Влажность характеризуется количеством воды, заполняющей поры породы (см. таблицу 1.1).
Физическое состояние и свойства ГП зависят от их влажности, которая определяется отношением массы воды, заполняющей поры к массе сухой породы. Это весовая влажность:
(1.9)
где gп, gs – масса пор породы с воздухом и с пластовой водой и абсолютно сухая масса грунта, соответственно, г;
W – влажность весовая или естественная, %.
Влажность выражается в долях единиц или в процентах.
Преобразуем, формулы 1.9 и 1.10, и получим взаимосвязь влажности с плотностью породы:
То есть, чем выше влажность, тем больше плотность породы.
Если влажность определена по естественным образцам породы, она называется естественной – Wест.
Влажность песчаных и глинистых пород может изменяться в значительных пределах. Например, влажность песка в зоне аэрации – 4÷5 %, в зоне капиллярного поднятия и насыщения – 27÷30 % и достигает 40 %; влажность глинистых пород, современных, достигает 80-90 %, а уплотненные глины имеют влажность от 12÷15 % до 50÷60 %, а в аргиллитах (плотные глины) снижается до 3÷5 %.
Из одного состояния в другое глинистая порода переходит только при определенном значении влажности. Влажность, при которой грунт нарушенного сложения переходит из твердого состояния в пластичное, или наоборот, называется границей раскатывания (Wр). Влажность, при которой связный грунт нарушенного сложения переходит из пластичного состояния в текучее, или наоборот, называется границей текучести (Wт).
Разница между границей текучести (Wт) и границей раскатывания (Wр) называется числом пластичности (Ip) – это интервал влажности, в пределах которого глинистый грунт, лишенный кристаллических структурных связей (перемятый), находится в пластичном состоянии. Это такое состояние, когда под действием внешней силы они могут принимать различную форму и сохранять ее после устранения этой силы, не изменяя при этом своего объема.
Если сравнить естественную влажность породы с характерными влажностями, соответствующими пределам консистенции, то можно получить приближенное представление о ее состоянии, как это показано в таблице 1.2.
Так, например, если W>Wт, то глинистая порода после нарушения естественного сложения должна стать текучей, если Wр<W<Wт – пластичной и если W<Wр – твердой.
Поэтому при оценке консистенции глинистых пород в условиях естественного залегания это обстоятельство следует учитывать.
Согласно строительным нормам и правилам на проектирование естественных оснований зданий и сооружений, для ориентировочного суждения о состоянии глинистых пород в условиях естественного залегания следует определять показатель консистенции:
где В(Iр) - показатель текучести,
W – весовая влажность,
Wр - влажность на границе пластичности (раскатывания),
Wт - влажность на границе текучести.
Удобной характеристикой состояния глинистых пород является показатель их относительной консистенции (Дк), который связан с показателем консистенции следующим уравнением:
Однако критерии для классификации и оценки консистенции глинистых пород естественного сложения пока не установлены.
Таблица 1.2 - Физические свойства глинистых пород нарушенного сложения
Пример значений | Физическое состояние глинистых после нарушения естественного сложения | |||
Консистен-ция (показатель текучести) | Относитель-ная консистен-ция | Физическое состояние после нарушения естественного сложения | Консистен-ция (форма) | Соотно- шение влажностей |
В(Iр) | Дк | |||
1,700 | -0,700 | текучее | жидкотекучая | W>Wт |
1,040 | -0,040 | текучее | вязкотекучая | W≥Wт |
0,950 | 0,050 | переход от текучей к пластичной | липко-пластичная | W ≤ Wт |
0,560 | 0,440 | пластичное | вязко-пластичная | Wр<W<Wт |
0,600 | 0,400 | пластичное | вязко-пластичная | Wр<W<Wт |
0,000 | 1,000 | полутвердое | полутвердая | W=Wр |
-0,260 | 1,260 | переход от полутвердой к твердой | полутвердая | W≤Wр |
-1,800 | 2,800 | твердое | твердая | W<Wр |