Структура грунтов
Структура грунтов может быть зернистого или хлопьевидного типа. Под зернистой подразумевается структура скелета грунта, сложенного из округленных или неокатанных достаточно крупных частиц, подобных тем, которые слагают зернистые грунты (например, песчаные). Объем пор (поровое пространство) в таких грунтах относительно мал и способен изменяться в сравнительно ограниченных пределах.
Такая плотная структура скелета у тонкодисперсных глинистых грунтов исключается, так как ее образованию препятствуют силы притяжения, действующие между тончайшими чешуйчатообразными частицами, слагающими грунт. При образовании толщ глинистых грунтов эти силы в период осаждения могут вызвать слипание частиц (коагулирование) с образованием рыхлых скоплений, называемых хлопьями. В результате возникает хлопьевидная, или ячеистая (сотообразная), структура. Объем/ пор в этом случае во много раз больше, чем у грунтов с зернистой структурой. Разрушение ячеистого скелета глинистых грунтов, первоначально весьма рыхлого, может вызвать его сильное уплотнение и сжатие. Эти обстоятельства в значительной степени являются причиной того, что пористость и влажность глинистых грунтов по сравнению с песчаными весьма высоки и что диапазон возможного изменения их плотности также велик.
Известно, что разрушение структуры глинистых грунтов, связанное с их перемятием, вызывает иногда большие осложнения в практике фундаментостроения, существенно уменьшая сопротивление грунта сдвигу и увеличивая его сжимаемость. Некоторые глины реагируют на это весьма сильно, другие — в меньшей степени и, наконец, на очень немногих их разновидностях это явление практически никак не сказывается. Существует несколько точек зрения на причины такого поведения различных глин. В тех случаях, когда работы с глинистыми грунтами, не испытанными в лаборатории, сопряжены с возможностью нарушения их структуры, рекомендуется особая осторожность в обращении с ними. Это относится к забивке свай в некоторые глины, а также к экскавации глубоких выемок, при которой не исключается возможность пучения грунта.
На рис. 4.1 отображена гипотеза А. Казагранде, предложенная им в объяснение причины того, что некоторые глины в ненарушенном состоянии могут воспринимать значительные нагрузки и что при нарушении структуры их прочность резко снижается. Хлопьевидные скопления коллоидных частиц между пылеватыми частицами в зонах контакта с ними уплотнены перекрывающими массами грунта. Так образуется несущий каркас (скелет) грунта. В полостях этого каркаса скапливается материал в совсем рыхлом состоянии. При нарушении структуры грунта этот каркас разрушается и втапливается в неуплотненную часть грунта. При этом общая сжимаемость грунта возрастает.
По-видимому, некоторые группы с нарушенной структурой со временем вновь приобретают начальную прочность без какого-либо дальнейшего уменьшения объема. Это явление носит название естественного затвердевания. Это и другие подобные ему явления еще полностью нe изучены, но очевидно, что гипотеза Казагранде не охватывает всех факторов, которые оказывают на них влияние; некоторые из этих факторов имеют более сложную электрохимическую природу и связаны с цементацией частиц грунта по их контактной поверхности.
