTWÓRCZE SKAŁOTWÓRCZE

(KILKA DO DZIESIĘCIU (KILKA DO DZIESIĘCIU

% ZAWARTOŚCI)

% ZAWARTOŚCI)

MINERAŁY POBOCZNE MINERAŁY POBOCZNE ( DO KILKU ( DO KILKU

% ZAWARTOŚCI)

% ZAWARTOŚCI)

MINERAŁY MINERAŁY DODATKOWE DODATKOWE (AKSCESORYCZNE) (AKSCESORYCZNE)

(MNIEJ NIŻ 1%

(MNIEJ NIŻ 1%

ZAWARTOŚCI) ZAWARTOŚCI)

G G R R U U N N T T Y Y S S K K A A

MAGMOWE

MAGMOWE skalenie, kwarc, pirokseny, łyszczyki, oliwin, amfibole

turmalin, apatyt, tytanit, cyrkon, magnetyt, ilmenit, hematyt, chromit, spinel

kordieryt, granat, epidot, fluoryt, topaz

OSADOWE OSADOWE

kwarc , skalenie, łyszczyki, hydrołyszczyki,

montmorylonit, kaolinit, opal, chalcedon, gips, anhydryt, halit, sylwin

amfibole, pirokseny, syderyt, magnezyt, glaukonit, tlenki i

wodorotlenki żelaza i glinu

cyrkon, rutyl, granat, zeolity, chalkopiryt, sfeleryt,fluoryt

kwarc, skalenie, pirokseny,

L L I I S S T T E E

METAMORFICZNE METAMORFICZNE

kwarc, skalenie, pirokseny, amfibole, oliwin, granaty, wollastanit, dysten, andaluzyt, sylimanit, kordieryt, chloryty, epidot, kalcyt

turmalin, sfen (tytanit), trydymit, leucyt, staurolit

magnezyt, ilmenit, hematyt, piryt

N N I I E E S S K K A A L L I I S S T T E E

NIESPOISTE

NIESPOISTE kwarc, skalenie, kalcyt kalcyt, gips, tlenki i

wodorotlenki żelaza i glinu

SPOISTE

SPOISTE kwarc, minerały ilaste kalcyt, gips, piryt

ZIARNO ZIARNO

okruchy kryształów i skał o rozmiarach od 0,05mm do 40mm od 0,05mm do 40mm

CZĄSTKA CZĄSTKA

okruchy kryształów i skał o rozmiarach mniejszych od 0,05mm mniejszych od 0,05mm

AGREGAT AGREGAT

jest to duży element mikrostrukturalny skał ilastych zbudowany z z połączonych połączonych ziarn ziarn, cząstek, mikroagregatów oraz/lub substancji organicznej. Nietrwały w zawiesinie lub pod wpływem mechanicznego działania, jeżeli pomiędzy cząsteczkami nie występują wiązania cementacyjne – tylko pod wpływem działania sił przyciągania międzycząsteczkowego (van der Waalsa), elektrostatycznego czy poprzez wiązania wodorowe. Rozmiary Rozmiary wahają wahają się się od od kilku kilku mikrometrów mikrometrów do do dziesiątków, dziesiątków, a a niekiedy niekiedy setek setek mikrometrów

mikrometrów..

CZĄSTKA ILASTA CZĄSTKA ILASTA

najmniejsze elementy strukturalne zbudowane z mikrokryształów minerałów ilastych, odporne na oddziaływanie mechaniczne i fizykochemiczne

MIKROAGREGAT MIKROAGREGAT

zespół cząstek ilastych lub ilasto-piaszczysto-pylastych, trwałych w zawiesinie przy braku dyspergenta i zewnętrznych oddziaływań mechanicznych. Podstawowa ich cechą jest ich trwałość przy zetknięciu z wodą. Wynika to z faktu, że energia wiązania międzycząsteczkowych w mikroagregatach jest większa niż oddziaływanie rozpierające otoczek wody (siły przyciągania cząstka-woda). Rozmiary Rozmiary od od części części mikrometra mikrometra do do kilkudziesięciu

kilkudziesięciu mikrometrów mikrometrów ..

CHARAKTERYSTYKA FAZY STAŁEJ CHARAKTERYSTYKA FAZY STAŁEJ

SKŁAD MINERALNY SKŁAD MINERALNY

- minerały o strukturze 1:1 - minerały o strukturze 2:1 - minerały o strukturze 2:1:1

TYPY KONTAKTÓW TYPY KONTAKTÓW

UKŁAD CZĄSTEK ILASTYCH UKŁAD CZĄSTEK ILASTYCH

- koagulacyjne (daleki – bliski) - kontakty przejściowe

- kontakty fazowe

UKŁAD CZĄSTEK ILASTYCH UKŁAD CZĄSTEK ILASTYCH

- płaszczyzna – płaszczyzna - krawędź – krawędź

- płaszczyzna - krawędź

- chemiczne - cząsteczkowe

- cząsteczkowo – jonowo – elektrostatyczne - magnetyczne

- elektrostatyczne

- MAKRO struktura i tekstura - MEZO struktura i tekstura - MIKRO struktura i tekstura

