3.3.2. Глинисті і пильоватиє (лесові) грунти

Глинясті і пилуваті ґрунти сформувалися під впливом про­цесів звітрювання і денудації, коли разом з агентами фізичного звітрювання активно діяли агенти хімічного. Завдяки цьому сформувалися високодисперсні ґрунти, вторинні утворення, що містять, - глинясті мінерали. Ці ґрунти істотно відрізняються по своїх особливостях від крупноуламкових і піщаних. Найхарактернішою їх рисою є різка зміна міцності при взаємодії з водою: в сухому стані зв'язні ґрунти мають високу міцність, із зростанням вологості вона зменшується, а при великому вмісті води ґрунт може зовсім втратити міцність і перейти в текучий стан. Пористість зв'язних ґрунтів, як правило, висока. Але не дивлячись на це, величина їх водопроникності незначна, оскільки серед пір переважають мікропори.

В загальній класифікації глинясті і пилуваті (лесові) ґрунти відособлені у самостійні підгрупи. Це обумовлено відмінністю їх складу і головне - поведінкою при зволоженні: глинясті ґрунти при цьому набрякають, а лесові ґрунти - просідають.

Пилуваті (лесові) ґрунти. В підгрупу лесових ґрунтів з'єднані відкладення різного генезису, що містять більше 50% частинок розміром 0,05 - 0,005 мм і що характеризуються високою пористістю і наявністю макропор. Серед них виділяються леси і лесо­видні ґрунти. Перші є найтиповішими представниками ґрунтів цієї підгрупи. Вони дуже однорідні, макропористі, звичайно карбонатні, як правило, просадові. Лес­овидні ґрунти займають як би проміжне місце між лесами і глинястими ґрунтами. Тому властивості, характерні для лесо­вих ґрунтів, у них виражені менш чітко, ніж у лесів: ці породи часто не просадові.

Властивості лесових ґрунтів. Густина твердих частинок лесових ґрунтів коливається від 2,54 до 2,84 г/см3; найбільш часто вона дорівнює 2,60 - 2,75 г/см3. Середнє її значення складає 2,67 г/см3. Найнижчі значення цього показника властиві гумусованим лесовим породам (2,54 - 2,60 г/см3).

Густина лесових ґрунтів коливається від 1,33 до 2,03 г/см3. Її величина, залежна від вологості, є до певної міри зональністю: в посушливих районах густина має менше значення.

Густина кістяка лесових ґрунтів від 1,12 до 1,79 г/см3; найбільш часто вона складає 1,40 - 1,60 г/см3. Її величина збільшується з глибиною. Вона корелюється з просадовістю: є загальна тенденція до зниження просадовості при густині лесових ґрунтів більше 1,40 г/см3.

Лесові ґрунти характеризуються неви­сокою пластичністю. Число пластичності лесів звичайно коливається в межах 4 - 10, лесовидних суглинків 7 - 18; лише у лес­овидних глин, розвинутих порівняно не­широко, число пластичності вище (до 25).

Однією з найхарактерніших ознак лесових ґрунтів є їх низька водоміцність. Вона в їх швидкому розмоканні і значному розмиванні. Водопроникність лесових ґрунтів змінюється у широких межах: коефіцієнт фільтрації коливається від 0,001 до 8,5 м/доб. Для цих ґрунтів характерна анізо­тропія водопроникності: значення коефіцієнта фільтрації у вертикальному напрямі в 1,5 - 15 разів (іноді і більше) вище, ніж в горизонтальному. Крім того, встановлена зміна (зменшення) коефіцієнта фільтрації лесових ґрунтів у часі, який в основному пояснюється двома причинами: набряканням глинястої частини порід і явищем кольматації.

Стисливість лесових ґрунтів змінюється в інтервалі навантажень 0,1 - 0,2 МПа від 0,05 до 0,67 МПа. Вона пов'язана з вологістю порід, а також з їх структурними особливостями. Леси і лесовидні ґрунти, що мають невелику природну вологість, мають незначну стисливість: осідання їх під навантаженням дуже невелике. Збільшення вологості, а тим більше насичення порід водою різко знижує опір стисненню.

