Глинисті ґрунти

1. Вологість до декількох одиниць.

2. Володіють пластичними властивостями.

3. При зволоженні набухають, а при висиханні дають зсідання.

4. Маловодопроникні або водоупори.

5. Сильно стискуються, деформації протікають повільно.

Зв'язки між глинистими частинками також зумовлені наявністю фізично зв'язної води. На сьогодні в механіці ґрунтів розповсюджена фізико-хімічна теорія зв'язків ґрунтів. Відповідно до цієї теорії зв'язки між частинками в ґрунтах поділяються на такі:

1. Капілярні (сили натягу менісків). Притаманні піщаним, пилуватим і частково глинистим ґрунтам.

2. Структурні зв'язки:

- водно-колоїдні, які забезпечуються плівками води і колоїдними оболонками; величина цих зв'язків залежить від товщини плівок та оболонок; чим товстіша водно-колоїдна оболонка, тим зв'язки будуть меншими (у водонасиченних ґрунтах), оскільки із зменшенням товщини оболонки збільшується молекулярне притягання диполів зв'язної води; зв'язки є в’язко пластичними, м'якими, зворотними; притаманні глинистим ґрунтам;

- кристалізаційні, які викликані цементацією ґрунту солями; вони міцні, ламкі і незворотні, можуть бути у всіх видів ґрунтів.

Виділяють такі різновиди великоуламкових та піщаних ґрунтів за ступенем вологості:

1. Маловологі 0 < Sr 0, 5;

2. вологі 0, 5 < Sr 0, 8;

3. насичені водою 0, 8 < Sr1

Для класифікації глинистих ґрунтів, крім зернового складу, використовується показник текучості, котрий показує стан ґрунту за пластичністю. Виділяють такі різновиди глинистих ґрунтів за показником текучості:

Супіски:

1. тверді ІL < 0;

2. пластичні 0 ІL 1;

3. текучі ІL > 1;

Суглинки та глини:

1. тверді ІL < 0;

2. напівтверді 0 ІL 0, 25;

3. тугопластичні 0, 25 ІL 0, 50;

4. м'якопластичні 0, 50 ІL 0, 75;

5. текучопластичні 0, 75 IL 1;

6. текучі ІL > 1.

3. Основними фізико-механічними (реологічними) властивостями грунту є липкість, пластичність, набухання й усадка. Усі вони залежатьвідумісту в грунтіглинистихмінералів.

Пластичність – здатність грунту змінювати свою форму підвпливом будь-якоїзовнішньоїсили без порушеннясуцільності та зберігати свою форму післязнешкодженнявпливузовнішньоїсили. Цявластивістьзумовленанаявністю в грунтімулистоїфракції.

Сухий грунт не володієпластичністю. Пластичністьзростає при збільшеннівмістуобмінногонатрію та зменшується при насиченні грунту катіонамикальцію, магнію та гумусовимиречовинами.

Липкість – здатністьвологого грунту прилипати до іншихтіл. Визначається силою, що треба прикласти для відривуметалічноїпластинивід грунту, і виражається в г/см кв.

Залежитьвід тих же факторів, що і пластичність. Обміннікатіони та гумус на явищелипкостівпливаютьаналогічно.

Набухання – збільшенняоб'єму грунту при зволоженні. Зумовленесорбцієювологигрунтовимичастинками й гідратацієюобміннихкатіонів.

Залежитьвідмінералогічного складу та складу колоїдів і обміннихкатіонів. Найвищаздатність до набуханнявстановлена у грунтів, багатих на монтморилоніт та вермикуліт, найменша – у збагаченихкаолінітом. Сильно набухаютьгрунти, насиченінатрієм.

Усадка – зменшенняоб'єму грунту при йоговисиханні.

Усадка – явище, протилежне до набухання, тому залежитьвід тих же факторів. Сильна усадка призводить до утвореннякрупнихтріщин, розривукореневих систем, зростаннявипаровування з поверхні грунту. Пластичність, липкість, сильна усадка та набухання – негативніфізико-механічнівластивостігрунтів. До механічнихвластивостейгрунтів належать такожтвердість, зв'язність і питомийопір.

4.