WIĄZANIA STRUKTURALNE W GRUNCIE WIĄZANIA STRUKTURALNE W GRUNCIE

STRUKTURA I TEKSTURA GRUNTÓW

STRUKTURA I TEKSTURA GRUNTÓW

Krzemiany warstwowe i warstwowo-wstęgowe występujące we frakcji iłowej (d<0,002mm) gruntów spoistych składają się warstwy tetraedrycznej i oktaedrycznej

WARSTWA

WARSTWA PODSTAWOWY ELEMENTPODSTAWOWY ELEMENT

UŁOŻENIE ELEMENTÓW W WARSTWIE UŁOŻENIE ELEMENTÓW W WARSTWIE

TETRAEDRYCZNA TETRAEDRYCZNA TETRAEDRYCZNA TETRAEDRYCZNA (czworościan krzemowo-

tlenowy)

OKTAEDRYCZNA OKTAEDRYCZNA (ośmiościan glinowo- tlenowo-wodorotlenkowy lub magnezowo-tlenowo-

wodorotlenkowy)

Warstwy tetraedryczne i oktaedryczne łącza się w większe jednostki zwane

Warstwy tetraedryczne i oktaedryczne łącza się w większe jednostki zwane PAKIETAMI PAKIETAMI

TYP TYP PAKIETU

PAKIETU RODZAJ WARSTWYRODZAJ WARSTWY SCHEMAT PAKIETUSCHEMAT PAKIETU PRZEDSTAWICIELEPRZEDSTAWICIELE

1 : 1 1 : 1

warstwa OKTAEDRYCZNAOKTAEDRYCZNA

warstwa TETRAEDRYCZNATETRAEDRYCZNA kaolinitkaolinit serpentyn

2 : 1 2 : 1

warstwa TETRAEDRYCZNATETRAEDRYCZNA warstwa OKTAEDRYCZNAOKTAEDRYCZNA

pirofilit talk łyszczki 2 : 1

2 : 1 warstwa OKTAEDRYCZNAOKTAEDRYCZNA warstwa TETRAEDRYCZNATETRAEDRYCZNA

łyszczki smektyty (montmorylonit)

2 : 1 : 1 2 : 1 : 1

między pakietami 2:1 2:1 zamknięta jest warstwa

OKTAEDRYCZNA OKTAEDRYCZNA (TRIOKTAEDRYCZNATRIOKTAEDRYCZNA (3Mg²⁺) - BURCYTOWABURCYTOWA)

chloryt

Pakietu tworzy jedna warstwa czworościanów krzemowych i jedna ośmiościanów glinowych (magnezowych) połączonych silnymi wiązaniami jonowo-atomowymi.

Najważniejszym przedstawicielem tej grupy jest kaolinit, dlatego często nazywa się tę grupę: grupą kaolinitu, należy tu również: dickit, serpentyn.

W minerałach dwuwarstwowych (grupa kaolinitu) poszczególne pakiety związane są trwale wiązaniami wodorowymi (wodór grup OH oktaedrów). Istnienie silnych

MINERAŁY DWUWARSTWOWE MINERAŁY DWUWARSTWOWE

PAKIET TYPU 1:1 PAKIET TYPU 1:1

trwale wiązaniami wodorowymi (wodór grup OH oktaedrów). Istnienie silnych wiązań między pakietami sprawia, że woda ma utrudniony dostęp. Zdolności więc sorpcyjne tych minerałów są ograniczone tylko do ich powierzchni zewnętrznych.

Odległość między pakietami, wynosząca w przypadku kaolinitu zaledwie 0,72nm, haloizytu 1,0nm. Skutkiem tego grunty z grupy kaolinitu są mało hydrofilne, co przejawia się ich bardzo słabą nasiąkliwością (wilgotnością), słabym pęcznieniem, małą ściśliwością, małą plastycznością i niewielką zdolnością wymiennego sorbowania kationów.

WYSTĘPOWANIE WYSTĘPOWANIE

Kaolinit najczęściej jest produktem wietrzenia glinokrzemianów (głównie

skaleni) w środowisku kwaśnym. Proces kaolinizacji rozwija się zwłaszcza w

skałach granitowych i pokrewnych. Kaolinit jest głównym składnikiem glin i iłów,

występuje powszechnie w zwietrzelinach i glebach, w których wchodzi w skład

frakcji ilastej.

MINERAŁY TRÓJWARSTWOWE MINERAŁY TRÓJWARSTWOWE

PAKIET TYPU 2:1 PAKIET TYPU 2:1

Pakietu tworzą dwie warstwy czworościanów krzemowych i oddzielająca je jedna warstwa ośmiościanów glinowych (magnezowych) Należą do najcenniejszych minerałów ilastych naszych gleb.

Grupę minerałów trójwarstwowych dzieli się, ze względu na właściwości, na trzy podgrupy, których nazwy pochodzą od głównego przedstawiciela danej podgrupy:

Podgrupa montmorylonitu, Podgrupa wermikulitu, Podgrupa illitu.

