Свойства грунтов, выявляемые при взаимодействии их с водой

Рис.1.4. Зависимость консистенции глинистых грунтов

Пределы и число пластичности

Пластичность – способность грунта под действием внешнего усилия изменять форму без изменения объема и образования трещин и сохранять измененную форму после устранения внешнего действия. Глинистые грунты проявляют свойство пластичности при увлажнении, причем в зависимости от степени увлажнения проходят три состояния – твердое, пластичное и текучее.

Весовые влажности, соответствующие переходу грунта из одного состояния в другое, называются пределами пластичности.

Нижний предел пластичности или просто предел пластичности W_p – это влажность грунта при переходе из твердого состояния в пластичное. Эту влажность называют еще границей раскатывания.

б

а

от влажности (а) и числа пластичности (б)

Верхний предел пластичности или предел текучести W_L – это влажность грунта при переходе из пластичного состояния в текучее (рис.1.4).

Предел пластичности определяют в лаборатории с помощью специальных приемов. Влажность на пределе раскатывания W_p определяется по влажности раскатываемого жгутика глинистого грунта диаметром 3 мм, который начинает растрескиваться поперечными трещинами.

Влажность на пределе текучести W_L соответствует условию, когда балансирный конус массой 76 г при угле заострения 30⁰ погружается в глинистый грунт в течение 5 секунд на глубину 10 мм (до риски).

Число пластичности – это разность между значениями пределов пластичности:

J_p = W_L - W_p. (1.21)

Число пластичности характеризует степень глинистости грунта, т.е. содержание глинистых частиц и их свойства (гидрофильность, степень дисперсности). Чем выше степень глинистости грунта, тем большее количество воды может быть удержано грунтом с сохранением им пластичного состояния. Таким образом, число пластичности характеризует качество слагающего грунта и позволяет по его значению установить вид глинистого грунта и присвоить ему наименование.

Классификация глинистых грунтов по числу пластичности и содержанию глинистых частиц приведена в табл.1.5.

Таблица 1.5

Грунт	Число пластичности Jp, %	Содержание глинистых частиц d < 0,005 мм,%
Супесь Суглинок Глина	> 17	3-10 10-30 >30

Сравнение естественной влажности грунта с влажностью на границе пластичности (раскатывания) и текучести позволяет устанавливать его состояние по показателю текучести J_L:

. (1.22)

По показателю текучести J_L глинистые грунты подразделяют на следующие разновидности:

1.5.2. Об оптимальной плотности скелета грунта

и оптимальной влажности

При отсыпке земляного полотна дорог, устройстве искусственно улучшенных оснований, возведении насыпей при планировке территорий приходится уплотнять грунты, в том числе и пылевато-глинистые, катками или другими способами. При этом повышается прочность, жесткость грунта, понижается его водопроницаемость и капиллярность, ускоряется консолидация глинистых грунтов. Максимальная степень уплотнения необходима в верхних слоях насыпи, в которых возникают наибольшие напряжения от внешних нагрузок. Эффект уплотнения оценивается величиной достигнутой плотности скелета грунта. Затрачивая одну и ту же работу на уплотнение грунтов с разной влажностью, получают различные значения величины плотности скелета грунта.

Влажность, при которой достигается наибольшая плотность скелета грунта при стандартном уплотнении, называется оптимальной W_опт.

В лабораторных условиях W_опт и определяют, используя прибор и метод СоюздорНИИ. Метод заключается в последовательном уплотнении в одинаковых условиях проб одного и того же грунта при последовательном увеличении его влажности. Грунт насыпают в стакан прибора слоями примерно 0,3 высоты емкости и уплотняют каждый слой ударами груза массой 2,5 кг, падающего с высоты 30 см. Число ударов равно 1/3 общего количества ударов, для песков и супесей оно принято равным 75, а для остальных грунтов – 120. Проводят не менее 5 опытов при разной влажности грунтов. После уплотнения в каждом опыте определяют влажность W_i и плотность r_di и строят график зависимости r_d=f(W).

Рис.1.5. Зависимость r_d(W) от оптимальной влажности и максимальной плотности грунта

По графику (рис.1.5) определяют влажность, при которой стандартным уплотнением достигается наибольшая плотность скелета грунта r_d. Эта влажность называется оптимальной влажностью W_опт, так как грунт при этой влажности при одной и той же затрате энергии уплотнен до наибольшей плотности скелета грунта. Наибольшее значение r_d, достигнутое при стандартном уплотнении и оптимальной влажности, называется оптимальной плотностью скелета грунта .

Весьма важные свойства грунта могут быть выявлены при взаимодействии их с водой:

1. Водопроницаемость – способность грунта с той или иной скоростью пропускать через себя воду. Наименее водопроницаемы глинистые грунты твердой консистенции.

2. Влагоемкость – способность поглощать и удерживать воду. Наибольшей влагоемкостью обладают глинистые грунты и торф.

3. Капиллярность – удержание в порах воды в напряженном (подвешенном) состоянии. Наивысшее капиллярное поднятие наблюдается в супесях и суглинках.

4. Растворимость – неустойчивость грунтового скелета, приводит к выносу твердого вещества грунта в растворенном состоянии (например, в лессах).

5. Вымываемость (суффозия) – вынос части грунта (твердого вещества) во взвешенном состоянии. Чаще всего наблюдается в загрязненных песках.

6. Размокаемость – потеря связанности грунта при насыщении водой. Характерна для лессов, некоторых видов супесей и суглинков.

7. Набухание и усадка – соответственно увеличение объема грунта при увлажнении и уменьшение при высыхании. Характерна прежде всего для глинистых грунтов.

По относительной деформации набухания без нагрузки e_sw (доли единиц) глинистые грунты подразделяют на ненабухающие – e_sw менее 0,04; слабонабухающие – 0,04...0,08 включительно; средненабухающие – свыше 0,08 до 0,12 включительно и сильнонабухающие – свыше 0,12.

В целом грунты по взаимодействию с водой можно разделить на водостойкие, свойства которых при действии влаги существенно не меняются (например, галька, гравий, крупнозернистый песок) и неводостойкие, свойства которых при действии влаги существенно изменяются (например, лессы, глинистые грунты).