Вологоємність грунту — величина, що кількісно характеризує водоутримуючу здатність грунту; здатність грунту поглинати і утримувати в собі від стікання певну кількість вологи під дією капілярних і сорбційних сил. В залежності від умов, що утримують вологу в грунті, розрізняють кілька видів вологоємкості грунту: максимальну адсорбційну, капілярну, найменшу та повну.

Методи вимірювання вологості ґрунту

Гравіметричний метод ґрунтується на визначенні маси води та маси сухого ґрунту. Зразок ґрунту нагрівають до 105оС до отримання сталої ваги. Процес триває 10...12 год. Вологість ґрунту визначають як відношення маси втраченої води до маси сухого ґрунту. Перевагою методу є можливість брати зразки безпосередньо з ґрунту за допомогою бура, простота процесу обчислень, невисока вартість обладнання. До недоліків слід віднести складність визначення води в ґрунті з неоднорідним профілем, потреба у багатьох зразках при дослідженнях залежності вмісту води від часу та простору, довготривалість методу.

Нейтронний метод використовує оцінку послаблення потоку швидких нейтронів атомами водню, що містяться в ґрунтовій воді. Металевий зонд діаметром близько 40 мм, що містить джерело швидких нейтронів і детектор повільних нейтронів, занурюють у грунт. Швидкі нейтрони поширюються радіально в ґрунті. Внаслідок пружних зіткнень з ядрами речовини ґрунту вони втрачають свою кінетичну енергію. При цьому, рівень послаблення швидких нейтронів пропорційний кількості атомів водню, істотним джерелом яких є ґрунтова вода. Повільні нейтрони оточують зонд, деякі з них потрапляють на детектор. Сигнал з виходу детектора через кабель подається на систему реєстрації.

Вимірювання поглинання гамма-випромінювання. Метод передбачає визначення вологості ґрунту у шарах товщиною 1...2 см. Принцип методу полягає в оцінці залежності рівня поглинання гамма-випромінювання від вмісту ґрунтової води за умови постійності густини ґрунту. Потік випромінювання діаметром близько 4, 8 мм формується коліматором. Об’ємну вологість ґрунту визначають розрахунковим методом.

Діелектричний метод ґрунтується на вимірюванні частотної залежності комплексної діелектричної проникності ґрунту.

Діелектрична проникність речовини характеризує поляризацію діелектриків під впливом зовнішнього електричного поля. Вона показує, у скільки разів сила взаємодії між зарядами у вакуумі перевищує силу взаємодії між тими ж зарядами в даному середовищі. Через екранізацію вільних зарядів зв’язаними, що утворюються внаслідок поляризації середовища, виникає ослаблення взаємодії зарядів. Діелектрична проникність води є майже сталою величиною (близько 80), тоді як діелектрична проникність ґрунту дуже чутлива до об’ємної вологості ґрунту. Наприклад, зміні вмісту води у ґрунті від 20% до 21, 8% відповідає зміна діелектричної проникності ґрунту від 3 до 5.

5. Щільністю ґрунту називається відношення маси ґрунту (включаючи масу води в його порах) до об'єму, який займає цей ґрунт. Визначається щільність на зразках з непорушеною структурою і природною вологістю:

Для визначення щільності піщано-глинистих ґрунтів найчастіше використовують метод ріжучих кілець та метод парафінування. Для більшості дисперсних ґрунтів щільність змінюється в межах 1, 5–2, 2 г/см3