PODGRUPA MONTMORYLONITU PODGRUPA MONTMORYLONITU PODGRUPA MONTMORYLONITU PODGRUPA MONTMORYLONITU

Charakteryzuje się, w porównaniu z kaolinitem, znaczną i zmienną odległością między pakietami. Odległość między pakietami, wynosząca w przypadku kaolinitu zaledwie 0,96nm. Dzięki temu do przestrzeni międzypakietowych z łatwością wnikają drobiny wody, powodując ich rozciągnięcie i tym samym zwiększenie objętości kryształu.

Minerał charakteryzuje się zatem dużą nasiąkliwością, zdolnością pęcznienia oraz znacznymi zdolnościami sorbowania kationów.

Minerały tej podgrupy są uważane za cenne minerały glebowe, bo w dużym stopniu mają wpływ na zdolności sorpcyjne gleby i jej zasobność w składniki pokarmowe roślin.

WYSTĘPOWANIE WYSTĘPOWANIE

Montmorillonit powstaje w strefie wietrzenia ciemnych skał magmowych: diabazów,

bazaltów i gabra w warunkach alkalicznych. Jest on głównym składnikiem iłów

bentonitowych. W glebach występuje jedynie tam, gdzie zaistniały warunki

alkaliczne, niezbędne przy jego tworzeniu

PODGRUPA WERMIKULITU PODGRUPA WERMIKULITU

Posiadają podobną budowę jak montmorylonit, charakteryzują się nieco mniejszymi przestrzeniami międzypakietowymi i mniejszą rozciągliwością.

Minerał ten występuje w skałach i glebach charakteryzujących się wysoką zawartością magnezu, dlatego w warstwie oktaedrycznej znaczna ilość jonów Al zastąpiona jest jonami Mg.

Wermikulit charakteryzuje się największymi spośród minerałów ilastych zdolnościami wymiennego sorbowania kationów.

WYSTĘPOWANIE WYSTĘPOWANIE

Wermikulit jest produktem wietrzenia lub hydrotermalnego rozkładu biotytu.

Występuje powszechnie w zwietrzelinach i glebach, w których wchodzi w skład frakcji ilastej.

PODGRUPA ILLITU (MIKI) PODGRUPA ILLITU (MIKI)

Posiada budowę podobną do montmorylonitu, ale posiada znacznie mniejsze przestrzenie międzypakietowe, które są częściowo lub całkowicie zapełnione jonami potasu. Minerały illitu są nierozciągliwe i charakteryzują się niewielkimi zdolnościami sorpcji wymiennej kationów, jednak trzykrotnie większymi od kaolinitu.

WYSTĘPOWANIE WYSTĘPOWANIE

Illit najczęściej jest produktem wietrzenia glinokrzemianów (głównie skaleni).

Może również powstawać w procesach przemian innych minerałów ilastych i

muskowitu. Illit jest pospolitym składnikiem iłów, występuje powszechnie w

zwietrzelinach i glebach, w których wchodzi w skład frakcji ilastej.

Podział minerałów typu

Podział minerałów typu 2 : 1 2 : 1 w zależności od zawartości treści w zależności od zawartości treści międzypakietowej

międzypakietowej

TYP PAKIETU

TYP PAKIETU TREŚĆ TREŚĆ

MIĘDZYPAKIETOWA

MIĘDZYPAKIETOWA MINERAŁMINERAŁ

2 : 1 2 : 1

brak treści międzypakietowej

pirofilit

(Al³⁺ - hydrargilitowa) 2 : 1 talk

2 : 1 międzypakietowej talk

(Mg²⁺ - burcyt)

kationy indywidualne łyszczki

kationy uwodnione

(hydratowane) smektyty

Wypełnienie oktaedrów

KATIONY

KATIONY NAZWA WARSTWYNAZWA WARSTWY UWAGIUWAGI

CZTEROWARTOŚCIOWE

CZTEROWARTOŚCIOWE Ti⁴⁺

TRÓJWARTOŚCIOWE

TRÓJWARTOŚCIOWE Al³⁺, Fe³⁺, Cu³⁺ dioktaedryczna Al³⁺ - hydrargilitowa TRÓJWARTOŚCIOWE

TRÓJWARTOŚCIOWE Al , Fe , Cu

Al³⁺ - hydrargilitowa

3Mg²⁺ 2Al ³⁺

DWUWARTOŚCIOWE

DWUWARTOŚCIOWE Mg²⁺, Ca²⁺, Fe²⁺ trioktaedryczna Mg²⁺ - burcytowa JEDNOWARTOŚCIOWE

JEDNOWARTOŚCIOWE Li⁺

TYPY KONTAKTÓW TYPY KONTAKTÓW KOAGULACYJNE

KOAGULACYJNE (daleki, bliski) (daleki, bliski)

PRZEJŚCIOWE PRZEJŚCIOWE

Cząstki kontaktują się za pośrednictwem otoczki wodnej Typowe dla młodych, niezdiagenezowanych osadów (siły osadów (siły wodno

wodno--koloidalne) koloidalne)

W miarę ubywania wody cząstki zbliżają się do siebie, PRZEJŚCIOWE

PRZEJŚCIOWE

FAZOWE FAZOWE

W miarę ubywania wody cząstki zbliżają się do siebie, Kontakt odwracalny – pod wpływem uwodnienia następuje przejście w kontakt KOAGULACYJNY KOAGULACYJNY

(siły wodno

(siły wodno--koloidalne) koloidalne)

