Гранулометрический (механический) состав песчаных и глинистых грунтов
По своей классификации рыхлые осадочные горные породы подразделяются на части, различные по своему размеру, вещественному составу и форме. Величина составляющих горной породы может варьироваться от нескольких метров до тысячного процента миллиметра.
В качестве гранулометрического состава грунта подразумевается относительная концентрация в нем частиц разного размера. Гранулометрический состав обычно является одним из наиболее важных критериев, от которых зависят физические характеристики грунта. Также он влияет на такие важные параметры грунта, обуславливающие его состояние и свойства, как пластичность, сжимаемость, разбухание, сопротивление сдвигу, усадка, пористость, водопроницаемость, высота капиллярного поднятия, и т.п.
Перемена в гранулометрических показателях грунтов приводит к соответственному изменению их свойств. К примеру, при уменьшении габаритов частиц у грунтов снижается показатель их водопроницаемости: если у галечников имеется более сильная водопроницаемость, то у песков она значительно слабее, а у глин данный показатель практически отсутствует.
Чтобы определить гранулометрический состав породы, проводится гранулометрический, иначе говоря – механический, анализ. Он состоит в разделении грунта по группам со сходными по своей величине частицами, которые называются фракциями. Размер частиц при этом зависит от их диаметра и измеряется в миллиметрах.
Выяснение гранулометрических характеристик требуется для решения целого спектра проблем, в числе которых можно привести:
1. категоризация грунтов по гранулометрическим показателям;
2. приближенный эмпирический расчет водопроницаемости рыхлых несвязных грунтов;
3. оценка целесообразности использования грунтов для насыпей для дорог, земляных плотин, дамб;
4. поиск оптимальных точек установки фильтров для буровых скважин;
5. анализ вероятности суффозии в теле и основании фильтрующих плотин, стенках выемок и котлованов;
6. оценка возможности использования рыхлых несвязных грунтов в качестве строительного материала, в том числе в роли бетонного заполнителя.
Сегодня было создано множество методов гранулометрического исследования грунтов. Их можно разбить на несколько категорий:
1. Глазомерный метод (также известный как визуальный), состоящий в сравнении изучаемого грунта с уже известными эталонами посредством зрительного наблюдения или через лупу.
2. Полевые методы Рутковского и Филатова. Метод Филатова состоит в оценке гранулометрического строения грунта по размеру набухания и механическому показателю.
3. Ситовой метод, при котором грунт рассеивается на ситах.
4. Гидравлические методы, основанные на разнице в скорости падения в воду частиц разного размера. Среди методов данной категории можно отметить:
а) способ отмачивания в стоячей воде – Сабанина, Вильямса, Аттерберга
б) способ разделения воды посредством тока, к примеру, способ Шене
5. Непрерывные методы анализа, к числу которых относятся:
а) способы последовательного взятия проб из предварительно заготовленных суспензий, примером чего может служить пипеточный анализ;
б) способ взвешивания осадков напрямую, осуществляемый при отстаивании суспензии, как, например, метод Свен-Одена;
в) способы, базирующиеся на изменении гидростатического давления или плотности суспензии, среди них можно отметить далее описываемый ареометрический анализ Вигнера.
6. Центрифугирование. Данный метод гранулометрического анализа учитывает различие в скорости осаждения частичек различного размера со стороны центробежной силы, получающейся при кручении центрифуги.
В отечественной практике наиболее распространенными вариантами являются ситовой анализ, пипеточный метод, способ двойного отмачивания и ареометрический анализ.