1.1.2. Дисперсные грунты

Дисперсные грунты получили широкое применение при сооружении земляного полотна автомобильных дорог. Поэтому специалисты дорожной отрасли в общепринятое определение дисперсных грунтов по [1] вводят некоторые уточнения. Так В.В. Сиротюк предлагает следующее определение [7]:

– дисперсные грунты состоят из отдельных минеральных частиц (зерен) разного размера, слабосвязанных друг с другом водноколлоидными и механическими связями [7, с. 5].

Это определение наилучшим образом соответствует представлением о структуре грунта, в соответствии с которой дисперсные грунты состоят из минеральных частиц, между которыми имеются поры, заполненные воздухом и водой. Поэтому грунты называют трехфазной дисперсной системой (рис. 1.2, а), которую для наглядности и вывода формул для определения показателей физических свойств

Рис. 1.2. Общепринятые представления о строении дисперсного грунта: а – модель, отображающая реальное строение грунта; б – упрощенная модель, характеризующая объем и массу каждой фазы в грунте;

1 – минеральные частицы (зерна), представляющие собой твердую фазу; 2 – поры, в которых размещены жидкая и газообразная фазы.

Н.А. Цытович, обсуждая вопрос строения грунта, пишет [8, с. 32, 33]: «В общем случае грунт можно представить состоящим из трех компонентов: твердых минеральных частиц, как правило, занимающих большую часть объема, жидких, частично или полностью

10

заполняющих промежутки между твердыми частицами грунта (поры), и газообразных – различного рода газов и паров, также занимающих ту или иную часть объема пор грунта и содержащихся в растворенном состоянии в грунтовой воде».

Обращаем внимание, что процитированное нами представление Н.А. Цытовича о дисперсном строении грунта в полной мере соответствует модели, отображающей реальное строение грунтов (рис.1.1, а). Эта реальная модель для наглядного изображения трех фаз и их влияния на объем V, занимаемый грунтом, и его вес в этом объеме G иллюстрируется упрощенной моделью (рис. 1.2, б).

Эта упрощенная модель является классической и приводится в учебниках и учебных пособиях, изданных в разное время как в РФ [8, с. 61; 9, с. 21], так и за рубежом [10, с. 31]. Обращаясь к модели (см. рис. 1.2, б) несложно заметить, что вес и объем грунта определя-

где Vs, Vw и Vg – объемы, занимаемые твердой, жидкой и газообразной состав-

Используя зависимости (1.1) – (1.3), выводят формулы для определения показателей физических свойств. Процедуру вывода этих формул мы рассмотримС в следующем подразделе. Сейчас отметим, что изменение соотношений объемов и весовых характеристик твердой, жидкой и газообразной составляющих (фаз) влияет на численные значения показателей физических свойств. От физического состояния грунта зависят показатели механических свойств, что можно объяснить влиянием плотности, влажности на количество механических и водно-коллоидных структурных связей в грунте, а также прочность самих связей.

В общепринятой классификации дисперсные грунты включают в себя два подкласса: несвязные и связные грунты [1, табл. 2]. Под термином «несвязный грунт» понимают дисперсный грунт, который имеет механические структурные связи и обладает сыпучестью в сухом состоянии [1, п. 3.23]. Связным грунтом называется дисперсный грунт, который имеет физические и физико-химические структурные связи [1, п. 3.37]. Пространственную организацию, которая опреде-

11

ляется формой, размером, характером поверхности, количественным соотношением структурных элементов грунта и характером связи между ними, называют структурой грунта [1, п. 3.39]. Строение, обусловленное пространственной организацией и ориентацией структурных элементов, называют текстурой грунта [1, п. 3.39].

Подклассы связных и несвязных грунтов объединяют типы и подтипы, которые подразделяются на виды и подвиды. Такая классификация дисперсных грунтов приведена в табл. 1.5 [1, табл. 2].

