Характерные влажности, пластичность и текучесть глинистых грунтов

В зависимости от степени увлажнения глинистые (связные) грунты могут находиться в твердом, пластичном или текучем состоянии. Переход грунта из одного состояния в другое с изменением влажности обычно происходит скачкообразно и характеризует изменение степени устойчивости грунта под нагрузкой. Поэтому влажность, соответствующая резким переходам грунта и: одного состояния в другое, называется характерной влажностью которая является одной из наиболее важных характеристик грунта Наибольшее значение будет иметь влажность, соответствующая переходу грунта из твердого состояния в пластичное и из пластичного в текучее.

Пластичностью грунта называется его способность деформироваться по действием внешнего давления без разрыва сплошности массы и сохранять приданную форму после прекращения деформирующего усилия. Глинистые грунты обладают пластичностью только в пределах определенной влажности; при меньшей влажности они становятся полутвердыми или твердыми, при большей — из пластичного состояния переходят в текучее.

Для установления способности грунта принимать пластичное состояние определяют влажность, характеризующую границы пластичного состояния грунта текучести и раскатывания.

Граница текучести W_L характеризует влажность, при которой грунт из пластичного состояния переходит в полужидкое — текучее. При этой влажности связь между частицами нарушается благодаря наличию свободной воды, вследствие чего частицы грунта легко смещаются и разъединяются. В результате этого сцепление между частицами становится незначительным и грунт теряет свою устойчивость.

Граница раскатывания W_P соответствует влажности, при которой грунт находится на границе перехода из твердого состояния в пластичное. При дальнейшем увеличении влажности (W > W_P) грунт становится пластичным и начинает терять свою устойчивость под нагрузкой. Границу текучести и границу раскатывания называют также верхним и нижним пределами пластичности.

Определив влажность на границе текучести и границе раскатывания, вычисляют число пластичности грунта I_Р. Число пластичности представляет собой интервал влажности, в пределах которого грунт находится в пластичном состоянии, и определяется как разность между границей текучести и границей раскатывания грунта:

Чем больше число пластичности, тем более пластичен грунт. Минеральный и зерновой составы грунта, форма частиц и содержание глинистых минералов (особенно монтмориллонитовой группы), а также состав обменных катионов существенно влияют на границы пластичности и число пластичности (см. табл. 13.3).

Зерновой состав является одним из важнейших параметров, влияющих на пластичность грунта. По числу пластичности косвенным путем можно судить как о степени глинистости, так и о физико-механических свойствах грунта и степени влияния на них влажности. С повышением дисперсности (глинистости) грунта увеличивается число пластичности.

Используя корреляционную зависимость между влажностью на границе текучести W_L и зерновым составом грунтов, В.И.Бируля была предложена полевая классификация грунтов:

Грунты W_L

Пески........................................................................Менее 16

Супеси...................................................................... 16...26

Суглинки.................................................................. 26...42

Глины.......................................................................Более 42

Рис. 13.3. Балансирный конус А.М.Васильева для определения границы текучести грунта:

1 — подставка; 2 — метка на конусе; 3 — ручка; 4 — конус; 5 — стаканчик с образцом грунта; 6 — балансирные шарики

Границу текучести определяют по ГОСТ 5180 — 84 с помощью балансирного конуса А. М. Васильева (рис. 13.3). Балансирный конус имеет высоту 25 мм с углом при вершине 30°. Общая масса конуса должна составлять 76 г.

Для определения границы текучести среднюю пробу грунта увлажняют, тщательно перемешивают до состояния пластичного теста и наполняют им до краев стаканчик прибора. Стаканчик с образцом грунта 5 помещают на подставку 1. К поверхности грунтового теста за ручку 3 подносят острие конуса 4, который, если его отпустить, под действием собственной массы погружается в тесто до метки 2. Вертикальность погружения конуса обеспечивается наличием двух балансирных шариков 6. Если конус погрузился в грунтовое тесто на глубину 10 мм в течение 5 с, то это свидетельствует о достижении границы текучести. После этого из стаканчика отбирают пробу массой 10... 12 г и определяют влажность грунтового теста.

Подготовка образца грунта для определения (ГОСТ 5180 — 84) границы раскатывания W_P такая же, как и при определении границы текучести. Из увлажненного грунта скатывают шарик диаметром 1 см, переносят его на восковую бумагу (или ладонь) и на ней осторожно раскатывают его в жгутик диаметром 3 мм до момента, когда жгутик начнет крошиться. Раскрошившиеся кусочки собирают в бюкс и определяют влажность грунта W_P.

Сопоставляя данные естественной влажности грунта с указанными ранее границами пластичности, можно выразить влажность относительной величиной в виде дроби, числителем которой будет влажность фунта, а знаменателем — граница текучести. Отношение естественной влажности к границе текучести называется относительной влажностью. Относительную влажность можно также характеризовать показателем текучести грунта I_L в природных условиях:

где W — природная влажность грунта.

В зависимости от показателя текучести глинистые грунты подразделяются на супеси, суглинки и глины.