Procesy wysychania i konsolidacji prowadzą do powstania kontaktu FAZOWEGO FAZOWEGO

(wiązania chemiczne) (wiązania chemiczne)

W gruntach o kontaktach fazowych nie zaznacza się wpływ

składu mineralnego i składu kationów wymiennych na

właściwości geologiczno-inżynierskie

UKŁAD CZĄSTEK UKŁAD CZĄSTEK ILASTYCH (ORIENTACJA) ILASTYCH (ORIENTACJA)

KONTAKTY KONTAKTY KOAGULACYJNE

KOAGULACYJNE FAZOWEFAZOWE

PŁASZCZYZNA

PŁASZCZYZNA -- PŁASZCZYZNAPŁASZCZYZNA

KRAWĘDŹ

KRAWĘDŹ –– KRAWĘDŹKRAWĘDŹ

PŁASZCZYZNA

PŁASZCZYZNA -- KRAWĘDŹKRAWĘDŹ

WYTRZYMAŁOŚĆ GRUNTU WYTRZYMAŁOŚĆ GRUNTU

WYTRZYMAŁOŚĆ WIĄZAŃ WYTRZYMAŁOŚĆ WIĄZAŃ WEWNĄTRZKRYSTALICZNYCH WEWNĄTRZKRYSTALICZNYCH

WYTRZYMAŁOŚĆ WIĄZAŃ WYTRZYMAŁOŚĆ WIĄZAŃ

STRUKTURALNYCH STRUKTURALNYCH

- jonowe - atomowe - metaliczne

- chemiczne - cząsteczkowe

- czasteczkowo-jonowo-elektrostatyczne - magnetyczne

- elektrostatyczne - elektrostatyczne

Siły przyciągania Siły przyciągania (VAN DER WAALSA) (VAN DER WAALSA)

Siły odpychania Siły odpychania (JONOWO

(JONOWO –– ELEKTROSTATYCZNE)ELEKTROSTATYCZNE)

SCHEMAT DZIAŁANIA SIŁ SCHEMAT DZIAŁANIA SIŁ JONOWO

JONOWO -- ELEKTROSTATYCZNYCH ELEKTROSTATYCZNYCH

RODZAJE WIĄZAŃ W MINERAŁACH RODZAJE WIĄZAŃ W MINERAŁACH

RODZAJ RODZAJ WIĄZAŃ

WIĄZAŃ CHARAKTERYSTYKA WIĄZANIACHARAKTERYSTYKA WIĄZANIA PRZYKADPRZYKAD

JONOWE JONOWE

Elektrostatyczne przyciąganie jonów odmiennego znaku zgodnie z prawem Coulomba (wiązania wodorowe)

Charakterystyczne dla halogenków, siarczanów, węglanów

Zewnętrzne powłoki elektronowe zachodzą na siebie i niektóre elektrony należą ATOMOWE

ATOMOWE

na siebie i niektóre elektrony należą równocześnie do dwóch atomów

Charakterystyczne dla krzemianów pierwotnych

METALICZNE METALICZNE

Słabo związane elektrony przestają należeć do poszczególnych atomów i staja się elektronami swobodnymi poruszającymi się między dodatnimi jonami

http://www.chemia.dami.pl/liceum/liceum7/wiazania2.htm

WIĄZANIA STRUKTURALNE W GRUNCIE WIĄZANIA STRUKTURALNE W GRUNCIE

Powstają w wyniku złożonych procesów fizyczno-chemicznych, krystalizacji, dyfuzji, adsorbcji, wymiany jonowej

WIĄZANIA STRUKTURALNE

WIĄZANIA STRUKTURALNE WIĄZANIA STRUKTURALNE WIĄZANIA STRUKTURALNE WIĄZANIA STRUKTURALNE

WIĄZANIA STRUKTURALNE PIERWOTNE

PIERWOTNE

WIĄZANIA STRUKTURALNE WIĄZANIA STRUKTURALNE

WTÓRNE WTÓRNE

Powstają w procesie tworzenia się skał

(stygnięcie magmy, rekrystalizacja w procesach metamorficznych, sedymentacja)

Powstają w późniejszych etapach pod wpływem zagęszczenia, rozpuszczania, wietrzenia, infiltracji roztworów itp..

RODZAJ WIĄZANIA

RODZAJ WIĄZANIA CHARAKTERYSTYKA WIĄZANIACHARAKTERYSTYKA WIĄZANIA RODZAJ GRUNTU W RODZAJ GRUNTU W KTÓRYM WYSTĘPUJE KTÓRYM WYSTĘPUJE

CHEMICZNE CHEMICZNE

Analogicznie do wewnątrzkrystalicznych wiązań w minerałach.

