Классификация грунтов по размеру слагающих их частиц и пределы ее использования

Совместные результаты ситового анализа и отмучивания иногда рассматриваются как механический анализ грунта.

Результаты анализа наносятся на график, подобный показанному на рис. 3.1. Вес частиц, размер которых меньше некоторого диаметра, выражается в процентах от общего веса и откладывается применительно к соответствующему диаметру частиц, указанному на полулогарифмической шкале абсцисс. По полученной таким образом гранулометрической кривой можно судить о распределении частиц различного размера в образце, а также о степени однородности состава образца по относительному содержанию в грунте частиц того или иного размера.

Коэффициент однородности определяется по величине соотношения диаметров, соответствующих 60 и 10% весового содержания частиц в грунте (D60/D10). Малое значение этого коэффициента соответствует крутонаклонной гранулометрической кривой и более однородному составу образца. Характер однородности сыпучих грунтов по размеру слагающих их зерен может оказывать определенное влияние на степень их устойчивости.

На рис. 3.1 диаметр частиц дается в дюймах, хотя измерение размера частиц в дюймах никогда не производится. Отступление в этом отношении на рис. 3.1 вызвано в данном случае стремлением помочь лицам, не знакомым с метрическими мерами, отчетливо представить себе размер частиц, о которых идет речь.

Термины глина, пыль и песок употребляются здесь по отношению к частицам определенного размера. Te же термины часто используются для определенных формаций грунтов, в состав которых входят не только частицы глины, пыли или песка, но и все эти фракции в тех или иных пропорциях. До сих пор не существует общепризнанного определения, например, процентного содержания глинистых частиц для грунта, который должен классифицироваться как «глина», и т. д.

На рис. 3.4 приведена классификация Бюро общественных дорог Соединенных Штатов, выраженная треугольной диаграммой, для определения процентного содержания глинистых, пылеватых и песчаных частиц в грунтах, называемых глиной, пылеватыми суглинками, суглинками и т. д. Суглинок содержит в своем составе в различных пропорциях песчаные, пылеватые и глинистые частицы. Термин loam (суглинок) почерпнут из почвоведения и был принят инженерами-дорожниками, которые имеют главным образом дело с поверхностными отложениями.

Сейчас существует тенденция исключить термин loam из использования в области фундаментостроения как недостаточно определенный. На рис. 3.5 показана треугольная диаграмма для классификации грунтов, предложенная комиссией по р. Миссисипи, в которой термин loam уже совсем не используется и заменен терминами silty clay (пылеватая глина), silty sand (пылеватый песок), sandy clay (песчаная глина). Это, по-видимому, логично, так как вся классификация основана только на содержании в грунте песчаных, пылеватых и глинистых частиц.

На рис. 3.1 приведены гранулометрические кривые для 10 различных грунтов. Гранулометрические составы тех же 10 грунтов отражены на двух треугольных диаграммах, приведенных на рис. 3.4 и 3.5.

Способ использования этих диаграмм показан в верхнем правом углу рис. 3.5. Содержание песчаных, пылеватых и глинистых частиц в грунте выражается в процентах от общего его веса в сухом состоянии и откладывается на соответствующих сторонах диаграммы. Затем прочерчиваются три линии так, как это показано на рис. 3.5. Они всегда пересекаются в одной точке. Диаграммы такого рода используются применительно к вопросам, связанным с укреплением сыпучих грунтов.

Классификация грунтов по размеру слагающих их частиц является наиболее простой из всех возможных, но она имеет тот недостаток, что ее связь с основными инженерными свойствами грунтов проявляется только косвенным образом.

Размер частиц грунта — только один из факторов, от которых зависят некоторые физические свойства грунтов, представляющие непосредственный интерес для инженеров, как, например, сцепление или водопроницаемость грунта.

Если частицы, слагающие грунт, малы, то поры в грунте будут также невелики. Вода при движении в таком грунте встретит большее сопротивление, чем в грунте с частицами и порами большего размера.

Грунт, сложенный более мелкими частицами и характеризуемый менее крупными порами, может обладать благодаря большей суммарной площади контактов между многочисленными мелкими частицами более значительным сцеплением. Большие капиллярные силы в более тонких капиллярах могут привести к неполному водонасыщению грунта из-за наличия защемленного в них воздуха.

Тем не менее знание только размера частиц, слагающих грунт, не позволяет провести достаточно точную оценку таких важных свойств грунтов, как водопроницаемость и сцепление. Для этого требуются дополнительные данные, характеризующие по меньшей мере величину взаимного расстояния между частицами, т. е. данные, определяющие плотность грунта.

Вообще говоря, знание размера частиц, слагающих грунт, способствует лишь возможности общей оценки некоторых его свойств, которыми может обладать тот или иной грунт.

При этом условии гранулометрический анализ грунтов выполняется главным образом в тех случаях, когда приходится иметь дело с грунтами, которые намечены к использованию в качестве материала для инженерных сооружений (земляные плотины, дороги и т. д.) и в силу этого потеряют свое естественное сложение и лишь потом будут искусственно уплотнены. В таких случаях выбор грунта, потенциально обладающего требуемыми свойствами, облегчается при наличии характеризующих его данных гранулометрического анализа.

Однако и в этом случае требуются некоторые дополнительные испытания, например для определения пределов консистенции. Они необходимы, так как только один гранулометрический анализ может привести к неправильным представлениям относительно таких важных основных свойств грунта, как его пластичность, которая, по-видимому, зависит отчасти уже от формы частиц.