Величина модулю деформації змінюється від 2 - 3 до 50 - 55 МПа. Найвищі значення модуля деформації властиві породам з вологістю нижче 17 - 18%. Модуль деформа­ції сильно зволожених лесових порід (з вологістю більше 20 - 25%), як правило, нижче 15 МПа. У порід у водонасиченому стані його величина виявляється менше 4,5 - 5 МПа.

Просадовість - типова властивість лесових порід. Це їх здатності зменшувати свій об'єм при зволоженні, у результаті чого відбувається просідання поверхні землі і деформація інженерних споруд. Максимальні значення коефіцієнта відносної просадовості лесових ґрунтів на глибині 2 - 4 м сягає 0,07 - 0,12.

Опір зсуву лесових ґрунтів визначається їх фізичним станом: в сухому стані його величина значна, при зволоженні порід вона сильно знижується. Величина кута внутрішнього тертя лесових порід залежно від прикладеного нормального тиску і вологості змінюється від 5 до 31°, а зчеплення від 0 до 0,04 - 0,05 МПа. Однією з характерних особливостей лесових порід є значне зниження їх опору зсуву у момент замочування: кут внутрішнього тертя зменшується на 4 - 8°, величина зчеплення також значно падає.

Глинясті ґрунти. До глинястих ґрунтів відносяться тонкодисперсні, які містять не менше 5% глинястих частинок. По складу вони підрозділяються на глини, суглинки і пісковини. Серед останніх до глинястих ґрунтів відносяться тільки важкі пісковини.

Властивості глинястих ґрунтів. Глинисті ґрунти мають мінливі властивості, залежні від багатьох фак­торів. Формування їх властивостей йде у процесі літогенезу і носить стадійний характер.

Серед фізичних властивостей якнайменше мінливий показник щільність твердої частини глинястих ґрунтів. Його значення від 2,53 до 2,85 г/см3. Як середні значення при розрахунках прийнято брати для пісковин - 2,70, суглинків - 2,71 і глин – 2,74 г/см3. Великі зміни характерні для густини глинистих порід, густини їх кістяка і показників пористості. Щільність глинястих порід може змінюватися від 1,30 до 2,20 г/см3, а кістяка - від 0,8 до 1,9 г/см3. Значення пористості варіюють від 22 до 70%, а коефіцієнта пористості - від 0,30 до 2,2.

Значення коефіцієнта фільтрації складають 10^-3 – 10^-5 м/доб. Це пояснюється наявністю у глин і суглинків ультракапілярних пір, повністю перекритих зв'язаною водою. Фільтрація через такі пори можлива тільки при перевищенні початкового градієнта.

Найважливішою особливістю глинястих ґрунтів є їх специ­фічні водно-фізичні властивості (пластичність, набрякання, усідання, налипання, обмінні властивості і ін.). Число пластичності глинястих порід може змінюватися від декількох одиниць до декількох десятків одиниць. В деякій мірі воно відображає глинястість породи. Тому його використовують для орієнтовної класифікації цих ґрунтів.

Багато глинистих порід при їх зволоженні набрякають, а при ви­сушуванні - усідають, що супроводиться зміною їх об'єму від декількох до 25 - 30%, а в деяких випадках і більше. Розвинаємий при цьому тиск набрякання може досягати 1,0 - 15 МПа.

Механічні властивості глинястих ґрунтів, як і будь-кого інших, характеризуються тим, що їх деформується і міцністю. В цілому гли­нясті ґрунти значно деформуються і слабоміцні. Коефіцієнт стисливості може змінюватися від цілих одиниць (у слаболітифікованих глин) до тисячних часток МПа. Модуль загальної деформації при цьому змінюється від декількох до 50 - 60 МПа. Відповідно кут внутрішнього тертя і зчеплення змінюються від 5 - 10° і 0,01 - 0,05 МПа до 20 - 36° і 0,12 - 0,6 МПа.