Тема 6. Особливості фізико-механічних характеристик структурно-нестійких і деяких особливих грунтів

До структурно-нестійких належать такі грунти, які під дією певних факторів можуть змінювати свої фізико-механічні характеристики і різко деформуватись:

лесові - структура їх різко порушується при замочуванні;

мерзлі - структура їх різко порушується при відтаненні;

пухкі піски - різко ущільнюються при дії динамічних навантажень;

мули і чутливі глини - деформаційні і міцнісні характеристики різко зменшуються при порушенні їх природної структури.

До особливих грунтів відносяться:

набухаючі - при зволоженні суттєво збільшуються в об‘ємі, а при висиханні - зменшуються;

торфи і заторфовані грунти - мають значну стисливість і малу міцність.

1. Просідаючі грунти та їх властивості. Просідаючими називаються глинисті грунти, які під дією зовнішнього навантаження або (і) власної ваги при замочуванні водою чи розчинами дають додаткове осідання, що називається просіданням і відносне просідання для яких .

Властивості просідання мають леси та лесовидні супіски і суглинки. Леси мають у своєму складі понад 50% пилуватих частинок, легкорозчинні солі та пори великих розмірів. При замочуванні структурних зв’язків, які утворені при участі розчинних солей, вони (зв‘язки) руйнуються, частинки ущільнюються, заповнюючи вільні пори, об’єм грунту зменшується, тобто відбувається його просідання.

Просідаючі грунти займають понад 80% території України і розповсюджені на всій площі за винятком Полісся, Карпат, південної частини Криму та західної частини Одеської області. Найбільшої товщини лесові відкладення досягають в південних та східних регіонах. У південній частині Рівненської області розповсюджені лесовидні супіски і суглинки товщиною, переважно, до 5м. Лесові та лесовидні грунти завжди залягають безпосередньо під рослинним шаром, проте можуть бути й похованими (розміщуватись під насипним шаром).

В природному стані просідаючі грунти мають низьку вологість та високу міцність. При замочуванні цей грунт легко розмокає зменшуючись в об‘ємі.

Відносне просідання найчастіше визначають в компресійних приладах.

В ипробування виконують за методами однієї чи двох кривих. У першому випадку на зразок висотою (рис. 6.1) передають тиск, що відповідає природнному напруженню , після цього висота зразка складе . Потім збільшують тиск до величини і висота зразка зменшиться до величини . Після замочування відбудеться просідання грунту і його висота стане рівною . Відносне просідання грунту становить

(6.1)

Т аким чином, можна отримати величину , яка відповідає якомусь одному значенню тиску . Із зміною тиску змінюється і відносне просідання. Тому при використанні такої методики проводять декілька дослідів при різних значеннях , за результатами яких будують графік залежності (рис. 6.2).

Методика випробувань викладена в [9].

Суть методу двох кривих полягає в тому, що в компресійних приладах випробовують зразки грун-ту природної вологості та водонасичені (рис. 6.3). За цими графіками легко можна визначити при різних тисках .

Методика випробувань викладена в [9].

Грунти відносять до просідаючих, якщо . Відповідно, початковим просідаючим називається тиск , при якому (рис. 6.2).

2. Набухаючі грунти та їх властивості. До набухаючих відносяться глинисті грунти, які при замочуванні водою чи іншими розчинами збільшуються в об’ємі, причому величина відносного набухання у вільному стані (без навантаження) (прилад ПНГ). Відносне набухання визначають також при дії тиску, для чого використовують компресійні прилади. Відносне набухання грунтів порушеної структури визначають за виразом (6.2), а непорушеної за виразом (6.3)

, (6.2)

, де (6.3)

- висота зразка після зволоження (порушеної структури); - початкова висота зразка (порушеної структури); - висота незамоченого зразка непорушеної структури при дії тиску ; - висота незамоченого зразка непорушеної структури при дії тиску ; - те ж, замоченого.

залежить від тиску. Найбільші значення відносне набухання має при нульовому тиску. Аналогічно відносному просіданню, може визначатись методами однієї або двох кривих.

У першому випадку на зразок висотою (рис. 6.4) передають тиск, що відповідає природнному напруженню , після цього висота зразка складе . Потім збільшують тиск до величини і висота зразка зменшиться до величини . Після замочування відбудеться набухання грунту і його висота стане рівною . Таким чином можна отримати величину , яка відповідає якомусь одному значенню тиску . Тому при використанні такої методики проводять декілька дослідів при різних значеннях , за результатами яких будують графік залежності (рис. 6.5).

Методика випробувань викладена в [11].

С уть методу двох кривих полягає в тому, що в компресійних приладах випробовують зразки грунту природної вологості та водонасичені (рис. 6.6). За цими графіками легко можна визначити при різних тисках .

Методика випробувань викладена в [11].

Грунти відносять до набухаючих (при якомусь тиску), якщо . Відповідно, початковим набухаючим називається тиск , при якому (рис. 6.5).

Головну роль у процесі набухання відіграють глинисті частинки. Особливе значення має наявність таких мінералів, як іліт і монтморилоніт. Вода, потрапляючи в такі грунти, здатна розклинювати тверді мінеральні частинки, що призводить до набухання грунту.

Процес набухання має зворотній характер. Якщо сушити грунт після набухання, то виникає усадка – зменшення об‘єму.

Методика випробувань викладена в [11].

На Україні набухаючі грунти розповсюджені переважно в Криму, по­близу міст Керч та Феодосія.