3.2. Характерная влажность и пластичность грунтов. Консистенция грунтов.

В зависимости от степени увлажнения глинистые (связные) грунты могут находиться в твердом, пластичном или текучем состоя­нии. Переход грунта из одного состояния (консистенции) в другое с изменением влажности происходит скачкообразно и характеризует изменение степени устойчивости грунта под нагрузкой. Поэтому влажность, соответствующую резким переходам грунта из одного состояния в другое, называют критической или характерной влаж­ностью и используют в качестве наиболее важных характеристик грунта. Наибольшее значение имеет определение влажности, соот­ветствующей переходу грунта из твердого состояния в пластичное и из пластичного в текучее.

Пластичностью грунта называют способность его деформиро­ваться под действием внешнего давления без разрыва, сплошности массы и сохранять приданную форму после прекращения деформи­рующего усилия. Глинистые грунты обладают пластичностью толь­ко в пределах определенной влажности; при меньшей влажности они становятся полутвердыми или твердыми, при большей — из пластичного состояния переходят в текучее.

Для установления способности грунта принимать пластичное состояние производят определение влажности, характеризующей границы пластичного состояния грунта — текучести и. раскаты­вания.

Граница текучести (w_L) характеризует влажность, при которой грунт из пластичного состояния переходит в полужидкое — теку­чее. При этой влажности связь между частицами нарушается бла­годаря наличию свободной воды, вследствие чего частицы грунта легко смещаются и разъединяются. В результате этого сцепление между частицами становится незначительным, и грунт теряет свою устойчивость.

Граница раскатывания (w_p) соответствует влажности, при кото­рой грунт находится на границе перехода из твердого состояния в пластичное. При дальнейшем увеличении влажности (w>w_p) грунт становится пластичным и начинает снижать свою устойчи­вость под нагрузкой. Границу текучести и границу раскатывания называют также верхним и нижним пределами пластичности.

Определив влажность на границе текучести и на границе раска­тывания, вычисляют число пластичности грунта (I_p). Число пла­стичности представляет собой интервал влажности, в пределах которого грунт находится в пластичном состоянии, и определяется как разность между границей текучести и границей раскатывания грунта (I_p = w_L— w_p). Чем больше число пластичности, тем более пластичен грунт. Минеральный и зерновой состав грунта, форма частиц и содержания глинистых минералов (особенно монтмориллонитовой группы), а также состав обменных катионов весьма су­щественно влияют на границы пластичности и число пластичности.

Определение границы текучести производят в соответствии с ГОСТом с помощью балансирного конуса Васильева (рис. 3.1), погружаемого рукояткой 3 с конусом 4 в специально приготовлен­ное грунтовое тесто на глубину 10 мм. Балансирный конус имеет высоту 25 мм с углом при вершине 30°. Общая масса конуса долж­на составлять 76 г.

Для определения границы текучести среднюю пробу грунта увлажняют в чашке до состояния пластичного теста и после пере­мешивания оставляют в таком состоянии на сутки. После этого грунтовое тесто тщательно перемешивают и наполняют им до краев

стаканчик прибора. Стаканчик с образцом грунта 5 помещают на подставку /, и к поверхности грунтового теста подносят острие конуса 4, который под влиянием собственной массы погружается в тесто до метки 2. Вертикальность погружения конуса обеспечи­вается наличием двух балансирных шариков 6. Если конус в грун­товое тесто погрузился на глубину 10 мм в течение 5 с, то это указывает на достижение границы текучести.

После этого из стакан­чика отбирают пробу массой 10...12 г и определяют влажность грунтового теста.

Подготовка образца грунта для определения границы раскаты­вания _р такая же, как и при определении границы текучести. Из увлажненного грунта скатывают шарик диаметром 1 см, переносят на восковую бумагу и на ней осторожно раскатывают в жгутик диа­метром 3 мм, при этом жгутик должен крошиться. Раскрошившие­ся кусочки собирают в бюкс и определяют влажность грунта.

Сопоставляя данные естественной влажности грунта с указанны­ми выше границами пластичности, можно выразить влажность от­носительной величиной в виде дроби, числителем которой, будет влажность грунта, а знаменателем — граница текучести. Отноше­ние естественной влажности к границе текучести называется отно­сительной влажностью. Величину относительной влажности можно характеризовать также по показателю консистенции грунта в при­родных условиях и степени его устойчивости под нагрузкой в естест­венном залегании. Показатель консистенции глинистых грунтов характеризуется величиной

I _L=( - _p) / ( _L - _p) (3.8)

где  — природная влажность грунта.

В зависимости от показателя консистенции глинистые грунты подразделяют на:

Супеси

Твердые................................................................................................................... I _L 0

Пластичные .................................................................................................... 0 ≤ I _L ≤ 1

Текучие ................................................................................................................ I_L> 1

Суглинки и глины

Твердые .................................................................................................................. I_L <0

Полутвердые ................................................................................................. 0≤ I_L ≤0,25

Тугопластичные ..................................................................................... 0,25< I_L ≤0,50

Мягкопластичные .................................................................................... 0,50< I_L ≤0,75

Текучепластичные ................................................................................. 0,75 < I_L ≤ 1,00

Текучие ........................................................................................................... I_L > 1,00

При влажности, равной или немного меньшей границы раскатывания, грунт пригоден для производства земляных работ при раз­работке выемок и отсыпке насыпей, а также при уплотнении грунтов земляного полотна. С переходом в пластичное состояние грунт начинает налипать на рабочие органы землеройных машин, и производство земляных работ становится затруднительным и даже невоз­можным. При текучем состоянии грунт почти полностью теряет устойчивость.