6. 6.Для яких характеристик грунту потрібні моноліти. Що таке моноліт грунту.
Моноліт - зразок гірської породи або грунту, вирізаний великим куском.
Для вивчення в лабораторних умовах властивостей грунтів, що складають основу, на будівельному майданчику в процесі інженерно-геологічних вишукувань відбирають зразки грунтів як природної, так і порушеної структури. Зразки грунту природної (непорушеної) структури – це проби з цілковитим збереженням цілісності, внутрішніх структурних зв'язків і природної вологості, відповідних умовам залягання в масиві основи. При руйнуванні структурних зв'язків між частками проба грунту матиме порушену структуру.
Відбір, упаковка, транспортування і зберігання зразків відбувається згідно ГОСТ 12071-2000
Відбір зразків грунту порушеного або непорушеного складання (монолітів) слід здійснювати залежно від властивостей грунту і цільового призначення інженерно-геологічних робіт. Зразки грунту відбирають із зачищених забою і стінок гірничих вироблень (шурфів, котлованів, бурових свердловин і тому подібне), природних і штучних оголень і дна акваторій. Моноліти відразу після відбору мають бути орієнтовані (відзначають верх моноліту). Розміри зразків і їх число мають бути достатніми для виконання необхідного комплексу лабораторних робіт за визначенням складу, стану і властивостей грунту і відповідати вимогам відповідних стандартів на методи визначення характеристик грунтів.
Для упаковки монолітів тару слід виготовляти з корозійностійких матеріалів (парафінований папір, пластмаса і тому подібне). Для ізоляції монолітів застосовують парафін нафтовий марки НВ 56-58 по ГОСТ 23683 з добавкою 35-50 % (по масі) гудрону, марлю, ізоляційну стрічку.
При обробці результатів випробувань обчислюють з точністю:
1. 0, 01 г/см – щільність грунту
2. 0, 1% – вологість до 30% включно
3. 1% – вологість 30% і вище
4. 1° – кут внутрішнього тертя
5. 1 кПа – питоме зчеплення
6. 0, 01 мм – абсолютну вертикальну деформацію зразка
7. 0, 001 – відносну вертикальну деформацію зразка
8. 0, 001 – відносну об'ємну деформацію зразка

7. Пластичність – здатність грунту змінювати свою форму під впливом будь-якої зовнішньої сили без порушення суцільності та зберігати свою форму після знешкодження впливу зовнішньої сили.
Консистенція - це поняття взагалі характеризує опір течії в'язких матеріалів у глинистих грунтах, цей опір залежить від консистенції, яка в свою чергу залежить від вологості.
Існує 3 форми: тверда, пластична, текуча.
Консистенцію грунту природної вологості характеризують показником текучості: W - природна вологість грунту;
При зміні вологості від Wp до Wl грунт знаходиться у пластичному стані.
Wp — визначається методом розкочуванная 10-20 г грунту з наступним його висушуванням і зважуванням(звичайна вологість).
Wl — визначається шляхом занурення балансового конуса Васильова з подальшим зважуванням і висушуванням і визначенням вологості (остаточна).
Визначаємо вид глинистого грунта: супісок, суглинок, глина
Число платсичності: Il=Wl-Wp
Твердий стан — < 1
Пластичній — 0-1
Текучий — > 1
Стан глинистих грунтів: Il
0, 25-0, 5 — напівтвердий
0, 5-0, 75 — тугопластичний
0, 75-1 — м'якопластичний
> 1 - текучопластичний
8.
Набухання (набрякання) — властивість мінералів, зокрема глинистих порід збільшуватися в об'ємі внаслідок поглинання води.
Найбільшу здатність до набухання звичайно мають глини та глинисті сланці.

9. Усадка – процес обернений набрякання і характерний тільки для глинистих грунтів, до складу яких входять мінерали бентонітової групи (ментморилоніт). При сильнійусадцірозриваютьсякорнірослин, збільшуютьсявитративологи. Чим більшенабуханняґрунту, тимсильнішейого усадка.

10. Під текстурою розуміють просторове розміщення часток:

- суцільне

- шарувате

- блочне

- неоднорідне

Структура - цевідмінності (агрегати), на якіможерозпадатися ґрунт.

Агрегатискладаютьсязіз’єднанихміж собою механічнихеле­ментів. Форми, розміри і якісний склад структурнихвідмінностей у різнихґрунтах і горизонтах неоднаковий. Розрізняють, за С.О.Захаровим, три основнітипиструктури, кожен з якихділиться на дрібніші одиниці. Грунт може бути структурним і безструк­турним. При структурному станімасаґрунтурозділена на відмінностітієїчиіншоїформи та величини. При безструктурномустаніокремімеханічніелементи, щоскладаютьґрунт, не з’єднаніміж собою, а існуютьокремоабозалягаютьсуцільноюзцементованоюмасою.

Структурнівідмінності в горизонті не бувають одного розміру і форми. Частіше структура буваєзмішаною, при описізазначають цедвомааботрьома словами в послідовностізростаннякількостівідповіднихагрегатів: грудкувато-зерниста, грудкувато-пластинчато-пилувата і т. ін.

Для різнихгенетичнихгоризонтівґрунтівхарактерніпевніфор­миструктури: грудкувата, зерниста - для дернових, гумусовихго­ризонтів, пластинчато-лускувата - для елювіальних, горіхувата -для ілювіальних у сірихлісовихґрунтівтощо.

