Взаимодействие частиц скелета.

В глинистых грунтах наличие связи между частицами обусловливает объединение отдельных глинистых частиц в агрегаты. Такие грунты имеют сложное строение, так как в них обычно содержатся песчаные, пылеватые. а также агрегированные и отдельные глинистые частицы. Таким образом, на свойства глинистых грунтов будет влиять как внутри агрегатная, так и меж агрегатная прочность связей.

Вода, находящаяся в грунте в жидком состоянии, испытывает на себе действие следующих сил:

а) силы тяжести, которая обусловливает просачивание влаги в грунт и стремление к дальнейшему передвижению вниз в толщу грунта;

б) сорбционных сил - сил взаимного притяжения между молекулами воды и молекулами и ионами поверхности грунтовых частиц;

в) сил взаимного притяжения, действующих между молекулами воды; эти силы наглядно проявляются в пределах поверхностных слоев жидкости (капиллярные или менисковые силы);

г) осмотических сил, которые вызывают передвижение влаги - диффузию; в грунтах в явлении диффузии могут принимать участие молекулы воды, молекулы и ноны растворимых солей, а также частично и обменные ионы, те-ионы, которые способны отделиться от поверхности грунтовых частиц и диссоциировать в грунтовую воду.

Изменение внешних условий (инфильтрация, испарение, температура и т. и.) обусловливает постоянное движение как нормальное состояние грунтовой влаги.

Сорбционные силы обусловлены взаимным притяжением между молекулами воды и молекулами и ионами поверхностных слоев грунтовых частиц, но поскольку подвижными в основном являются молекулы воды, это взаимное притяжение воспринимается как одностороннее притяжение воды к частицам грунтового скелета.

Адсорбцией называется физико-химический процесс поглощения поверхностью твердого тела веществ из раствора или газа.

Адсорбция в грунтах проявляется в том, что на поверхности или на грани кристаллов происходит увеличение концентрации молекул воды, а в результате этого - уплотнение окружающей частицу грунта водной оболочки. Поглотитель, вызывающий притяжение, называется адсорбентом, а поглощенное, или притягиваемое вещество,- адсорбатом. В грунтах адсорбентом являются частицы скелета, а адсорбатом - вода, находящаяся в порах.

Адсорбционные силы являются частным случаем молекулярных сил. Они отличаются от других видов молекулярных взаимодействий, во-первых, тем, что они происходят на поверхностях раздела фаз и, во-вторых, тем, что происходят обычно между молекулами разного рода.

Взаимодействие частиц скелета с водой происходит по поверхности контакта между ними, т. е.- по поверхности частиц.

Характер и интенсивность этих явлений (поверхностных явлений) в грунтах зависит в основном от степени дисперсности грунта и от интенсивности действующих на единице поверхности сил. Чем выше степень дисперсности, тем больше поверхность частиц.

Удельной поверхностью грунта называют суммарную поверхность частиц, содержащихся в 1 см³ грунта, т. е. отношение поверхности частиц к их объему.

Удельная поверхность очень быстро увеличивается по мере уменьшения размера частиц. Так, например, для шаров диаметром 0,5 мм удельная поверхность равна 45 см², при диаметре 0,005 мм - 4500 см². Для глинистых частиц, имеющих пластинчатую форму и размеры менее 0,005 мм, величина удельной поверхности достигает миллионов кв. сантиметров. У монтмориллонита притяжение воды происходит по наружным и по внутренним поверхностям кристаллической решетки, что еще более увеличивает активную поверхность.

Таким образом, благодаря величине удельной поверхности глинистые частицы обладают в десятки тысяч раз большей адсорбционной способностью, чем пески. Кроме того, у глинистых грунтов значительно большую величину имеет и интенсивность поверхностных явлений.

Такой же характер носит зависимость между деформацией и влажностью и при других видах испытаний, например при изучении глубины погружения в грунт штампа, при расплющивании цилиндров грунта и т. п.

Таким образом, предел пластичности - это такая влажность данного грунта, при которой резко изменяется способность грунта сопротивляться внешним нагрузкам.

При достижении предела текучести содержание воды в грунте настолько велико, что водные и коллоидные связи исчезают почти полностью и сцепление грунта становится близким к нулю. В этом состоянии грунт уже не имеет возможности сопротивляться внешним нагрузкам.

Следовательно, предел текучести - это такая влажность грунта, при которой сцепление между частицами грунта приближается к нулю.

Необходимо иметь в виду, что переход в текучее состояние возможен лишь в том случае, если грунт значительно разбухнет и сможет вместить в себя соответствующее количество влаги.

Увлажнение глинистого грунта вызывает его набухание, а обжимающие грунт давления (вес вышележащей толщи, нагрузка от сооружения) тормозят этот процесс. Поэтому переход в текучее состояние грунтов, расположенных на дне потока, возможен лишь в слое определенной мощности; глинистые грунты, расположенные под сооружением и обжатые значительным для них давлением, увлажняются лишь в определенных пределах. Для оценки состояния глинистых грунтов можно также использовать коэффициент консистенции

Непосредственной характеристикой строительных свойств грунтов является величина их модуля деформации и сопротивление грунтов сдвигу, определяемые экспериментально.

Примерное определение строительных свойств грунтов может быть получено путем косвенной оценки их по основным физическим характеристикам.