Усадка набухающих грунтов

Усадка набухающих грунтов

Процесс набухания грунта обратим: при выслушивании набухшего (или природной влажности) грунта происходит его усадка. Величина усадки зависит от многих факторов. Грунты, содержащие минералы с разбухающей решеткой, имеют большую величину усадки, чем грунты с минералами, имеющими решетку с жесткими связями. Не меньшее влияние на усадку оказывает дисперсность грунта.

Объемная усадка зависит от содержания коллоидных частиц: с увеличением последних происходит ее резкое возрастание. Так, при содержании частиц размером менее 0,0005 мм, равном 20%, объемная усадка составляет 40%, а равном 70% — 80%; при этом связь между этими величинами носит линейный характер. Установлено, что наименьшее значение усадки у одновалентных катионов, наибольшее — у трехвалентных. При этом на величину удельной усадки влияет толщина исследуемого образца.

Для выяснения зависимости объемной усадки от начальной плотности и влажности были проведены лабораторные опыты по образцам хвалынской глины ненарушенной структуры. С этой целью приготовлялись образцы различной плотности и влажности, которые высушивались при температуре до 105оС в течение 8 ч. Усадка зависит от температуры высушивания образцов. Особенно резкое возрастание усадки наблюдается при увеличении температуры от 30 до 60оС. Дальнейшее повышение температуры высушивания в меньшей степени влияет на изменение объемной усадки.

Опыты в приборах ПНГ на образцах хвалынской глины нарушенной структуры показали, что линейная усадка возрастает с увеличением начальной влажности. Величина усадки зависит от степени заполнения пор водой. Так, для образцов с рd= 1,0 г/см3 увеличение степени влажности Sr от 0,39 до 0,80 привело к возрастанию относительной усадки с 3,5 до 4,5%, а при Sr> 0,95 значение относительной усадки равно 7 %. При возрастании плотности образца наблюдается уменьшение усадки.

Наконец, проводились опыты с естественными образцами по следующей методике. Образец нагружался ступенями до заданного давления, после чего замачивался до стабилизации процесса набухания. Затем грунт вновь высушивался в течение 8 ч, но при температуре 105оС и вновь увлажнялся. Каждый последующий цикл высушивания приводил к увеличению относительного набухания. Это объясняется тем, что начальная влажность образца, при которой начиналось замачивание, уменьшалась от цикла к циклу.

Аналогичные результаты были получены Ж.Е. Рогаткиной, .которая проводила опыты в стабилометрах М-2 на образцах нарушенной структуры. Результаты испытаний при цикличном замачивании и выслушивании хвалынской глины с начальной влажностью 25% и плотностью рd = 1,56 г/см3 показали, что переменный режим влажности приводит к увеличению набухания от цикла к циклу.

С другой стороны, опыты, проведенные в компрессионных приборах на образцах нарушенной структуры сарматских глин при различной нагрузке с попеременным высушиванием до воздушно-сухого состояния и последующим увлажнением, показали, что набухание уменьшается от цикла к циклу, при этом наибольшее уменьшение наблюдается при отсутствии внешней нагрузки. После четвертого цикла последующее высушивание практически не влияет на набухание грунта.

Аналогичная закономерность наблюдается и при изменении влажности набухания природных образцов хвалынских глин. При циклическом увлажнении и подсушивании до степени влажности, равной 0,65, процессы набухания и усадки практически обратимы. Подслушивание до степени влажности менее 0,65 приводит к снижению влажности набухания, которое наиболее интенсивно проявляется в первых двух циклах. После четвертого цикла влажность набухания практически не изменяется.

Указанное изменение влажности набухания при Sr< 0,65 объясняется влиянием катиона Са, содержание которого составляет около 80%. Значение Sr = 0,65 соответствует для хвалынских глин влажности 17,5%, что насколько превышает максимальную гигроскопическую влажность. В этом случае толщина гидрагных плспок достаточно велика и эффект «склеивания» частиц этими катионами незначителен. Высушивание грунта до воздушно-сухого состояния вызывает «склеивание» частиц, т. е. увеличение структурной связности.

Поэтому при повторном замачивании набухание грунта будет меньше. При этом надо отметить, что для верхних слоев грунта уменьшение влажности проявляется значительно меньше вследствие повышенной агрегированности грунта и многократно повторяющихся циклов замачивание — высушивание.

С другой стороны, опыты, проведенные в приборе ПНГ на образцах хвалынской глины нарушенной структуры, показали, что при попеременном выслушивании и увлажнении разность между относительным набуханием и относительной усадкой остается постоянной. При этом влажность усадки уменьшается, достигая постоянного значения после четвертого цикла.

Длительность процессов усадки и набухания различна: процесс усадки примерно в 3 — 4 раза длиннее процесса набухания. От цикла к циклу длительность усадки возрастает, а длительность набухания уменьшается, но до определенного предела, после чего длительность этих процессов не изменяется.