Файл: Булычев, В. Г. Механика дисперсных грунтов.pdf

5 . Тиксотропия

Как известно, механические свойства дисперсных

грунтов

определяются такими параметрами, как размер частиц,

по—

ристость, влажность и др. Но особое влияние на

прочность

грунта оказывает его структура. Практика показывает,

что

если испытать дисперсный грунт с нарушенной и

ненарушенной

структурой в компрессионном приборе, то полученные при

этом

результаты будут значительно отличаться (рис.

1 1 9 ) . Различ­

больше не восстанавливается, наблюдается и другое

явление,

противоположное рассмотренному, так называемое

явление

тиксотропии. Если в дисперсной системе содержится

некото­

рое количество коллоидов, т.

е. частиц размером

примерно

0,1 мк,

то такая система при нарушении структуры перехо­

дит в текучее состояние. Но

если эту систему оставить на

некоторое

время в покое, то

она вновь восстановит

свою

ние повторяется после каждого нового нарушения

структуры.

Системы, обладающие такими свойствами, принято

называть

т и к с о т р о п н ы м и ,

а самое явление т

и

к с о —

т р о л и е й.

Это явление хорошо известно строителям. Так,

при

забив­

ке в тиксотропный грунт свая

вначале совершенно

теряет

он, переходя в текучее состояние, выливается из

грунтоно­

са. Но через некоторое время образец вновь

восстановит

свою структуру и уже не выльется из грунтоноса.

На рис. 120

показан путь движения одной частицы а диа­

метром 1 мк

под действием ударов молекул

окружающей

шенном состоянии. Не могут принять участие в

движении и

те частицы, которые связаны между собой не

коллоидными

цепочками, а молекулярными оболочками.

Во всех случаях, когда частицы дисперсных систем

имеют

структурное сцепление с помощью коллоидных связей,

нару­

т. п.) приводит к отрыву

коллоидов от частиц и вступлению

их в броуновское движение,

т. е. к ликвидации структурного

ности дисперсной системы. Однако если эту систему

оста­

вить на некоторое время в покое, то постепенно

коллоиды

вновь образуют коллоидные связи частиц системы,

броуновс­

кое движение коллоидов прекратится и структура такой

сис­

темы вновь восстановится.

Понятно, что для дисперсных грунтов, составляемых

раз­

личными фракциями, тиксотропные свойства становятся;

воз­

можными, если в них присутствует хотя бы небольшое

коли­

чество коллоидов. Например, пусть мы имеем

пылеватый

грунт с частицами диаметром 0 ,0 1 мм.

Конечно,

этот грунт

не будет тиксотропным, так как частицы

очень велики,

что­

ном состоянии. Пусть масса

всех таких частиц будет

равна

Q , а масса одной частицы

q . Следовательно,

число

частиц будет равно

.

Если прибавить ко всему

коли­

честву пылеватых частиц хотя бы 1% массы

коллоидных

частиц диаметром 0,1 мк (■ ■ ■ Л ... . . ..

мм \ и

тщательно

I 10 000

>

епочки

коллоид­

ных

Рис.

121

частиц

перемешать их с пылеватыми частицами, тогда

общая

масса

коллоидных частиц будет равна

___ff .

.

Так как

ди—

100

аметр коллоидной частицы в 100 раз

меньше пылеватой, то

масса ее будет равна

,

;

следовательно,

число

коллоидов будет равно

1003

ч

ч

а

10 000,

100

1003

г

что если у грунта, содержащего коллоиды и,

следовательно,

обладающего тиксотропными свойствами, отмыть эти

коллои­

ды, он сразу теряет свойства тиксотропии.

По Герсеванову, существуют следующие условия

тиксот—

ропности дисперсных систем:

1) система должна быть в состоянии грунтовой массы;

2) в системе необходимо наличие коллоидных

фракций

размером не более 0,001 мм;

3) весовая влажность должна быть более весовой

влаж­

ности на пределе пластичности;

4) система не должна иметь в заметном количестве час­

тиц крупнее 0,01 мм.

6. Дисперсный грунт в состоянии грунтовой массы

Под состоянием двухфазной грунтовой массы

Герсеванов

подразумевал систему, у которой во всех порах

имеется

свободная вода, подчиняющаяся всем законам,

свойственным

свободным жидкостям. Имеющаяся в таких системах

молеку­

при определении объема скелета эта вода должна

причис­

ляться к объему скелета, тогда как под понятием

свободной

воды должна иметься в виду вся остальная вода,

находяща­

яся в порах дисперсной системы, т. е. капиллярно

поднятая

и гравитационная. Следует условиться, что под гравитацион­

ной водой в дисперсных системах (по Герсеванову)

следует

считать воду, у которой давление выше атмосферного, а ка­

к грунтовой массе, может быть воспринято водой,

скелетом

или тем и другим одновременно. Распределение

нагрузки

между водой и скелетом и явления, обусловленные

вытесне­

Рассмотрим вначале системы давлений внутри

водонасы—

шейного дисперсного грунта (грунтовой массы), в

которой

ром нет капиллярно поднятой воды, так как вода

находится

выше поверхности грунта (дно любого водоема).

Следует

иметь в виду, что в этом случае подразумевается

грунт,

у

которого все поры соединены между собой, а

следовательно,

жидкость (вода), находящаяся в этих порах,

гидравлически

связана и подчиняется законам гидростатики.

Полученное водой дополнительное давление от внесшей

на­

стоянии, наблюдаются две системы

напряжений —система р

и система w . При этом система

р способна передавать

и тем самым порождать осадки (деформации). В свою

оче­

редь

система w не влияет на изменение объема

скелета

и не

порождает осадки от действия внешней нагрузки.

При

лорах системы, так как оно влияет на величину

действия

системы р . Каждая частица грунта, окруженная со

всех

сторбн водой, по.

закону Архимеда, теряет в своем

весе

столько, сколько

весит вода в ее объеме. Практически удель­

ный вес воды может быть принят равным 1 Г/см3.

Удельный