Влияние формы и прочности частиц грунта
Установлено, что форма частиц грунта имеет важное значение для объяснения многих явлений. Некоторое время назад было отмечено, что пластичность, а также значительная сжимаемость глинистых грунтов обусловливаются чешуйчатой формой слагающих их частиц. Шведский ученый Аттерберг доказал это, используя в опытах различные минералы, измельченные до частиц коллоидального размера. Только минералы, обладающие совершенной спайностью, т. е. способные раскалываться по параллельным плоскостям на тончайшие пластинки коллоидального размера, дают материал, обладающий пластичностью. Подобные же частицы кварца непластичны.
Под пластичностью обычно понимают способность вещества легко переносить значительную деформацию сдвига без нарушения его монолитности (сплошности).
Это представление приводит к другому ограничивающему определению глинистых грунтов, обладающих пластичностью. В соответствии с этим определением частицы кварцевой пудры диаметром 1 μ должны классифицироваться как пылеватые, а не глинистые. До сих пор не разработано никакой общепризнанной терминологии, касающейся классификации грунтов, хотя в настоящее время и предпринимаются в этом направлении попытки.
На рис. 3.6 приведены результаты испытания на сжатие смеси песка со слюдой в одинаковой по весу пропорции. Из рисунка вытекает, что как объем, так и сжимаемость смеси увеличиваются с процентным содержанием слюды. Возможно, что это явление связано с «арочным эффектом» за счет чешуек слюды, перекрывающих полости между зернами песка, и их изгиба при увеличивающемся давлении. Другие исследования показали, что многие разновидности глинистых грунтов сложены чешуйчатообразными частицами.
На рис. 3.7 показан кристалл глинистого минерала дикита в плане и в профиль, сфотографированный при помощи электронного микроскопа. В этом случае отношение ширины к толщине пластинки, взятых по осям, оказалось равным приблизительно 10:1. Различие в интенсивности изображений на электронных микрофотографиях позволяет сделать вывод, что это осевое отношение для кристаллов минералов, входящих в состав вайомингских бентонитовых глин, имеет для отдельных пластинок величину порядка 250:1. Фотография кристалла этого минерала приводится на рис. 3.8. Иногда высказывается предположение, что ярко выраженная способность вайомингских бентонитов к набуханию объясняется не прониканием воды в кристаллическую структуру этого минерала пачкообразного строения, а просто скоплением воды в полостях между его пластиночками, слагающими сам грунт.
На рис. 3.9 приводится микрофотография кварцевого песка с гоночного трека на побережье Дейтона во Флориде. Этот песок отличается большой однородностью, как и большая часть других прибрежных песков.
В большинстве случаев прочность отдельных частиц грунта имеет в его несущей способности небольшое значение. Песчаные грунты сложены обычно из весьма прочных частиц с округленными гранями. Давление от фундаментов на такой грунт, которое обычно принимают равным допускаемой на него нагрузке, исключает возможность раздавливания или раскалывания зерен песка.
В некоторых исключительных случаях, когда песок представлен частицами, сложенными какими-либо другими минералами, менее прочными, чем кварц, и имеющими острые грани, возможное влияние на них проектируемой нагрузки может быть оценено следующим образом. Прежде всего просеиванием песка точно определяется его зерновой состав и строится гранулометрическая кривая. Затем тот же образец подвергается сжатию под нагрузкой, равной или приблизительно на 50% большей, чем это предусматривается по проекту. После этого испытания образец снова просеивается через сита. Если сравнение гранулометрических кривых, полученных до и после испытания на сжатие, показывает заметное увеличение процентного содержания более мелких частиц и пыли, это говорит о том, что некоторое количество зерен песка было раздавлено и что величина предположенной нагрузки должна быть соответственно уменьшена. Соображения такого порядка определяют предельно допустимую высоту камненабросных плотин.
Наличие в некоторых песках створок раковин вызывает иногда значительную сжимаемость таких отложений под нагрузкой в связи с малой прочностью этих створок. Это обстоятельство ведет к ослаблению несущей способности оснований, представленных такими грунтами. При этом положении возможное наличие раковин в песке должно быть тщательно оценено еще в период исследований грунтов под то или иное сооружение. Обломки створок или двухстворчатые раковины с полостью, заполненной песком, в рассматриваемом отношении не. представляют особой опасности.