Фізико-механічні властивості ґрунтів

Зерновий (гранулометричний) склад. Під зерновим складом розуміють кількість за масою часток ґрунту різноманітного розміру по відношенню до загальної маси сухого ґрунту. За даними зернового складу породи можна давати наближену характеристику водопроникнення піщаних порід, за тими ж даними можна оцінювати можливість вимивання піщаних часток малого розміру з породи, основи споруди та інші наближені показники. За даними аналізу зернового складу оцінюють можливість використання породи для виготовлення бетону, ґрунтових гребель, дамб тощо.

Для визначення зернового складу застосовують такі методи:

1.      Механічний аналіз проводять шляхом розподілу порід на декілька фракцій, які відрізняються діаметром часток. Потім визначають відсоткову кількість часток кожної фракції у породі, яку досліджують.

2.      Ситовий метод полягає у просіюванні часток через набір сит з отворами різного діаметрау, цей метод застосовують для дослідження пісків.

3.      Метод Сабаніна ґрунтується на принципі розподілу фракцій за швидкістю падіння часток, які знаходяться у зваженому стані в спокійній рідині. Його використовують для визначення кількості глинистих та пилуватих часток у піщаних ґрунтах.

4.      Піпетковий метод полягає у відборі піпеткою проб часток, які не встигли в установлені строки осісти в процесі відстоювання. Застосовується при аналізі глинистих порід.

5.      Ареометричний метод полягає у вимірюванні спеціальним ареометром щільності скаламучених у воді часток породи, яка змінюється по мірі осідання їх у воді.

6.      Метод набрякання (Рутковського) ґрунтується на здібності глибинних фракцій набрякати у воді і на різній швидкості падіння часток у воді залежно від їх розмірів. Використовуючи цей метод, можна виділяти в породі три фракції: глинисту , пилувату та піщану.

Щільність породи – це відношення маси породи до її об'єму у природному стані разом з масою води у порах, що залежить від вологості та пористості порід.

Щільність часток ґрунту – відношення маси сухого ґрунту до об'єму його твердої частини. Щільність часток ґрунту гірських порід змінюється у межах 2600-2750 кг/м³. Ця характеристика залежить від мінерального складу порід.

Пористість порід показує ступінь заповнення об'єму породи порами та пустотами. Пористість виражають у вигляді відносного відношення об'єму пустот до загального об'єму породи.

Вологість породи називають відношення маси води, яка знаходиться у порах, до маси сухої породи. Вологість породи є дуже важливою характеристикою фізичного стану породи, впливає на її міцність та інші властивості ґрунтів.

Пластичністю називається здатність породи змінювати форму під впливом зовнішніх сил, тобто деформуватися без розривів суцільності та зберігати одержану форму після зниження впливу зовнішніх сил.

Деформування глинистих порід під впливом тиску залежить від їх консистенції (відносна вологість). Для того щоб виразити в чисельних показниках консистенції породи, при якій вона є пластичною, існують характеристики – верхня та нижня границі пластичності.

Нижня границя пластичності (границя розкочування) – такий ступінь вологості глинистої породи, при якій глинисте тісто при розкочуванні його у джгутик діаметром менше 3 мм починає розпадатися після втрати пластичних властивостей.

Верхня границя пластичності (границя текучості) – такий ступінь вологості глинистої породи, при якій спеціальний конус з балансиром заглиблюється у глинисте тісто на 10 мм.

Набрякання – здатність глинистих порід збільшувати свій об'єм у разі насичення водою. Збільшення об'єму породи супроводжується розвитком у ній тиску набрякання. Набрякання залежить від вмісту в породі глинистих та пилуватих часток, мінерального складу породи та хімічного складу води.

Набрякання враховують під час будівельних робіт. Явище набрякання породи спостерігають у котлованах, виїмках, а також при будівництві гребель та водосховищ, коли змінюються гідрогеологічні умови району спорудження або збільшується вологість порід завдяки воді, яка надходить.

Усадка – зменшення об'єму породи під впливом висихання, обумовленим природною вологістю: чим більше вологість, тим більше усадка.

Розмокання – здатність глинистих порід при контакті з водою втрачати зв'язність та руйнуватися, перетворюватись у пухку масу з частковою або повною втратою несучої здатності. Розмокання породи значно впливає на її показники міцності. Швидкість розмокання породи визначає ступінь її стійкості під водою.

Для характеристики розмокання порід використовують два показники:

1)               час розмокання, протягом якого зразок породи, що заглиблений у воду, втрачає зв'язність та розпадається на структурні елементи різного розміру;

2)               характер розмокання відображує якісну картину розпаду зразка породи.

Більша частина порід з кристалізаційними структурними зв'язками практично не розмокає. На противагу їм дисперсні породи, у яких ці зв'язки відсутні, розмокають. Щільні глини та суглинки, які не розмокають у воді, розмиваються лише під час довгого впливу текучої води. Зв'язні породи, які характеризуються слабкими структурними зв'язками, розмокають швидко. Здатність розмиватися обумовлена опором розмоканню.

Стисливість. Глинисті породи під впливом навантаження деформуються без руйнування. Властивості деформуватися характеризуються модулем деформації, коефіцієнтом Пуассона, коефіцієнтом стисливості і консолідації, модулями зсуву та об'ємного стискання.

Деформаційні властивості дисперсних ґрунтів визначаються їх стисливістю під навантаженням, яка обумовлена зміщенням часток відносно одна одної та відповідним зменшенням об'єму пор внаслідок деформації часток породи води та газу.

При визначенні стисливості ґрунтів розраховують показники, які характеризують залежність кінцевої деформації від навантаження та зміну деформацій ґрунту у часі при постійному навантаженні. До першої характеристики показників відносять коефіцієнт ущільнення, коефіцієнт компресії, модуль деформації, до другої - коефіцієнт консолідації.

Зчеплення. Опір ґрунтів зсуву – найважливіша властивість міцності, яку необхідно знайти для вирішення інженерно-геологічних завдань. Під впливом деякого зовнішнього навантаження у визначених зонах ґрунту зв'язки між частками руйнуються і відбувається зміщення одних часток відносно інших. При цьому ґрунт набуває здатності необмежено деформуватися під даним навантаженням.

Руйнування ґрунту відбувається у вигляді переміщення однієї частини масиву відносно іншої.