Водопрочность грунтов.

Под водопрочностью понимают способность грунтов сохранять целостность, механическую прочность и устойчивость при взаимодействии с водой.

Различают: I. Статическое и II. Динамическое взаимодействие.

I. При статическом происходит размокание и размягчение.

II. При динамическом к размягчению добавляется размыв.

Iа. Размокание – способность грунта в неподвижной воде терять структурные связи, превращаться в рыхлую массу с полной или частичной потерей прочности.

Размокают рыхлые связные и несвязные грунты, твердые осадочные породы с глинистым или растворимым цементом могут и размокать и размягчаться.

Характеристики (показатели).

1. Время полного размокания – время в течении которого образец полностью распадается на структурные элементы малого размера.

2. Интенсивность размокания – скорость потери массы погруженного в воду образца в % или по весу.

3. Характер размокания.

На величины этих показателей влияют:

Гранулометрический состав.

Супеси, легкие суглинки размокают очень быстро. С увеличением содержание глинистых частиц размокание уменьшается.

Минеральный состав. (особенно для глинистых пород)

Каждый тип глин имеет свою «критическую влажность» (Приклонский В.А.). Если W > Wкрит., глины размокают. При W < Wкрит. – практически не размокают.

У монтмориллонитовой глины Wкрит.≈ 50%, у каолиновой ≈ 25%.

Состав обменных катионов, концентрация определяют в значительной мере характер и интенсивность размокания. В зависимости от содержания ++, +, +++ образуются тонкие частички или чешуйки, образцы набухают или рассыпаются.

Структура.

Образцы с нарушенной структурой размокают гораздо быстрее, чем с ненарушенной.

Состав раствора.

Чем более концентрированный раствор, тем хуже размокание.

Внешние условия, состояние.

Большое значение имеет влажность(W) образца. Чем суше грунты, тем быстрее они размокают. Следует иметь ввиду также внешнее давление Р. Чем Р больше, тем быстрее размокают.

Iб. Скальные и полускальные породы при взаимодействии с водой часто не размокают, но размягчаются. Под размягчаемостью понимают свойство скальных пород уменьшать свою прочность при взаимодействии с водой. Причиной размягчения, по аналогии с размоканием грунтов, является ослабление связей между частицами пород вследствие проникновения в промежутки между ними молекул воды. Наличие связей ионного и ковалентного типа не позволяют скальным грунтам размокнуть, но в тех трещинах и порах, куда вода попадает, существующие связи ослабевают.

Размягчаемость характеризуется коэффициентом размягчаемости – Крз, представляющим собой отношение временного сопротивления грунта одноосному сжатию в водонасыщенном и в сухом состоянии. По СНиП II-15-74 скальные грунты подразделяются на размягчаемые (Кsaf < 0.75) и неразмягчаемые (Кsaf ≥ 0.75). Размягчаемость зависит от минерального состава, типа структурных связей, пористости и др. факторов.

Большая часть невыветрелых магматических, метаморфических пород слабо размягчается в воде (Крз=0.95-1.00). Осадочные породы значительно больше. Особенно сильно породы, содержащие глинистые частицы: мергель, мергелистые известняки, глинистые песчаники, глинистые сланцы и др., карбонатные (известняки, мел и др.) и кремнистые породы (опоки, диатомиты), а также грунты с легкорастворимым цементом: Крз для глинистых песчаников = 0.45, у известняков Крз=0.15-0.5. Сильноразмягчаемые породы, естественно и быстро выветриваются, обладают слабой морозоустойчивостью.

II. Размываемость – способность отдавать частички общей массы IIа. движущейся воде IIб. ударяющей воде.

IIa. Характеристиками являются:

1. размывающая (или критическая) Vp водного потока – это средняя Vпотока, при которой начинается отрыв частиц и волочение их по дну, м/сек.

2.интенсивность размыва: отношение средней толщины размытого слоя грунта при данной скорости потока к длительности размыва, мм/мин.

Размыв твердых скальных пород обусловлен, в основном их выветрелостью, растворением.

Глинистые грунты размываются гораздо активнее. На Vр и интенсивность размыва влияет весь комплекс факторов, который влияет и на размокание. Как правило, между этими характеристиками имеется связь.

Но есть и дополнительные факторы. Нужно отметить, что влияет анизотропия свойств. По напластованию размыв происходит гораздо быстрее, чем перпендикулярно.

Очень существенную роль играет начальная W. Чем она больше (но не больше Wкрит.), тем легче размывается грунт.

Т.к. характеристики размываемости широко используются для оценки скорости движения воды и режима эксплуатации каналов, то взаимосвязь Vр с различными факторами тщательно изучалась. Имеются уравнения связи (Ц. Е. Мирцхулава).

IIб. Сопротивление ударному действию волн характеризуется сопротивлением волновому размыву. Ис пользуется для оценки устойчивости переработки берегов водохранилищ, естественных водоемов.

Зависит практически от того же комплекса факторов.

Оценивается как правило экспериментально: размыв волновой в лотках мотопомпа М-600.

1.