11. Структурні зв'язки в грунті визначаються міцністю породи:

- водно-колоїдні, які забезпечуються плівками води і колоїдними оболонками; величина цих зв'язків залежить від товщини плівок та оболонок; чим товстіша водно-колоїдна оболонка, тим зв'язки будуть меншими (у водонасиченних ґрунтах), оскільки із зменшенням товщини оболонки збільшується молекулярне притягання діполів зв'язної води; зв'язки є в'язкопластичними, м'якими, зворотними; притаманні глинистим ґрунтам;

- кристалізаційні, які викликані цементацією ґрунту солями; вони міцні, ламкі і незворотні, можуть бути у всіх видів ґрунтів.

12. В грунтах вода може бути:

1. Вільна:

- гравітаційна(пересувається зверху вниз під власною вагою. Це найдоступніша для рослин вода. Однак якщо вона заповнює всі пори, то настає перезволоження грунту.)

- капілярна (вода займає капіляри грунту. За ним вона просувається від більш вологого шару до більш сухому. У міру випаровування води з поверхні грунту такий висхідний струм її може висушити грунту. Капілярнавода цілком доступна рослинам.)

2. Фізично-зв’язна вода(сорбована). Це вода, сорбована поверхнею грунтових часток у вигляді плівки, вона може сорбуватись як із пароподібного, так і рідкого стану.):

- гігроскопічна (Гігроскопічна вода знаходиться в грунті у вигляді молекул в поглиненому стані, утримується поверхнею грунтових частинок, майже недоступна рослинам, пересувається між частинками грунту у формі пари.)

- плівкова(вода покриває частинки грунту у вигляді плівки, що складається з декількох десятків молекул води, і утримується додатковими сорбційними силами. Плівкова вода володіє зниженою розчинювальною здатністю і лише частково доступна рослинам. Вона повільно рухається від частинок з більш товстою плівкою до часток з менш товстою плівкою.)

3. Хімічно-зв’язна вода (Входить до складу твердої фази грунту, не пересувається, не бере участі у фізичних процесах, не випаровується при температурі 100°С, в формуванні водного режиму участі не бере.)

13. Тискгідродинамічний (фільтраційний) – тиск (напір), здійснюванийвнаслідокрухурідини.

У гірськихпородахгідродинамічнийтиск — тиск, якийздійснюєфільтрувальнаводапідвпливомнапорунаскелетгірськоїпороди в напрямкусвогоруху.ПіслядосягненнянапірнимґрадієнтомкритичноївеличиниТ.г.можевикликатизагальнезміщеннягірськихпорід з їхрозпушенням.

При розрахункустійкостісхилівгідродинамічнийтиск направлений паралельнолініямруху води.

Визначеннявеличинигідродинамічноготискувиконуємо за формулою:

;

де: - гідравлічнийградієнт: ;

- найвищийрівеньгрунтових вод

в межах розрахункового блоку;

- найнижчийрівеньгрунтових вод

в межах розрахункового блоку;

- ширина розрахункового блоку.

Гідродинамічнийтискможебутипричиноюплавунівтасуфозії.

14. Гідростати́ чнийтиск - тискрідини (рухомоїабонерухомої) у певнійточціводоносноїсистеми.Тобтогідростатичнийтиск — загальнавеличинатрьохголовнихнапружень в будь-якійточцігірничогомасиву, щоперебуває в станіспокою.Високийгідростатичнийтисксприяєобваленнюпорідпокрівлітапідйомупідошвивиробки, деспостерігаютьсяраптовіпрорививод і пливунів.

При розрахункустійкостісхилівгідростатичнийтиск, направлений вертикально

Визначеннявеличинигідростатичноготискувиконуємо за формулою:

;

де: - питома вага води;

- об‘ємчастинивиділеного блоку нижче

рівнягрунтових вод, щоперебуває

піддієюгідростатичноготиску.

_;

де: - рівніґрунтових вод на межах

розрахункового блоку;

– довжиналініїсковзання в межах

розрахункового блоку;

- кут міждотичною до лініїсковзання

в межах розрахункового блоку та

горизонталлю.

