3.3. Дисперсні грунти

3.3.1. Уламкові (незв'язні) грунти

Осадові уламкові незцементовані ґрунти утворилися під впливом процесів звітрювання і денудації на тих стадіях, коли агенти фізичного звітрювання переважали над агентами хімічного звітрювання. Через це породи що входять в цю групу ґрунтів, мають дві найважливіші особливості: 1) вони в основному складаються з уламків гірських порід і первинних мінералів, мало змі­нених у процесі звітрювання, і 2) зв'язки між обламаннями порід і окремими зернами мінералів в сухому стані або дуже слабі, або практично відсутні, унаслідок чого багато різниць цих порід можуть розглядатися як сипкі ґрунти. Для всіх них характерні загальні інженерно-геологічні особливості. Вони мають значну величину по­ристості, при переважанні крупних пір, що обумовлює велику водопроникність цих ґрунтів. Вони мають значне внутрішнє тертя, слабо ущільнюються під статичними навантаженнями і сильно ущільнюються при динамічних навантаженнях. Незв'язні ґрунти достатньо добре витримують навантаження споруд як в сухому, так і у вологому стані.

Уламкові незцементовані ґрунти підрозділяються на дві підгрупи. Перша з них об'єднує крупноуламкові, друга – дрібноуламкові (піщані) ґрунти. Крупноуламкові ґрунти складаються з обкатаних або незграбних уламків розміром більше 2 мм, що мають переважно полімінеральний склад. Ці уламки складають більше 50% ґрунту (у відсотках від маси). За розміром складаючих уламків ґрунти підрозділяються на валунні і кам'янисті (глиби), галечникові і щебенисті, гравійні і дресв’яні.

Властивості крупноуламкові ґрунтів. Густина твердих частинок крупноуламкові порід частіше за все складає 2,65 - 2,70 г/см3. У ґрунтів, що містять значну кількість уламків основних і ультраосновних порід або цілком складаються з них, величина цього показника зростає і може складати 3,0 - 3,3 г/см3. Густина кістяка крупноуламкових ґрунтів змінюється у широкому діапазоні. У галечників і гравійних ґрунтів, що не містять великої кількості заповнювача, вона частіше всього складає 1,65 - 1,90 г/см3. За наявності у порах піщаного і глинястого заповнювача величина цього показника перевищує 2,0 г/см3 і може ­сягати 2,15 - 2,20 г/см3. Пористість крупно уламкових ґрунтів не перевищує 40%. За наявності в порах ущільненого заповнювача вона нерідко знижується до 25 - 30%.

Відмітна особливість крупноуламкових ґрунтів - висо­ка водопроникність. Коефіцієнт фільтрації в чистих валунах і валуно-галечнікових ґрунтах складає сотні метрів за добу, а в окремих випадках у алювіальних відкладеннях може перевищувати тисячу метрів за добу. Наявність заповнювача, навіть піщаного, в крупноуламкових ґрунтах істотно знижує їх водопроникність. Особливо різко вона знижується за наявності глинястого заповнювача.

По величині стисливості велика частина крупноуламкових ґрунтів відноситься до категорії слабосилих. Наявність заповнювача, особливо глинястого, збільшує величину деформації під навантаженням. Стисливість однорідних крупноуламкових ґрунтів дещо вище, у порівнянні з неоднорідними. Вона вище у щебе­нистих і дресв’яних ґрунтів, оскільки вони складені більш рихло в порівнянні з гравійно-галечниковими.

Величина коефіцієнта бічного розширення (Пуассона) складає 0,20 - 0,33. Вона закономірно зростає у цьому інтервалі при збільшенні коефіцієнта звітрелості уламків від 0,25 до 1.

Міцність істотно вище, ніж у піщаних і глинястих. Кут природного нахилу перевищує 40°. За наявності глинястого заповнювача вони можуть створювати вертикальні схили. Опір зсуву залежить як від розміру і звірелості уламків, так і від кількості, складу і стану заповнювача. Величини кута внутрішнього тертя і зчеплення складає від 28 до 22, при зростанні коефіцієнта звітрелості уламків з 0,45 до 0,75, а зчеплення з 0,035 до 0027 МПа.