Таблица 1.5. Типы, подтипы, виды и подвиды дисперсных грунтов

12

Окончание табл. 1.5

Следуя действующему стандарту, глинистым грунтом является [1, п. 3.6] связный грунт, состоящий в основном из пылеватых и глинистых (не менее 3%) частиц, имеющий число пластичности Iр 1%.

Песчаный грунт или песок представляет собой [1, п. 3.28] несвязный минеральный грунт с массой частиц размером 0,05–2 мм более 50% и числом пластичности Iр<1%.

13

Число пластичности является фундаментальной характеристикой

где wт и wр – границы текучести и раскатывания, также называемые верхним и нижним пределами пластичности или пределами Аттерберга, %.

В соответствии с ГОСТ 5180–84 под границей текучести понимают влажность грунта, при которой грунт находится на границе пластичного и текучего состояний, а под раскатыванием– грунт находится на границе твердого и пластичного состояний [11, прил. 1].

Введением в инженерную практику пределов пластичности мы обязаны Альберту Аттербергу, Карлу Терцаги и Артуру Казагранде

Альберт Аттеберг был химиком, получившим докторскую сте-

пень в университете г. Упсала (Швеция) в 1872 г. До 1877 г. А. Ат-

классифицировать глинистые частицы как частицыИгрунта, имеющие

терберг преподавал в этом университете аналитическую химию, а за-

тем переехал в г. Калмар, где стал проводить исследования в области

которые до сих пор носят его имя [5].ДПределы Аттерберга получили признание в 1913 г., но в области сельскохозяйственных наук в пол-

сельского хозяйства. Работая в этом направлении, А. Аттерберг заин-

тересовался классификацией и пластичностью почв. Он предложил

ной мере оценены не были. ВведениеАэтих пределов в геологии и геотехнике связывают с именами Карла Терцаги и его ученика Артура

размер меньше 0,002 мм, а также ввел пределы консистенции грунтов,

тоснимки, выполненные под микроскопом, на которых наглядно видны отличия связных грунтов и несвязных, например глинистых и песчаных. На рис. 1.4 приведены иллюстрации минеральных частиц связных грунтов.

14

Рис. 1.4. Изображения минеральных частиц в связных грунтах8:

1. Лессовые грунты относят к особым грунтам, структура кото-

рых неустойчива. Структура лессовых грунтов нарушается при их замачивании под нагрузкой [13]. Особенностью лессовых грунтов является сравнительно небольшое содержание глинистых частиц, они преимущественно состоят из пылеватых частиц и имеют крупные по-

ры, в десятки раз превышающиеАразмеры частиц [13, с. 54]. Лессовидные грунты отличаютсяИот лесса меньшим числом макропор (см.

рис. 1.4, а). Лесс (нем. Löß,Бангл. loess)- термин, введенный в геологоминералогическое описание грунтов Карлом Цезарем фон Леонгардом9. Лесс представляетС собой неслоистую или скрытослоистую, однородную известковистую осадочную горную породу. Доминирующий цвет – светло-жёлтый или палевый. В зерновом составе лесса преобладают частицы размером 0,01–0,05 мм, частично представленные агрегатами, образовавшимися при коагуляции коллоидных и глинистых частиц (менее 0,002 мм)10. Глинистые частицы лесса состоят из гидрослюды, каолинита, монтмориллонита. Лесс пронизан тонки-

ми канальцами (макропорами, следами корней растений). Пористость лесса 40–55%. Вопрос происхождения лесса являет-

8White DJ, Harrington D, Thomas Z. Fly ash soil stabilization for non-uniform subgrade soils, Volume I: Engineering properties and construction guidelines. Iowa State University, Ames, IA: Center for Transportation Research and Education, Iowa State University; 2005. – 158 p.

9Leonhard K. C. von. Charakteristik der Felsarten. // J. Engelmann Verlag Heidelberg. – 1823-1824. – 3 vol. – P. 772.

10Лесс [Электронный ресурс] // Горная энциклопедия. URL: http://www.mining-enc.ru/l/less (дата обращения к ресурсу: 05.07.2015).

