Властивості зв’язкових грунтів

Властивості зв'язкових грунтів

До зв'язковим грунтів відносяться осадові породи трьох типів:
• мінеральні;
• органомінеральні;
• органічні.
Найбільшого поширення на земній поверхні має мінеральний тип, представлений глинистими грунтами з водно-колоїдними зв'язками між частинками. Земна кора практично повсюдно (не менше 60% обсягу осадових порід) покрита глинистими утвореннями. У ці освіти входять три литологические різновиди: супеси, суглинки і глини.
Мінеральні (глинисті) ґрунти. Цей тип грунтів характеризується великою групою фізичних властивостей: пористістю, вологістю; поглинальною здатністю; корозійними і специфічними властивостями (пластичністю, консистенцією, липкостью, набуханням і усадкою).
Глинисті грунти зазвичай залягають самостійними шарами, іноді у вигляді прошарку або лінз в товщах інших грунтів, що типово в основному озерним і річковим відкладенням. пот
ність шарів дуже різноманітна - від сантиметрів до десятків і сотень метрів. Глини складені глинистими мінералами (до 95%), серед яких переважає гідрослюда, в якості домішок присутні каолініт, монтморилоніт та ін. Іноді зустрічаються глини, в яких основне місце займають каолинит або монтмориллонит. У суглинках крім глинистих мінералів присутні (до 30-50%) кварц, польові шпати та інші кластогенного мінерали, що мають розмір пилуватих частинок. У складі супесей основне місце займають кластогенного зерна (кварц, польові шпати та ін.), А глинисті мінерали знаходяться в підлеглому положенні (до 10-20%).
Пористість п глинистих ґрунтів різна: супеси - 10-15%, суглинки - 20-30%, глини - 90-95%. У супесях, легких і середніх суглинках пори мають відкритий характер, т. Е. Вони практично з'єднуються один з одним, що дозволяє досить вільно проникати в грунт повітрю і воді (рис. 53). В глинах більшість пір має закритий характер, пори ізольовані один від одного, можуть містити «затиснені» повітря і воду. Закритість пір надає глинам характер «водоупоров» і через глини вода не фільтрується.
У порах глинистих ґрунтів крім повітря і води іноді міститься органіка переважно у вигляді «гумусу». Найбільша його кількість (до 5-15% маси грунту) буває пов'язано з супесями і суглинками. У таких випадках ці ґрунти вже можна назвати «грунтами». Гумус дуже гидрофилен і тому істотно впливає на властивості глинистих ґрунтів, підвищуючи їх активність у взаєминах з водою. У грунтах збільшується
влагоемкость, пластичність, стиснення під навантаженнями і т. д.
Глинисті грунти, особливо в умовах вологого стану, під навантаженнями здатні стискатися, т. Е. Ущільнюватися. Стиснення відбувається за рахунок зменшення пористості. Спочатку з пір витісняється повітря, а потім вільна вода. Грунт при цьому поводиться як пластичне тіло. Подальше збільшення навантаження приймає на себе мінеральний скелет грунту. Якщо структура грунту була зруйнована, то після зняття навантаження обсяг грунту може кілька увеличи
ться. Це пов'язано з розклинюючим дією плівковою води, яка відновлює товщину своїх плівок і розсовує частинки грунту.
Вологість W глинистих ґрунтів. Вода в глинистих ґрунтах знаходиться в порах, заповнюючи їх повністю або частково. Вода завжди робить дуже великий вплив на властивості ґрунтів, зокрема, на поведінку їх під навантаженнями. У природних умовах глинисті грунти практично завжди містять воду, кількість же і види води бувають різними.
Природна вологість W - це загальна кількість води, що міститься в обсязі грунту, т. Е. Вагове кількість води до ваги сухого ґрунту. Якщо пори грунту повністю заповнені водою, то його відносять до водонасиченим Wsal. Величина W може змінюватися за рахунок випаровування, тиску на грунт, припливу води з навколишнього середовища.
Поглинальна здатність глинистих ґрунтів пов'язана з активною поверхнею глинистих частинок, яка енергійно взаємодіє з навколишнім частки середовищем. Найвищою активністю відрізняються глинисті частинки, які несуть на своїй поверхні електричні заряди. Мінерали, наприклад, алю- мосілікатного або силікатного складу мають негативні заряди, а карбонати - позитивні.
Активність поверхні частинок проявляється наступним чином. При проходженні через грунти рідин і газів поверхню частинок притягує до себе містяться в них речовини або, навпаки, віддає в ці рідини і гази будь-які речовини зі своєї поверхні. Це і є поглинальна здатність ґрунтів.
У природних умовах все поверхні глинистих частинок обов'язково несуть на собі будь-які речовини. Це можуть бути: катіони і аніони; плівки води; частинки або плівки оксидів заліза і алюмінію або органічних речовин типу гумусу, сполук з бітуму і т. д. Всі ці речовини називають «обмінними», так як вони можуть «йти» і «приходити» з грунтів. Обмінні речовини активно впливають на властивості глинистих ґрунтів, але характер впливу різний і залежить від виду поглинених речовин. Найбільш активну роль відіграють молекули води, органічні сполуки і катіони хімічних елементів, таких, як К, Na, Са, Mg. Спеціальними способами ці обмінні катіони можна вводити і виводити з грунтів, замінювати один катіон на інший, наприклад До на Na або Са на Mg, і тим самим цілеспрямовано керувати властивостями грунтів.
Кожен глинистий грунт може поглинути тільки певна кількість катіонів. Максимальна кількість поглинених катіонів залежить від ємності обсягу даного грунту і Вира
жается в міліграм-еквівалентах (мг-екв) на 100 г сухого глинистого грунту. Ємність обсягу залежить: 1) від дисперсності частинок, т. Е. Чим дрібніше частинки і їх більше в одиниці об'єму грунту, тим більше буде сумарна поверхня частинок і загальна поверхнева енергія; 2) від того, які мінерали присутні, наприклад найбільшою поглинаючою здатністю володіють монтмориллонит.
Поглинальна здатність у багатьох випадках надає вирішальне значення при виборі методів і здійснення робіт по штучному поліпшенню властивостей глинистих ґрунтів.
Корозійні властивості глинистих ґрунтів. Корозія - це руйнування будівельних матеріалів і підземних металевих трубопроводів, розташованих в глинистих ґрунтах. Корозія виникає в результаті електролізу, який починається в грунтах після впливу блукаючих електричних струмів на поро- вий водно-сольовий розчин. У цьому процесі вода пір стає електролітом. Корозійні руйнування найбільш типові міським територіям, де розвинене трамвайний рух. При проектуванні об'єктів проти корозії слід передбачати заходи захисту.
Специфічні властивості глинистих ґрунтів. Вода і її кількість надає грунтам ряд особливих властивостей, які прийнято називати специфічними, або * характерними ». Це - пластичність, липкість, набухання і усадка. Всі ці властивості типові глинистих ґрунтів і мають велике значення при їх будівельної оцінці.
Пластичність - здатність глинистих ґрунтів під дією зовнішнього тиску змінювати свою форму без розриву суцільності, т. Е. Без утворення тріщин, і зберігати отриману форму. Пластичні властивості обумовлюються наявністю плівковою води і проявляються тільки між двома певними значеннями вологості. Звісно ж не зайвим ще раз зупинитися на цих значеннях. Менше значення називають нижньою межею пластичності, або кордоном розкочування Wp, а більше - верхньою межею пластичності, або границею текучості WL. При вологості нижче Wp грунт знаходиться в твердому стані, а коли вологість вище WL - грунт розтікається. Різницю між значеннями Wp і Wi називають числом пластичності / р (рис. 54).
Консистенція тісно пов'язана з пластичністю, відображає фізичний стан грунтів і показує ступінь рухливості частинок в залежності від різної кількості в грунтах води. Консистенцію JL визначають за формулою
JL = (W- Wp) (WL - Wp).

