Классификация грунтов по гранулометрическому составу и числу пластичности. Связные и несвязные грунты

Рыхлые грунты состоят из механической смеси частиц раз­личных размеров. Частицы, близкие по крупности, объединяют в группы, которые называют гранулометрическими (зерновыми) фракциями. Гранулометрический состав грунта, т. е. весовое содержание в нем различных фракций, выраженное в процентах по отношению к общему весу сухого грунта, весьма разнообра­зен и оказывает большое влияние на его важнейшие физико-ме­ханические свойства.

Отдельные фракции грунта классифицируются по крупности следующим образом:


Твердые частицы имеют различную форму (шарообразную, пластинчатую, тонкоигольчатую и пр.). Лабораторное определе­ние гранулометрического состава грунта зависит от крупности частиц. Для выделения фракций крупнее 0,05 мм применяют ситовый анализ (просеивание через сита с различным диамет­ром отверстий), а менее 0,05 мм - пипеточный метод (по ско­рости оседания частиц в спокойной воде).

Минеральные частицы грунтов или отдельные агрегаты (скопления частиц) могут быть связаны или не связаны между собой так называемыми структурными связями. К несвяз­ным относят крупнообломочные и песчаные грунты, наименова­ние которых устанавливается по зерновому составу (табл. 3).

Таблица 3   Виды крупнообломочных и песчаных грунтов

Внутренние связи препятствуют перемещению частиц или аг­регатов грунта, а их прочность, жесткость и упругость являются важными факторами, определяющими свойства грунтов как ос­нований сооружений и как строительного материала (э насыпях, дамбах, плотинах и т. д.).

Различные глинистые грунты относятся к связным: они об­ладают способностью сопротивляться разрыву.

Наименование таких грунтов можно установить по содержа­нию в них глинистых частиц (табл. 4).

Таблица 4  Классификация глинистых грунтов


Это содержание определяют по увеличению объема (набу­ханию) грунта в воде или по пределу раскатывания. Последний метод заключается в следующем: из грунта делают пластичный шарик диаметром 5—8 мм и на листе бумаги или на ладони рас­катывают в жгут до минимального диаметра, при котором грунт уже начинает крошиться. По этому диаметру и устанавливают содержание глинистых фракций (табл. 5).

Таблица 5 Определение содержания глинистых частиц по пределу раскатывания грунта


Связь между отдельными частицами или агрегатами глинис­того грунта обусловливается главным образом их взаимодейст­вием с молекулярной водой  (водно-коллоидные связи) и появ­лением различных цементирующих веществ в местах контактов между минеральными составляющими (кристаллизационные связи).

Связность глинистых грунтов главным образом зависит от их минералогического состава, размеров и формы частиц и осо­бенно влажности, в зависимости от которой эти грунты могут находиться в твердом, пластичном и текучем состояниях.

При малой влажности глинистый грунт является твердым телом и может обладать достаточно высокой прочностью. Для его разработки часто требуется применение ударных механизмов и даже проведение взрывных работ.

При большой влажности тот же грунт свободно стекает с ло­паты.

Промежуточное положение, в котором находится глинистый грунт между твердым и текучим состояниями, называется пла­стичным. В этом случае грунт под действием внешних сил легко изменяет свою форму без образования трещин и сохраняет ее после снятия нагрузки.

Переход грунта из одного состояния в другое происходит при определенном для него уровне влажности, который зависит от содержания глинистых частиц. Чем больше таких частиц в грунте, тем больше число пластичности Wп, которое опреде­ляется по формуле:
Wп = Wтек – Wтв
где 
Wтек - весовая влажность  грунта (в %), соответствующая переходу его из пластичного состояния в текучее или наоборот (верхний предел пластичности);
Wтв - весовая влажность грунта  (в  %), соответствующая переходу его из пластичного состояния в твердое или наоборот (нижний предел пластичности). По   числу   пластичности   можно   определить   разновидность грунта:   Wп >17 - глины;    Wп = 17-7 - суглинки;     Wп = 7-1 - супеси. Например, если Wтек = 25%, а Wтв =15%, то число пла­стичности Wп равно 10, и грунт относится к суглинкам.

Если число пластичности грунта менее 1, значит он совсем не обладает пластичностью и при увлажнении сразу переходит из твердого состояния в текучее. Такое свойство характерно для крупнообломочных и песчаных грунтов, имеющих Wп<1.

Особую разновидность глинистых грунтов представляют лессы. Важнейший признак этих грунтов - наличие крупных пор (макропор), размеры которых превышают диаметр минеральных частиц. По гранулометрическому составу лессовые грунты отли­чаются однородностью с преобладанием пылеватых фракций (обычно более 50%). Кроме указанных характерных признаков, лессовые грунты быстро размокают в воде (в течение 1-2 мин) и вскипают при действии на них кислоты (так как содержат углекислый кальций).

Все мелкозернистые грунты - от слабоглинистых песков до жирных супесей - при определенных гидродинамических усло­виях могут переходить в плывунное состояние и превращаться в густую, вязкую жидкость. В этом состоянии их называют плывунами. Они содержат значительное количество мельчайших частиц - ультраколлоидов, которые при взбалтывании такого грунта в дистиллированной воде долгое время (несколько меся­цев) могут находиться во взвешенном состоянии.