Powstają przy bezpośrednim kontakcie ziarn mineralnych lub przy zapełnieniu przestrzeni porowej substancją utwardzającą

Skały magmowe (proces krystalizacji) Skały metamorficzne (proces rekrystalizacji) Skały osadowe

(Wytrącanie soli)

CZĄSTECZKOWE CZĄSTECZKOWE

Wywołane działaniem sił

międzycząsteczkowych VAN DER WAALSA Działają na dużych odległościach (kilka tys. A) Ze zwiększeniem odległości między

Grunty nieskaliste (Spoiste)

W stanie suchym

RODZAJE WIĄZAŃ STRUKTURALNYCH RODZAJE WIĄZAŃ STRUKTURALNYCH

Ze zwiększeniem odległości między cząsteczkami energia wiązań maleje

W stanie suchym (Zwarte)

CZĄSTECZKOWO CZĄSTECZKOWO--

JONOWO JONOWO--

ELEKTROSTATYCZNE ELEKTROSTATYCZNE

Obok sił cząsteczkowych występują siły jonowo-elektrostayyczne wywołane obecnością warstwy dyfuzyjnej wokół ujemnie naładowanej cząstki ilastej

Grunty nieskaliste (Spoiste)

Wilgotne I_L>0

MAGNETYCZNE MAGNETYCZNE

Związane z obecnością ferromagnetyków (hematyt, getyt), minerały te tworzą na powierzchni cząstek cienkie błonki.

Obecność trwałego momentu magnetycznego powoduje ustawienie się cząstek płaszczyzna (001) i w efekcie powstanie wiązań o charakterze magnetycznym

Grunty nieskaliste, w których cząstki gruntowe posiadają

otoczkę zbudowana z

ferromagnetyków (hematyt, getyt)

ELEKTROSTATYCZNE ELEKTROSTATYCZNE

Przy bezpośrednim styku cząstek, powierzchnie uzyskują ładunek na skutek kontaktowej różnicy potencjałów

Grunty nieskaliste (Suche)

STRUKTURA I TEKSTURA GRUNTÓW STRUKTURA I TEKSTURA GRUNTÓW

STRUKTURA

STRUKTURA (structure)

cechy budowy skał (gruntów), które zależą od od wymiarów, wymiarów, kształtu, kształtu, charakteru

charakteru powierzchni powierzchni ii wzajemnych wzajemnych stosunków stosunków elementów elementów składowych skały (gruntów), a także charakteru powiązań powiązań tych tych elementów

elementów elementów elementów

TEKSTURA

TEKSTURA (texture)

cecha określająca rozmieszczenie, rozmieszczenie, układ układ elementów elementów w przestrzeni

oraz stopień wypełnienia przestrzeni

STRUKTURA I TEKSTURA GRUNTÓW STRUKTURA I TEKSTURA GRUNTÓW

MAKRO

MAKRO STRUKTURA STRUKTURA TEKSTURA TEKSTURA

MEZO

MEZO STRUKTURA STRUKTURA TEKSTURA TEKSTURA

widoczna gołym okiem

obserwacja prowadzona przy użyciu mikroskopu optycznego

MIKRO MIKRO

TEKSTURA TEKSTURA

STRUKTURA STRUKTURA TEKSTURA TEKSTURA

obserwacja prowadzona przy użyciu mikroskopu

elektronowego

ULTRA

ULTRA STRUKTURA STRUKTURA TEKSTURA TEKSTURA

obserwowane obiekty są

mniejsze od 0,1 µm

MEZO MEZO

STRUKTURA I TEKSTURA STRUKTURA I TEKSTURA

Badanie za pomocą mikroskopu optycznego Badanie za pomocą mikroskopu optycznego

Wymiar, kształt, charakter powierzchni mezoagregatów, mezobloków, ziaren d > 0,002 mm

MEZOSTRUKTURA MEZOSTRUKTURA

TYPY:

TYPY:

- mezoagregatowa

- piaskowo-mezoagegatowa - pylasto-mezoagregatowa

MEZOTEKSTURA MEZOTEKSTURA

BEZŁADNA BEZŁADNA

brak przestrzennej orientacji cząstek i agregatów

UPORZĄDKOWANA UPORZĄDKOWANA orientacja elementów np.

zgodna z warstwowniem gruntu lub prostopadła do kierunku

przyłożonego obciążenia -Ze względu na średnice porów:

- mezostruktura wielkoporowa φ >0.1mm - mezostruktura drobnoporowa φ 0.1-0,01mm - mezostruktura bardzodrobnoporowa

φ < 0.01mm

MIKRO MIKRO

STRUKTURA I TEKSTURA STRUKTURA I TEKSTURA

Badanie za pomocą mikroskopu elektronowego Badanie za pomocą mikroskopu elektronowego

Wymiar, kształt, charakter powierzchni mezoagregatów, mezobloków, ziaren d < 0,002 mm

MIKROSTRUKTURA MIKROSTRUKTURA

TYPY:

TYPY:

- komórkowa

Ze względu na genezę wyróżnia się:

MIKROSTRUKTURĘ SYNGENETYCZNĄ

MIKROSTRUKTURĘ SYNGENETYCZNĄ /mat.

ilasty nieuporządkowany/

- komórkowa - szkieletowa - matrycowa - turbulentna - laminarna

MIKROTEKSTURA MIKROTEKSTURA

BEZŁADNA BEZŁADNA

brak przestrzennej orientacji cząstek i agregatów

UPORZĄDKOWANA UPORZĄDKOWANA orientacja elementów np.

