10.4. Водостійкість ґрунтів
Під водостійкістю ґрунтів (порід) розуміють їх здатність зберігати механічну міцність і стійкість при взаємодії з водою. Ця взаємодія може бути статичною і динамічною. У першому випадку при взаємодії ґрунту і води відбувається явище набухання і розмокання, у другому, коли на ґрунт чиниться гідродинамічна дія, - розмив ґрунту (порід). Відповідно цьому водостійкість ґрунтів можна охарактеризувати за їх розмоканням і розмитістю.
Під розмоканням розуміють здатність ґрунтів втрачати зв'язність і перетворюватись у рихлу масу з повною або частковою втратою несущої здатності при взаємодії із спокійною водою. Це явище - наслідок ослаблення, а часто і розчинення структурних зв'язків між елементарними частинками або агрегатами ґрунту в процесі їх гідратації. Здатністю до розмокання володіють дисперсні ґрунти і породи, а також тверді осадові породи з розчинним або глинистим цементом.
Для характеристики розмокання ґрунтів переважно використовують два показники: 1) час розмокання - час, протягом якого зразок ґрунту, поміщений у воду, втрачає зв'язність і розпадається на структурні елементи різного розміру; 2) характер розмокання, який відображає якісну картину розпаду зразка ґрунту. Розмокання грунтів визначається їх хіміко-мінералогічним складом (мінералогією частинок і головним чином складом обмінних катіонів), структурними особливостями (характером структурних зв'язків, дисперсністю), вологістю, складом і концентрацією водного розчину, що взаємодіє із грунтом (породою).
Під розмитістю ґрунтів розуміють їх здатність віддавати агрегати і елементарні частинки рухомій воді, яка діє на поверхні ґрунтової товщі (порід). Ця властивість ґрунтів поряд із динамікою водної дії визначає розмив ґрунтового масиву.
Для характеристики розмитості ґрунтів використовують два показники: 1) розмиваючу (або критичну) швидкість водного потоку, яка представляє собою середню швидкість потоку, при якій починається відрив окремих частинок і агрегатів та рух їх по потоку, вимірюється у м/сек або см/сек; 2) інтенсивність розмиву - відношення середньої товщини розмитого шару ґрунту при даній швидкості розмиву до тривалості розмиву, вимірюється у мм/хв.
Розмитість ґрунтів (порід) залежить від великого числа взаємодіючих і взаємозв'язаних факторів, головними з яких є склад і характер структурних зв'язків у грунті (породі).
Між розмитістю глинистих порід і їх розмоканням існує достатньо чіткий зв'язок: у більшості випадків ґрунти, що швидко розмокають, володіють високою розмитістю.
Величини розмокання і розмитості порід та ґрунтів використовуються при оцінці явищ перероблення берегів водосховищ, стійкості відкосів каналів, стінок котлованів та інших земляних споруд.
10.5. Тиксотропія і пливучість ґрунтів
Глинисті, лесові і піщані ґрунти, які характеризуються наявністю слабких структурних зв'язків між окремими частинками або їхньою відсутністю, проявляють в визначених умовах чітко виражені тиксотропні і пливунні властивості.
У колоїдній хімії під тиксотропними явищами або тиксотропією розуміють здатність деяких колоїдних систем розріджуватись під впливом механічної дії (струшування, розмішування, вібрації, дії ультразвуку) і потім, коли ця дія усунена, переходити у попередній желеподібний стан. Аналогічні зворотні зміни досить широко протікають у дисперсних, переважно піщано-колоїдних і зв'язаних ґрунтах та породах, при незмінній їхній вологості та температурі. Втрата міцності цих грунтів (порід) під дією динамічних навантажень відбувається у результаті порушення природної структури ґрунту і може бути виражена у вигляді його розрідження до повної втрати міцності. Тиксотропне ущільнення, яке проявляється при припиненні дії на ґрунт, зумовлене формуванням нових структурних зв'язків, збільшенням їхньої кількості і міцності. Відповідно, тиксотропні явища у грунтах (породах) представляють собою зворотній процес, який виражається, з одного боку, розрідженням і втратою несучої здатності ґрунтів під дією механічного впливу, а з другого - наступним тиксотропним ущільненням. Тому ці явища потрібно враховувати при проектуванні споруд.
До факторів, які зумовлюють тиксотропні властивості ґрунтів (порід), відносять якісний і кількісний склад їхньої дисперсної фази, форму частинок і їх гідрофільність, склад і концентрацію електроліту, що знаходиться у розчині, його рН та ряд інших показників (гранулометричний склад, мінералогічний склад тонкдисперсної фази, склад обмінних катіонів, вологість).
Пливучістю називається здатність водонасичених дисперсних ґрунтів переходити у рухомий стан при відкритті їх гірськими виробітками. Розрідження порід (ґрунтів) у такому випадку відбувається переважно під впливом якої-небудь динамічної дії на масив порід. Розріджений ґрунт (порода), що називається пливуном, постійно прибуває у гірські виробітки з дна і стінок, що затрудняє проведення гірських робіт або часто робить їх просто неможливими без спеціальних заходів.
Пливучість не є властивістю якогось одного визначеного типу породи чи ґрунту. У пливучий стан у визначених умовах можуть переходити і піски, і леси, і глинисті породи. На практиці найчастіше стикаються із пливучістю пісків, і особливо тих пісків, які містять деяку кількість колоїдних частинок. Для всіх типів пливучих порід, незважаючи на різницю їхньої дисперсності, характерна одна загальна якість - частинки цих порід у силу тих чи інших причин при відкритті їх гірськими виробітками стають розділеними прошарками вільної води, що зумовлює їхню текучість.
До "пседоплавунів" віднесені звичайні тонкозернисті піски, перехід у пливучий стан яких зумовлений наявністю визначеного гідродинамічного тиску ґрунтового потоку.
До порід і ґрунтів, що особливо здатні проявити пливучість, належать: 1) породи (ґрунти), що не мають структурних зв'язків; 2) породи з конденсаційно-коагуляційними структурними зв'язками.