Дрібноуламкові (піщані) ґрунти характеризуються переважанням мономінеральних частинок розміром 0,05 - 2 мм. Кількість глинястих частинок в них не перевищує 5%. В сухому стані вони представляють типові сипкі тіла, у вологому мають невелику зв'язність. Деякі представники піщаних ґрунтів, будучи насичені водою, мають пливуність.

Інженерно-геологічні особливості піщаних ґрунтів сильно змінюються за наявності або відсутності в них гравийно-галечнікові і пилуватих частинок, а також залежно від розміру самих піща­них зерен. Тому показники, характеризуючи особливості складу піщаних ґрунтів, прийняті для підрозділу їх на типи, які відособлені: гравелісті, чисті і пилуваті піски. Крім того до піщаних ґрунтів віднесені і легкі пісковини, в яких переважають піщані частинки, а вміст глинястої фракції складає 3 - 5%.

Властивості піщаних ґрунтів. Густина твердих частинок піщаних ґрунтів кварцового або полевошпатово-кварцового складу, частіше за все складає 2,65 - 266 г/см3. Присутність легкорозчинних солей і особливо органічних речовин різко знижує показник до 2,55 - 2,60 г/см3, іноді нижче. Підвищений вміст важких мінералів обумовлює зростання густини твердих частинок пісків до 2,70 г/см3, іноді вище.

Густина кістяка піщаних ґрунтів змінюється в більш широкому діапазоні: від 1,45 - 1,50 до 1,80 - 1,85 г/см3 і дуже рідко вище. У піс­ків, що містять значну домішку органічних речовин, вона може знижуватися до 1,20 - 1,35 г/см3. В розрізах пісків всіх генетичних типів значення цього показника частіше за все складає 1,55 - 1,75 г/см3. У неоднорідних, різнозернистих пісків величина густини кістяка звичайно вище.

Загальна пористість пісків змінюється від 25 - 30 до 50 - 55%, частіше її значення коливається в межах 35 - 45%. Величина пористості звичайно зростає зі збільшенням дисперсності піщаних ґрунтів. Розмір пір у піщаних ґрунтах, навпаки зменшується при зростанні їх дисперсності

Специфічна властивість піщаних ґрунтів - ви­сока водопроникність. Коефіцієнт фільтрації пилуватих пісків не перевищує 1 м/доб. У пісків дрібно - і середньозернистих 1 - 5 і 5 - 25 м/доб. відповідно. Його величина у пісків грубозернистих може сягати 40 - 50 м/доб. Найбільше значення коефіцієнта фільтрації характерне для пісків гравелістих до 80 - 100 м/доб, а в окремих випадках і більш.

У піщаних ґрунтах за певних умов може розвинутися суфозія - процес переміщення і винесення фільтраційним пото­ком дрібних частинок, внаслідок чого відбувається збільшення пористості пісків, зниження їх міцності і стійкості на схилах.

Стисливість піщаних ґрунтів нижче, ніж зв’язних. Під впливом статичних навантажень вони ущільнюються дуже слабо. Дія динамічних навантажень викликає інтенсивне віброущільнення особливо пісків рихлого і середнього по густині складення. Модуль деформації піщаних ґрунтів змінюється від 10 до 45 - 50 МПа. Він закономірно зменшується із збільшенням дисперсності піску і зменшенням його густини.

Опір зсуву піщаних ґрунтів істотно вище у порівнянні з глинястими і лесовими. Він закономірне зростає із зменшенням дисперсності і збільшенням густини пісків. Міцність пісків в схилах, через який фільтрується вода знижується на 15 - 30%. Основною причиною цього є гідродинамічний тиск, який пересуває час­тинки униз.

Специфічна властивість піщаних ґрунтів - пливуність, або здатність водонасичених пісків і пісковин переходити з розріджений стан при розкритті їх гірськими виробленнями. Це явище частіше за все відбувається під впливом гідродинамічного тиску потоку фільтрації.