zgodna z warstwowniem gruntu lub prostppadła do kierunku

przyłożonego obciążenia ilasty nieuporządkowany/

MIKROSTRUKTURĘ EPIGENETYCZNĄ

MIKROSTRUKTURĘ EPIGENETYCZNĄ /mat. ilasty

uporządkowany/

TYP TYP

MIKROSTRUKTRY

MIKROSTRUKTRY SCHEMATSCHEMAT CECHY CHARAKTERYSTYCZNECECHY CHARAKTERYSTYCZNE

KOMÓRKOWA KOMÓRKOWA

SYNGENETYCZNA

SYNGENETYCZNA typowa dla iłów mieszanopakietowych illit-smektyt, cząstki pylaste i ilaste rozmieszczone nierównomiernie, brak bezpośrednich kontaktów, elementy niezorientowane (tekstura bezładna) przestrzeń porowa tworzą pory komórkowe

Typowa dla młodych iłów

Powstaje w warunkach spokojnego osadzania w wodach słodkich i słonych

Kontakty typu KOAGULACYJNEGOKOAGULACYJNEGO SYNGENETYCZNA,

SYNGENETYCZNA, dominują ziarna kwarcu, luźno

MIKROSTRUKTURY GRUNTÓW ILASTYCH MIKROSTRUKTURY GRUNTÓW ILASTYCH

SZKIELETOWA SZKIELETOWA

SYNGENETYCZNA,

SYNGENETYCZNA, dominują ziarna kwarcu, luźno pospinane substancja ilastą, bądź innym spoiwem, wykształcona jest w postaci luźnego szkieletu o równomiernie rozłożonych porach. Substancja ilasta powleka duże ziarna kwarcu tworząc niekiedy tzn.

mostki ilaste.

Typowa dla młodych osadów ilastych jeziornych oraz lessów

Wiązania KOAGULACYJNE,KOAGULACYJNE, LOKALNIELOKALNIE FAZOWEFAZOWE

MATRYCOWA MATRYCOWA

SYNGENETYCZNA

SYNGENETYCZNA, brak orientacji masy ilastej w której bezładnie rozmieszczone są ziarna kwarcu

Rozpowszechniona w czwartorzędowych iłach pochodzenia aluwialnego i lodowcowego, także w utworach morskich i jeziornych wzbogaconych o trójtlenki krzemu, glinu i żelaza.

Wiązania KOAGULACYJNE,KOAGULACYJNE, PRZEJŚCIOWEPRZEJŚCIOWE II MIESZANE

MIESZANE

MIKROSTRKTURA SYNGENETYCZNA – materiał ilasty nieuporządkowany MIKROSTRKTURA EPIGENETYCZNA – uporządkowanie cząstek ilastych

MIKROSTRUKTURY GRUNTÓW ILASTYCH MIKROSTRUKTURY GRUNTÓW ILASTYCH

TYP TYP

MIKROSTRUKTRY

MIKROSTRUKTRY SCHEMATSCHEMAT CECHY CHARAKTERYSTYCZNECECHY CHARAKTERYSTYCZNE

TURBULENTNA TURBULENTNA

EPIGENETYCZNA

EPIGENETYCZNA , , o wyglądzie zastygłego potoku, gdyż mikroagregaty ilaste, opływają ziarna pylaste i piaszczyste. Pory nierównomiernie rozłożone o kształcie szczelinowatym, ułożone równolegle do uwarstwienia.

Jest typowa dla zdiagenezowanych morskich osadów ilastych.

Powstaje przez zagęszczenie osadów o mikrostukturze komórkowej i być może matrycowej

Kontakty najczęściej PRZEJŚCIOWE i FAZOWEPRZEJŚCIOWE i FAZOWE SYNGENETYCZNA

SYNGENETYCZNA lub lub EPIGENETYCZNA,EPIGENETYCZNA, cechuje się

LAMINARNA LAMINARNA

SYNGENETYCZNA

SYNGENETYCZNA lub lub EPIGENETYCZNA,EPIGENETYCZNA, cechuje się dobrym wysortowaniem elementów strukturalnych wg wielkości i wysokim stopniem zorientowania zgodnie z warstwowaniem. Pory miedzyagregatowe wydłużone, ułożone zgodnie z uwarstwieniem.

Charakterystyczne dla utworów ilastych o różnym składzie mineralnym.

Wiązania od SŁABYCH KOAGULACYJNE SŁABYCH KOAGULACYJNE do do SILNYCH SILNYCH FAZOWYCH.

FAZOWYCH.

STRUKTURA SYNGENETYCZNA

STRUKTURA SYNGENETYCZNA utworzona w warunkach spokojnej sedymentacji słodkowodnej STRUKTURA EPIGENETCZNA

STRUKTURA EPIGENETCZNA utworzona w wyniku konsolidacji

MIKROSTRKTURA SYNGENETYCZNA – materiał ilasty nieuporządkowany MIKROSTRKTURA EPIGENETYCZNA – uporządkowanie cząstek ilastych

TYPY GENETYCZNE GRUNTÓW I ICH TYPY GENETYCZNE GRUNTÓW I ICH CHARAKTERYSTYCZNE MIKROSTRUKTURY CHARAKTERYSTYCZNE MIKROSTRUKTURY

