Свойства песчаных грунтов

Основным свойством, которое хорошо характеризует песчаные грунты, является их плотность. Обычно рассматривают плотность твердой фазы и плотность скелета. Плотность твердой фазы наиболее широко распространенных песчаных грунтов, не содержащих легкорастворимых солей и органических веществ кварцевого и полевошпатово-кварцевого состава, чаще всего 2,65-2,66 г/ . Повышенное содержание тяжелых минералов обусловливает возрастание плотности твердых частиц до 2,70 г/ , иногда и выше. В то же время, присутствие легкорастворимых солей и особенно органики резко снижает эту величину до 2,55-2,60 г/ , иногда и ниже.

Плотность скелета песчаных грунтов изменяется в более широком диапазоне: от 1,45-1,50 до 180-1,85 г/ , в редких случаях выше. Плотность скелета зависит от пористости, минерального состава и содержания органических веществ. У песков, содержащих значительную примесь органических веществ, она может снижаться до 1,20-1,35 г/ , а в разрезах песков всех генетических типов чаще всего 1,55-1,75 г/ . У неоднородных, разнозернистых песков она обычно выше.

Пористость также является одним из свойств. Общая пористость песков изменяется от 25-30 до 50-55%, чаще 35-45%. Обычно пористость возрастает при увеличении дисперсности песчаных грунтов. Размер пор в песчаных грунтах, наоборот, уменьшается при возрастании их дисперсности. Увеличение степени неоднородности песков также приводит к уменьшению размера пор.

Важно отметить, что основными факторами, определяющими значение пористости и плотности песчаных грунтов, являются литологический состав и строение толщи, целиком обусловленные генезисом, и степень литификации, во многом зависящая от возраста и глубины залегания песков. Наибольшее влияние на физические свойства песков оказывает генетический фактор. Роль возраста и глубины залегания для песчаных грунтов выражена существенно менее рельефно по сравнению с глинистыми. Это обусловлено тем, что процессы литификации в песках протекают весьма медленно, а их уплотнение под нагрузкой незначительно.

«Специфическое свойство песчаных грунтов – их относительно высокая водопроницаемость. Коэффициент фильтрации пылеватых песков обычно не превышает 1 м/сут, мелко-, средне- и крупнозернистых – 40-50 м/сут. Наибольшее значение коэффициента фильтрации характерно для песков гравелистых – до 80-100 м/сут, а в отдельных случаях и более. (Грунтоведение, 2005, с. 629)»

Высота капиллярного поднятия в песках тесно связана с их дисперсностью. В крупнозернистых песках ее величина составляет 3-12 см, среднезернистых – 15-35 см, мелкозернистых – 35-100 см. В супесях высота капиллярного поднятия достигает 1-1,5 м. Важно заметить, что пески одинакового сложения и гранулометрического состава, но разного генезиса, отличаются по высоте капиллярного поднятия весьма незначительно.

Пески весьма часто используются в качестве основания и материала в сооружениях. В таких случаях, помимо рассмотренных выше свойств, важно знать физико-механические свойства песчаных грунтов, в частности способность песков оказывать сопротивление сдвигу и сжимающим усилиям.

Процесс сжатия песка и величина возникающей при этом осадки зависят от ряда причин. Сжатие сухого песка происходит по существу за счет лишь перемещения песчаных частиц, при этом сами частицы практически не сжимаемы. При больших нагрузках сжатие песка может происходить отчасти за счет раздробления зерен. Также величина сжатия зависит от его строения. Например, рыхло-сложенный песок дает большую осадку, нежели плотно-сложенный, у которого осадка весьма мала.

При определенных условиях в песчаных грунтах может развиваться суффозия – процесс перемещения и выноса фильтрационным потоком мелких частиц, в результате чего происходит увеличение пористости песков, снижение их прочности и устойчивости в откосах.

«Сжимаемость песчаных грунтов ниже, чем у связных. Под влиянием статических нагрузок они уплотняются очень слабо. Воздействие же динамических нагрузок вызывает интенсивное виброуплотнение песчаных грунтов, особенно песков рыхлого и среднего по плотности сложения.

Модуль деформации песчаных грунтов изменяется от 10-11 до 45-50 МПа. Он закономерно уменьшается с увеличением дисперсности песка и уменьшением его плотности. (Грунтоведение, 2005, с. 630)» (Таблица 3)

Сопротивление сдвигу песчаных грунтов заметно выше в сравнении с глинистыми и лёссовыми. Оно закономерно возрастает с уменьшением дисперсности и увеличением плотности песков. Также прочность песков в откосах, через который фильтруется вода, снижается на 15-30%. Основной причиной этого процесса является воздействие гидродинамического давления, стремящегося передвинуть частицы вниз откоса.

Существует важное специфическое свойство песков – плывунность, или способность водонасыщенных песков и супесей переходить в разжиженное состояние при вскрытии их горными выработками. Данное явление чаще всего происходит под влиянием гидродинамического давления фильтрационного потока. К такому же итогу – разжижению песков и переходу их в подвижное состояние – приводит воздействие динамических нагрузок на песчано-коллоидные тиксотропные грунты.

Таблица 3