Общие положения

Определение набухания грунтов

Лабораторная работа № 8

 

1.1. Набухание – это способность пород увеличивать объём в процессе смачивания их водой. Обратное явление – сжатие породы при смачивании называется усадкой. Эти явления, также как и размокаемость, характеризуют водоустойчивость пород.

1.2. Способностью к набуханию обладают, главным образом, глинистые породы и породы, содержащие глинистый материал. Чем больше в составе породы глинистых частиц, тем сильнее она набухает. Некоторые разности глинистых пород при увлажнении могут увеличивать объём на 25–30 % и создавать давление 0,1–1,1 МПа. Различные глинистые минералы набухают неодинаково. Наибольшей способностью к набуханию обладают минералы группы монтмориллонита.

1.3. Способность к набуханию связана с гидрофильным характером глинистых минералов. Причиной набухания является увеличение толщины водных (гидратных) оболочек физически связанной воды (осмотической) вокруг глинистых частиц (мицелл). Набухание происходит при наличии разности в концентрации солей в поровом растворе и в воде, окружающей породу. Если концентрация внешнего раствора меньше концентрации порового раствора, происходит её набухание. Набухание идёт тем интенсивнее, чем выше разность концентраций солей и максимальна в дистиллированной воде. При обратном соотношении концентраций порового и внешних растворов наблюдается усадка породы.

Факторы набухания пород те же самые, которые определяют и их способность к размокаемости: а) минеральный и гранулометрический состав: б) состав обменных катионов; в) характер внутренних связей частиц породы; г) химический состав и концентрация внешнего водного раствора.

1.4. Для характеристики набухания пород используются следующие показатели: а) величина набухания – определяется по изменению объёма или высоты образца породы и выражается в процентах или долях единицы; б) влажность набухания – влажность породы в процентах, при которой прекращается увеличение объёма породы; в) давление набухания – давление в мегапаскалях (МПа), порождаемое набуханием породы при невозможности её объёмной деформации.

1.5. Набухание и усадка глинистых пород – это явления, которые способствуют возникновению деформаций различных поверхностных и подземных сооружений и созданию, в определенных условиях, аварийных ситуаций.

Набухание пород необходимо учитывать при сооружении котлованов, каналов, плотин, водохранилищ, когда изменяются гидрогеологические условия местности и в породы поступает вода иного состава и иной концентрации солей, чем имеющаяся поровая вода.

Показатели набухания пород используются для расчётов устойчивости бортов карьеров, крепей выработок и отвалов обогатительных фабрик. Набухание пород отрицательно влияет на состояние горных выработок. В сочетании с горным давлением оно вызывает явление пучения пород и приводит к деформации и разрушению крепи выработок, железнодорожных путей и т.д.

 

 

Рис. 2. Прибор для определения набухания грунтов