TYPY GENETYCZNE TYPY GENETYCZNE

GRUNTÓW

GRUNTÓW MIKROSTRUKTURYMIKROSTRUKTURY

MORSKIE MORSKIE UTWORY ILASTE UTWORY ILASTE

Duża różnorodność mikrostruktur, młode niezdiagenezowane utwory ilase posiadają mikrostrukturę KOMÓRKOWĄKOMÓRKOWĄ. W wyniku

konsolidacji nastpuje przejście od mikrostruktury KOMÓRKOWEJ KOMÓRKOWEJ do MATRYCOWEJ

MATRYCOWEJ. W iłach skonolidowanch rozpowszechnione są mikrostruktury MIESZANE: MATRYCOWOMIESZANE: MATRYCOWO--TUBULENTNE, TUBULENTNE, TURBULENTNE, LAMINARNE

TURBULENTNE, LAMINARNE.

Mikrostruktury TURBULENTNE i LAMINARNE TURBULENTNE i LAMINARNE są EPIGENETYCZNEEPIGENETYCZNE tworzą się podczas konsolidacji utworów w warunkach gdy σz→ σx i istnieje możliwość odprowadzania wody

Najbardziej rozpowszechniona jest mikrostruktura KOMÓRKOWAKOMÓRKOWA..

JEZIORNE JEZIORNE UTWORY ILASTE UTWORY ILASTE

Najbardziej rozpowszechniona jest mikrostruktura KOMÓRKOWAKOMÓRKOWA..

Współczesne utwory jeziorne posiadają mikrostrukturę KOMÓRKOWĄ

KOMÓRKOWĄ. Struktura SZKIELETOWASZKIELETOWA występuje w utworach o wysokiej zawartości frakcji pyłowej (f_π)

Skonsolidowane utwory jeziorne – mikrostruktura MATRYCOWA

UTWORY UTWORY ALUWIALNE ALUWIALNE

Najczęściej posiadają strukturę MATRYCOWĄMATRYCOWĄ. Związane to jest z dynamiką przepływu i przebudowa struktury osadu w procesie litogenezy.

UTWORY UTWORY ZASTOISKOWE ZASTOISKOWE

Typowa struktura LAMINARNALAMINARNA (podkreślona granulacja i barwa pojedynczych warstwek).

Charakterystyczna dla utworów o dużej zawartości frakcji iłowej (f_i) oraz spokojnych warunków sedymentacji

GLINY MORENOWE GLINY MORENOWE

Posiadają mikrostrukturę SZKIELETOWĄ, SZKIELETOWOSZKIELETOWĄ, SZKIELETOWO-- MATRYCOWA i MATRYCOWĄ

MATRYCOWA i MATRYCOWĄ..

Są to mikrostruktury typowe dla gruntów posiadających niską zawartość frakcji iłowej (f_i). Przy jej wyższej zawartości pojawia się mikrostruktura MATRYCOWAMATRYCOWA

PODSTAWOWE TYPY MIKROSTRUKTUR I ICH WPŁYW NA PODSTAWOWE TYPY MIKROSTRUKTUR I ICH WPŁYW NA

CECHY FIZYCZNE GRUNTÓW SPOISTYCH CECHY FIZYCZNE GRUNTÓW SPOISTYCH

TYP TYP MIKRO MIKRO STRUKTURY STRUKTURY

TYP TYP MIKRO MIKRO TEKSTURY TEKSTURY

GENEZA

GENEZA ff_ii (%) (%)

n n (%) (%)

w w (%) (%)

SKŁAD SKŁAD MINERALNY MINERALNY

PARAMERY PARAMERY FIZ.

FIZ.--MECHMECH..

KOMÓRKOWA KOMÓRKOWA

BEZŁADNA

SYNGENETY

CZNE 25 – 30 60 – 90 55 – 300

mieszanopakie towy illit – smektyt

izotropowe

SZKIELETOWA

SZKIELETOWA SYNGENETY CZNE

f_i< 30

f_p40 -60 40 – 60 30 -50 illit izotropowe

BEZŁADNA

CZNE f_p40 -60

MATRYCOWA

MATRYCOWA SYNGENETY

CZNE 15 – 30 30 – 55 20 – 60

mieszanopakie towy illit – smektyt

illit

izotropowe

TURBULENTNA TURBULENTNA

UPORZĄDKOWANA

EPIGENETY

CZNE 15 – 30 30 - 50

bardzo różny skład mineralny

anizotropowe

LAMINARNA LAMINARNA

SYNGENETY CZNE LUB EPIGENETY

CZNE

> 40 30 – 50

~ 20

bardzo różny skład

mineralny anizotropowe

GEOLOGICZNO

GEOLOGICZNO--INŻYNIERSKA KLASYFIKACJA GRUNTÓW INŻYNIERSKA KLASYFIKACJA GRUNTÓW ILASTYCH ZGODNIE Z TYPAMI WIĄZAŃ STRUKTURALNYCH ILASTYCH ZGODNIE Z TYPAMI WIĄZAŃ STRUKTURALNYCH

GRUPY GRUNTÓW GRUPY GRUNTÓW

ILASTYCH

ILASTYCH TYPY LITOLOGICZNE GRUNTÓW TYPY LITOLOGICZNE GRUNTÓW ILASTYCH Z UWZGLĘDNIENIEM ILASTYCH Z UWZGLĘDNIENIEM

STANU STANU

CECHY WSKAZUJACE NA TYP CECHY WSKAZUJACE NA TYP

KONTAKTU KONTAKTU

WARTOŚCI PODSTAWOWYCH WARTOŚCI PODSTAWOWYCH

PARAMETRÓW FIZYKO PARAMETRÓW FIZYKO--

MECHANICZNYCH MECHANICZNYCH OZNACZ

OZNACZ NIA NIA

TYPY TYPY KONTAKTÓW I KONTAKTÓW I

WYTRZYM.