15

ся дискуссионным и в настоящее время объясняется тремя основными гипотезами11:

–ветровая, или эоловая, выдвинутая Ф. Рахтгофен в 1877 г., предполагает, что лесс образовался как осадок атмосферной пыли;

–делювиальная, объясняющая происхождение лесса смывом, дождевыми струйками продуктов выветривания горных пород и их отложением на склонах и у подножия возвышенностей;

–ледниковая, рассматривающая лесс как продукт отложения ледниковой мути, вынесенной талыми водами ледника.

Аллювий и аллювиальные отложения (от лат. alluvio — нанос, намыв) представляют собой отложения водных потоков (рек или ручьёв). Термин введен в 1823 г. Вильямом Баклендом, а в России ис-

пользован В.В. Докучаевым в 1878 г. Аллювиальные грунты слагают русла, поймы и террасы речных долин. АллювиальныеИ грунты подразделяют12:

–на русловой аллювий, отлагающийсяДв смещающемся русле потока, представленный гравием, песками и супесями;

–пойменный аллювий, которыйАво время половодий отлагается и накапливается поверх руслового аллювия, наиболее часто представленный супесями и суглинками;

–старинный аллювий,Босаживающийся в старицах и содержащий большое количество органического вещества, наибольшее распространение получили Исупеси, суглинки и глины.

В зарубежной терминологии под аллювием понимают больший диапазон грунтовС, относя к нему пролювий и делювий:

Пролювий13 (от лат. proluo — уношу течением) – является продуктом разрушения и выноса горных пород временными водными потоками к подножию возвышенностей. Пролювий часто залегает в виде конусов, которые сливаются, образуя пролювиальные шлейфы. По высоте конуса зерновой состав пролювия изменяется. В верхней части залегают галька и щебень, содержащие песчано-глинистый цемент,

минералогическую лексику в 1914 г. А.П. Павловым. Пролювий используют как нерудный строительный материал.

11Берг Л.С. Климат и жизнь. /Л.С. Берг. – М.: Госиздат, 1922. – 181 с.

12Аллювий [Электронный ресурс] // Горная энциклопедия. URL: http://www.mining-enc.ru/a/

allyuvij/ (дата обращения к ресурсу: 05.07.2015).

13 Пролювий [Электронный ресурс] // Горная энциклопедия. URL: http://www.mining-enc.ru/p/ prolyuvij/ (дата обращения к ресурсу: 05.07.2015).

16

Делювий14 (от лат. deluo — смываю) – представляет наносы разрушенных горных у подножия склонов возвышенностей и в их нижних частях, образующиеся в результате смывания пород с верхних частей этих склонов дождевыми потоками и талыми снеговыми водами, а также под влиянием силы тяжести, морозного сдвига и текучести грунта. Зерновой состав делювия разнообразен и меняется от глин и песков до крупных валунов. Делювиальные суглинки применяются для изготовления кирпича. Как генетический тип делювий выделен в 1888 г. А.П. Павловым.

Грунты ледникового происхождения относятся к грунтам четвертичного возраста, то есть самым молодым современным грунтам. Ледниковые грунты включают в себя моренные, водно-ледниковые и

Из сопоставления рис. 1.4 и 1.7 следует, что структура и текстура песчаных и глинистых грунтов имеют кардинальные отличия. Эти отличия оказывают влияние на показатели физических и механических свойств, вследствие чего подвиды песчаных и глинистых грунтов включают в себя разновидности.

Количественные показатели, по которым выделяются разновидности дисперсных грунтов, приведены в табл. 1.6.

14 Делювий [Электронный ресурс] // Горная энциклопедия. URL: http://www.mining-enc.ru/p/ prolyuvij/ (дата обращения к ресурсу: 05.07.2015).

17

Таблица 1.6. Разновидности дисперсных грунтов

15При преобладании неокатанных частиц грунт называют «глыбовый».

16При преобладании неокатанных частиц грунт называют «щебенистый».

17При преобладании неокатанных частиц грунт называют «дресвяной».

18

Продолжение табл. 1.6

19

Продолжение табл. 1.6

20

Продолжение табл. 1.6

21