Глинистые грунты относятся к группе связных. Они являются продуктом механического распада и химического разложения горных пород. Глинистые грунты представляют собой агрегаты мельчайших глинистых частиц чешуйчатого строения (слюда, хлорит и др.) размером менее 0,005 мм и песчаных — зернистых частиц разных размеров.
Чешуйчатая и мелкозернистая (пылеватая) фракции глинистых грунтов имеют большую удельную поверхность соприкасания и тонкие капилляры (рис. 1, г). Такое строение грунтового скелета и наличие пленок воды, обволакивающей частицы, придают глинистым грунтам связность и способность деформироваться под влиянием нагрузки во влажном состоянии без появления трещин на поверхности. Связность глинистых грунтов увеличивается с уменьшением влажности. Глинистые грунты благодаря своей структуре обладают малым коэффициентом фильтрации и слабой водопроницаемостью. Водопроницаемость глинистых грунтов увеличивается с увеличением размеров и количества зернистых частиц.
По процентному содержанию глинистых частиц различают глины, суглинки и супеси, а по размерам песчаных частиц — глинистые, глинисто-пылеватые грунты. Классификация глинистых грунтов по зерновому составу, принятая в дорожном деле, приведена в таблице классификации глинистых грунтов по зерновому составу:
Порода | Размеры частиц, мм | ||
глинистые 0,002 | пылеватые 0,002 – 0,05 | песчаные 0,5 – 2,0 | |
Глинистые грунты | Содержание фракции, % по весу | ||
Глина | >30 | — | Больше, чем пылеватых |
Суглинок | 30—10 | — | |
Супесь | 10—3 | — | |
Глинисто-пылеватые грунты | |||
Пылеватая глина | >30 | Больше, чем песчанных | — |
Пылеватый суглинок | 30—10 | — | |
Пылеватая супесь | 10—3 | — |
По консистенции глинистые грунты подразделяются на твердые, пластичные и текучие. При этом по мере насыщения водой твердые глинистые грунты размягчаются и переходят сначала в пластичное, затем в текучее состояние. Процентное содержание воды при переходе из одного состояния консистенции в другое является пределом (границей) пластичности.
Каждый вид глинистого грунта имеет два предела пластичности. Нижний предел Wp соответствует минимальной влажности, при которой грунт из твердого состояния переходит в пластичное, и называется границей раскатывания. Верхний предел Wt соответствует максимальному проценту влажности, при котором глинистый грунт переходит из пластичного состояния в текучее.
Разность влажностей между верхним и нижним пределами пластичности называется числом пластичности.
Глинистые грунты в зависимости от числа пластичности подразделяются на следующие виды:
- Супесь
- Суглинок
- Глина
Так, например, если природная влажность грунта равна 28 %, влажность нижнего предела пластичности WР=21 %, верхнего WТ=48 % и число пластичности WП=48 – 21=27 %, то это указывает на то, что, во-первых, грунт принадлежит к виду глинистых, так как число пластичности WП=27 > 17, и, во-вторых, глина находится в пластичном состоянии, так как природная влажность ее — между верхним и нижним пределами пластичности (48 > 27 > 21).
Число пластичности глинистых грунтов является условной характеристикой, определяющей их строительные свойства — плотность, влажность и сопротивление сжатию. С уменьшением влажности плотность возрастает, а сжимаемость уменьшается. С увеличением влажности плотность уменьшается, а сжимаемость увеличивается.
Величина расчетных сопротивлений непросадочных глинистых грунтов приведена в таблице:
Пылевато-глинистые грунты | Коэф.пористости | R0 (кг/см2) | |
Сухой грунт | Влажный грунт | ||
Различные супеси | 0,3 | 4 | 3,5 |
0,5 | 3 | 2,5 | |
0,7 | 2,5 | 2 | |
Различные суглинки | 0,3 | 4 | 3,5 |
0,5 | 3 | 2,5 | |
0,7 | 2,5 | 1,8 | |
1 | 2 | 1 | |
Различные глины | 0,3 | 9 | 6 |
0,5 | 6 | 4 | |
0,6…0,8 | 5…3 | 3. .2 | |
1,1 | 2,5 | 1 |
Величина расчетных сопротивлений просадочных глинистых грунтов приведена в таблице:
Просадочные грунты | Плотность грунта в сухом состоянии(кг/л) | R0 (кг/см2) | |
Сухой грунт | Влажный грунт | ||
Супеси | 1,35 | 3,0 | 1,5 |
1,55 | 3,5 | 1,8 | |
Суглинки | 1,35 | 3,5 | 1,8 |
1,55 | 4,0 | 2,0 |
Из изложенного видно, что физические свойства песчаных грунтов отличаются от физических свойств глинистых грунтов. Следовательно, эти грунты отличаются друг от друга и строительными качествами.
- Влажность песчаных грунтов колеблется от 0 % (сухой песок) до 30–45 % (насыщенный водой песок), то есть процент влажности песчаных грунтов (при полном насыщении) равен проценту пустотности и его объем не изменяется с увеличением влажности. В глинистых же грунтах влажность колеблется от 3 % (сухая глина) до 80–90 % (разжиженная глина), причем по мере насыщения их водой объем глинистых грунтов значительно увеличивается за счет изменения объема пустот между частицами — утолщения капиллярной воды.
- Плотность песчаных грунтов (гравелистых, крупно- и среднезернистых, за исключением мелкозернистых и пылеватых) не зависит от влажности песка; песчаный грунт может быть насыщенным водой и одновременно плотным. Плотность же глинистых грунтов является функцией давления и влажности, так как сухая глина всегда плотная, а влажная или насыщенная водой всегда пластична или соответственно текучая.
- В песчаных грунтах силы взаимодействия между частицами весьма малы (влажный песок) или отсутствуют (сухой песок или насыщенный водой песок), и потому песчаные грунты сыпучи. Глинистые же. грунты благодаря водо-коллоидным пленкам, обволакивающим частицы, обладают силами взаимодействия — связностью.
- Уплотнение и осадка песчаных грунтов происходит одновременно с приложением силы, а глинистых грунтов — постепенно, в течений длительного времени после приложения нагрузки.
- Песчаные грунты водопроницаемы, глинистые — водонепроницаемы или слабоводопроницаемы (суглинки) в зависимости от процентного содержания в них зернистых частиц и их диаметров.