WYTRZYM.

Rc (MPa) Rc (MPa) Q (kPa) Q (kPa)

ZACHOWANIE SIĘ ZACHOWANIE SIĘ POD WPŁYWEM WODY POD WPŁYWEM WODY

E

E₀₀(MPa)(MPa) E (MPa) E (MPa)

c c (MPa)

(MPa) φ φ φ φ φ φ φ φ ((⁰⁰))

A A

DALEKI DALEKI KOAGULACYJNY KOAGULACYJNY

P < 10 P < 10^--1010NN

Iły współczesne (muły) oraz iły i gliny słabo zdiagenezowane (ρd =

0,3 ÷ 1,20), konsystencji płynnej

Q = 0,002 ÷ 0,05

W stanie nienaruszonym i naruszonym NIE NIE

PĘCZNIEJĄ PĘCZNIEJĄ

E₀= 0,5 ÷ 1

< 0,01 0 ÷ 7

B B

BLISKI BLISKI KOAGULACYJNY KOAGULACYJNY P = 10

P = 10^--1010÷÷ 1010^--88NN

Iły i gliny słabo i średnio zdiagenezowane (ρd = 0,9 ÷ 1,65), nasycone wodą , miękkoplastyczne i

plastyczne

Rc = 0,03 ÷ 0,5 Q = 0,03 ÷

0,5

W stanie nienaruszonym i naruszonym wykazują

SŁABE I ŚREDNIE SŁABE I ŚREDNIE

PĘCZNIENIE PĘCZNIENIE

E₀= 0,1 ÷ 10 E = 1 ÷ 30

0,01 ÷ 0,05

5 ÷ 22

Iły i gliny silnie zdiagenezowane (ρd

= 1,66 ÷ 2,20), nasycone wodą w

różnym stopniu, konsystencji Rc = 1,3 ÷ W stanie nienaruszonym E₀= 1,5·10²

÷ 5·10²

C C

PRZEJŚCIOWY PRZEJŚCIOWY P = 10

P = 10^--88÷÷ 1010^--77NN

różnym stopniu, konsystencji półzwartej i zwartej, a także iły i

gliny słabo i średnio

zdiagenezowane (ρd = 0,9 ÷ 1,65), średni i słabo nasycone wodą konsystencji półzwartej i zwartej

Rc = 1,3 ÷ 5 Q = 1,3 ÷

15

W stanie nienaruszonym i naruszonym wykazują

BARDZO SILNE BARDZO SILNE

PĘCZNIENIE PĘCZNIENIE

÷ 5·10² E = 2·10²÷

8·10²

0,1 ÷ 0,4

18 ÷ 32

D

D _{P > 10P > 10}^FAZOWYFAZOWY--77NN

Arglulity i scementowane iły i gliny o różnym stopniu zdiagenezowania i

nasycenia wodą, konsystencji zwartej

Rc = 2 ÷ 60

W stanie nienaruszonym NIE PĘCZNIEJĄ NIE PĘCZNIEJĄ po naruszeniu struktury wykazują PĘCZNIENIEPĘCZNIENIE

E₀= 2,5·10²

÷ 8·10² E = 3·10²÷

1·10³

0,1 ÷

0,8 22 ÷

38

E

E KOAGULACYJNY KOAGULACYJNY I FAZOWY I FAZOWY

Iły i gliny słabo i średnio zdiagenezowane, częściowo zdiagenezowane, nasycone wodą ,

konsystencji twardoplastycznej i półzwartej

Rc = 0,3 ÷ 2,5 Q = 0,3 ÷ 3

W stanie nienaruszonym SŁABE PĘCZNIENIE SŁABE PĘCZNIENIE po

naruszeniu struktury PĘCZNIENIE ROŚNIE PĘCZNIENIE ROŚNIE

E₀= 10 ÷ 1·10² E = 3·10 ÷

3·10²

0,03 ÷ 0,1

14 ÷ 26

F

F PRZEJŚCIOWY I PRZEJŚCIOWY I FAZOWY FAZOWY

Iły i gliny o różnym stopniu ziagenezowania, częściowo scementowane, średnio i słabo

nasycone wodą, konsystencji zwartej

Rc = 1,5 ÷ 5,5

W stanie nienaruszonym ŚREDNIE PĘCZNIENIE ŚREDNIE PĘCZNIENIE po naruszeniu struktury

PĘCZNIENIE PĘCZNIENIE

WZRASTA WZRASTA

E₀= 2·10²÷ 8·10² E = 2,5·10²

÷ 9·10²

0,1 ÷

0,6 20 ÷

36