15. Водні властивості ґрунтів

Водні властивості ґрунту. Водний режим ґрунту залежить не лише від кількості атмосферних опадів, але й від водних властивостей ґрунту. До водних властивостей ґрунту відносяться вологоємність, водопроникливість, водопіднімальна здатність (капілярність), здатність випаровувати вологу і гігроскопічність.

Вологоємність – це здатність ґрунту вбирати і утримувати певну кількість вологи. Розрізняють повну, польову, капілярну і гігроскопічну вологоємність.

Повна вологоємність – це такий стан вологості ґрунту, коли всі його пори повністю насичені водою і відсутній відтік.

Польова вологоємність – це кількість вологи, яку ґрунт може тривалий час утримувати після повного насичення і вільного стікання води в польових умовах.

Капілярна вологоємність – це кількість води, яка утримується в ґрунті в стані капілярного насичення при заповненні водою капілярів.

Гіроскопічна вологоємність – кількість вологи, яку сухий ґрунт може поглинути з повітря.

Величина вологоємності залежить головним чином від механічного складу ґрунту і кількості гумусових речовин. Чим важчий за механічним складом ґрунт, чим більше органічних речовин він містить і тим більша його вологоємність. Польова вологоємність для піщаних ґрунтів 4 - 9, супіщаних 10 -17, легкосуглинистих і середньосуглинистих 18 - 30, важкосуглинистих і глинистих 23 - 40 % від ваги абсолютно сухого ґрунту.

Оптимальна вологоємність для більшості культурних рослин приблизно дорівнює 50% повної вологоємності ґрунту. А так як повна вологоємність різних ґрунтів неоднакова, то кількість води, необхідна для створення оптимальної вологості того чи іншого ґрунту буде різна. Наприклад, для оптимального зволоження суглинистих ґрунтів необхідно значно більше вологи, ніж для піщаних.

Водопроникність – це здатність ґрунту вбирати і пропускати воду з верхніх горизонтів в нижні.

Водопроникність залежить від механічного складу, вмісту гумусових речовин і структури ґрунту. Найкраще просочується вода у піщаних ґрунтах, найгірше – у глинистих. Водопроникність структурних ґрунтів більша, ніж безструктурних.

Водопіднімальна здатність (капілярність) – це здатність ґрунту повільно вбирати в себе воду по капілярних проміжках під дією меніскових сил, тобто сил взаємодії води з ґрунтовими частинками.

Висота і швидкість капілярного підняття води залежить від діаметру капілярів, чим вони тонші, тим вище підняття і навпаки. Наприклад, в піщаних ґрунтах висота підняття води по капілярах 30-60 см, в суглинках і глинистих ґрунтах 6-7 см. Розпилений ґрунт має кращу капілярну здатність, ніж структурний.

Здатність випаровувати. Частина води, яка потрапляє у ґрунт, випаровується. Швидкість випаровування залежить від механічного і структурного складу ґрунту. Глинисті і суглинисті ґрунти з великою капілярністю випаровують більше води, ніж легкі ґрунти, наприклад піщані. Структурні ґрунти, в порівнянні з безструктурними, втрачають менше вологи.

Випаровування вологи ґрунтом підсилює вітер. Крім того, чим сухіше повітря і вища його температура, тим більша втрата води при випаровуванні.

Величина випаровування, також, залежить від експозиції схилу. Наприклад, ґрунти на південних схилах втрачають більше води, ніж на північних. Рослинність зменшує випаровування вологи.

Гіроскопічність – це здатність ґрунту поглинати з повітря водяну пару. Гіроскопічність залежить від механічного складу ґрунту і вмісту гумусу. Чим більше в ґрунті глинистих частинок і гумусу, тим більша гіроскопічність.

Величина гіроскопічності ґрунту не постійна. На неї впливає температура і вологість повітря. Чим більша вологість повітря, тим більша гіроскопічність. При повному насиченні повітря водяною парою гіроскопічність досягає верхньої межі, це максимальна гіроскопічність. Для ґрунтів з середнім вмістом гумусу максимальна гіроскопічність становить – для піщаних – 0, 5-1, 5%, супіщаних – 1, 5-3%, легкосуглинистих 3-5%, середньосуглинистих 5-6%, важкосуглинистих – 6-8%, глинистих 8-12% і більше.

16. Водопроникність ґрунту. Закон Дарсі