За значеннями JL за допомогою таблиць встановлюють, в якому стані знаходиться грунт, наприклад, суглинки і глини можуть мати консистенцію тверду, напівтверду, тугопластічних, м'якопластичного, текучепластічной, текучу. Супіски бувають в твердому стані, пластичному і текучому (табл. 25).

Суглинки і глини

Тверді, Ji<0 Пластичные, Q<, JL <, 1 Текучие, JL> 1

Тверді, Ji<0 Полутвердые, 0 0,5 м'якопластичного, 0,5 1

Липкість (г / см 2) - здатність глинистих ґрунтів прилипати до поверхні предметів (колесам і траками дорожніх машин, до лопати і т. Д.). Липкостью мають грунти, які знаходяться в пластичному стані і обумовлюються наявністю плівковою води, а в грунтах також гідрофільного гумусу. Піски і супіски липкостью не володіють. Липкість визначають лабораторним пу-тем. При будівельних роботах у період дощів вона ускладнює розробку котлованів і процес ущільнення грунтів.

Набухання - здатність глинистих ґрунтів збільшувати свій обсяг в результаті зволоження. Цей процес властивий насамперед глинам і важким суглинках. Набухають грунти зазвичай залягають шарами і найчастіше зустрічаються на поверхні землі сухих районів. Потужність шарів набухаючих глин позначається Hsn. Схема процесу набухання грунтів показана на рис. 55. З того ж малюнка видно, де під будівлею проявляє себе процес

Мал. 55. Схема набухання грунту (а), тиск набухання (Psw) на фундамент (б), деформація будівлі від усадки грунту (в):
1 - набухають фунти; 2 зона усадки грунту; 3 - будівлі