9.6. Твердість

Твердість - це властивість ґрунту чинити опір вертикально прикладеному зовнішньому зусиллю, яке намагається роз'єднати ґрунтову масу, здатність протидіяти здавлюванню і розклинюванню. Кількісно вона може бути виміряна величиною сили (зусилля), яку треба затратити для введення в ґрунт плунжера (кульки, циліндра, конуса і

2 тт

т. д.). Вимірюється твердість у кг/см або кПа.

Величина твердості ґрунту залежить від його гранулометричного складу, агрегатного стану, вмісту гумусу, складу обмінних катіонів, щільності та вологості. Дуже дисперговані, безструктурні, ущільнені ґрунти, з високим вмістом обмінного натрію і, особливо, при низькому зволоженні мають підвищену твердість, а у ґрунтах з великим вмістом гумусу, добре оструктурених, насичених обмінними катіонами кальцію та магнію - твердість різко знижується.

Твердість ґрунту має важливе екологічне значення (проникнення коренів рослин, риюча діяльність ґрунтової фауни у твердому ґрунті ускладнені) і відіграє велику роль при механічному обробітку ґрунту. Висока твердість - ознака несприятливих фізичних, агрофізичних і технологічних властивостей ґрунту. Надто тверді ґрунти при обробітку мають несприятливі водні та повітряні властивості, негативно впливають на ріст коренів рослин і життєдіяльність ґрунтової фауни. Чим вища твердість, тим більший опір ґрунт чинить робочим органам ґрунтообробних машин (опір розклинюванню), потребує значних затрат енергії при механічному обробітку, але на таких ґрунтах зменшується тягове зусилля при перекочуванні механізмів по полю (по поверхні ґрунту).

Для вимірювання твердості ґрунту існують пристрої-твердоміри (пенетрометри) різних конструкцій (твердомір Качинського, Рев'якіна, Алєксєєва, лопата-твердомір Кіквадзе, динамометричний лом Захарова, мікропенетрометр), обов'язковими складовими частинами яких є плунжери з відомим зусиллям стикування.

Оцінка твердості ґрунтів за опором розклинювання (за Н. Качинськнм)

Використовуючи твердомір Качинського, визначають твердість у лабораторних умовах на монолітах ґрунтів або у полі (табл. 9.2).

Таблиця 9.2

Показник твердості, кПа	Оцінка твердості ґрунту
> 100	Злитий
100-50	Дуже щільний
50-30	Щільний
30-20	Ущільнений
20-10	Слабо ущільнений
< 10	Пухкий

9.7. Реологічні властивості ґрунтів Реологія - наука про текучість і деформацію суцільних середовищ (в'язких рідин, рідин аномальної в'язкості, гірських порід, ґрунтів, суспензій, гідросумішей тощо).

Реологічні властивості ґрунтів - сукупність властивостей, які визначають здатність ґрунтів змінювати у часі напружено-деформований стан в полі дії механічних сил. Реологічні властивості ґрунтів характеризують зміну (зростання) в часі деформацій в ґрунтах при постійному напруженні (явище повзучості) або зміну (зменшення) напружень при постійній деформації (явище релаксації). Повзучість і релаксація напружень пов'язані з переходом пружних деформацій в пластичні, незворотні.

Прояви реологічних властивостей значною мірою залежать від типу хіміко- мінералогічного складу, вологості, тріщинуватості, текстури, але вирішальним є рівень напруженого стану. Геологічні властивості грунтів і порід та їх параметри широко використовуються при дослідженні механічних процесів у масиві ґрунтів і порід, в розрахунках при оцінці міцності і стійкості гірничих виробок, бортів кар'єрів, свердловин, гірничотехнічних споруд тощо.

Характер опору ґрунтів і порід зовнішнім силам залежить від швидкості застосування цих сил до них. При швидкому зростанні навантаження опір ґрунтів буде найбільшим і у ньому будуть переважати пружні деформації, при повільному зростанні зовнішніх сил - опір ґрунтів буде меншим, і ґрунт буде проявляти властивості повзучості і текучості.

Ступінь прояву пружності або повзучості у ґрунті залежить від відношення часу дії сили до так званого часу релаксації, під яким розуміють такий проміжок часу, протягом якого пружність зменшиться на визначену величину, наприклад, в е раз (е = 2,71).

Час релаксації різний для різних тіл. Для гірських порід він вимірюється сотнями і тисячами років, для скла біля 100 років, а для води - 10"¹¹ сек. Якщо тривалість дії сил на ґрунт менше періоду релаксації, то будуть розвиватися в основному пружні деформації. Якщо ж час дії сил на ґрунт перевищує час релаксації, то у ґрунті виникнуть незворотні деформації повзучості і текучості. Іншими словами, у залежності від відношення часу дії сили до часу релаксації ґрунт буде вести себе як тверде, або як рідке тіло. Період релаксації є основною константою, яка об'єднує властивості твердих і рідких тіл.