Введение

Геотехнические характеристики почвы, связанные с ее влагосодержанием.
Пределы Аттерберга являются базовой мерой критических значений влагосодержания в мелкозернистой почве: предел усадки, предел пластичности и предел текучести. В зависимости от влагосодержания, почва может находиться в одном из четырех состояний: твердое, полутвердое, пластичное и жидкое. В каждом состоянии консистенция и поведение почвы различны, а следовательно, и ее инженерные свойства. Таким образом, границу между каждым состоянием можно определить на основе изменения поведения почвы. Пределы Аттерберга используются для разграничения ила и глины, а также для разграничения различных типов илов и глин. Влагосодержание, при котором почва переходит из одного состояния в другое, известно как пределы консистенции, или пределы Аттерберга. Эти пределы были установлены Альбертом Аттербергом, шведским химиком и агрономом, в 1911 году. Позже они были усовершенствованы Артуром Касагранде, американским геотехническим инженером австрийского происхождения и близким соратником Карла Терзаги (оба – пионеры в области механики грунтов). Различия в свойствах почв используются при оценке грунтов, на которых планируется строительство сооружений. Влажная почва удерживает воду, а некоторые увеличиваются в объеме (например, смектитовая глина). Степень увеличения объема связана со способностью почвы поглощать воду и ее структурным составом (типом присутствующих минералов: глина, ил или песок). Эти испытания в основном применяются к глинистым и илистым почвам, поскольку именно они расширяются и сжимаются при изменении влагосодержания. Глины и илы взаимодействуют с водой, изменяя свои размеры и прочность на сдвиг. Таким образом, эти испытания широко используются на предварительных этапах проектирования любых сооружений, чтобы обеспечить достаточную прочность на сдвиг грунта и минимизировать изменения объема при расширении и сжатии в зависимости от влагосодержания.

Пределы сокращения

Предел усадки (ПУ) – это влажность, при которой дальнейшая потеря влаги не вызывает дополнительного уменьшения объема. Метод определения предела усадки описан в стандарте ASTM International D4943. Предел усадки используется значительно реже, чем пределы текучести и пластичности.

Предельный объем пластмассы

Предел пластичности (PL) определяется путем раскатывания нити из мелкой фракции грунта на плоской, непористой поверхности. Процедура описана в стандарте ASTM D 4318. Если содержание влаги в грунте обеспечивает его пластичность, эта нить сохраняет свою форму при очень малом диаметре. Образец можно повторно формовать и проводить испытание снова. По мере снижения влажности из-за испарения, нить начнет разрушаться при большем диаметре. Предел пластичности определяется как гравиметрическое содержание влаги, при котором нить разрушается при диаметре 3,2 мм (примерно 1/8 дюйма). Грунт считается непластичным, если невозможно раскатать нить до диаметра 3,2 мм при каком-либо содержании влаги.

Лимит ликвидности

Лимит жидкости (LL) концептуально определяется как содержание воды, при котором поведение глинистой почвы изменяется от пластичного состояния к жидкому состоянию. Однако переход от пластичного к жидкому состоянию происходит постепенно в определенном диапазоне содержаний воды, и прочность на сдвиг почвы фактически не равна нулю при пределе жидкости. Точное определение предела жидкости основано на стандартных процедурах испытаний, описанных ниже.

Метод Касагранде

Первоначальный тест Атерберга на определение предела текучести заключался в смешивании образца глины в фарфоровой чаше с круглым дном диаметром 10–12 см. В образце глины делали прорезь шпателем, а затем чашу многократно ударяли о ладонь. Касагранде впоследствии стандартизировал устройство (включив кулачковый механизм с кривошипом для стандартизации удара) и процедуры, чтобы повысить повторяемость измерений. Почву помещают в металлическую чашу (чашу Касагранде) устройства, а по центру делают прорезь стандартным инструментом определенной ширины. Чашу многократно опускают на 10 мм на твердую резиновую основу со скоростью 120 ударов в минуту, в течение которых прорезь постепенно закрывается под воздействием ударов. Регистрируется количество ударов, необходимое для закрытия прорези. Содержание влаги, при котором требуется 25 ударов для закрытия прорези на определенном расстоянии, определяется как предел текучести. Обычно тест проводят при нескольких значениях влажности, а значение влажности, требующее 25 ударов для закрытия прорези, интерполируется по результатам теста. Тест на определение предела текучести регламентируется стандартным методом испытаний ASTM D 4318. Метод испытаний также допускает проведение теста при одном значении влажности, когда для закрытия прорези требуется от 20 до 30 ударов; затем применяется поправочный коэффициент для определения предела текучести по содержанию влаги.

Выведенные пределы

Значения этих пределов используются в различных областях. Существует также тесная взаимосвязь между пределами и свойствами грунта, такими как сжимаемость, водопроницаемость и прочность. Это считается весьма полезным, поскольку определение пределов относительно просто, а определение этих других свойств – более сложная задача. Таким образом, пределы Аттерберга используются не только для идентификации классификации грунта, но и позволяют применять эмпирические зависимости для определения некоторых других инженерно-геологических характеристик.

Индекс ликвидности

Индекс ликвидности (LI) используется для приведения естественного содержания влаги в образце почвы к пределам пластичности и текучести. Он может быть рассчитан как отношение разности между естественным содержанием влаги, пределом пластичности и пределом текучести: LI=(W-PL)/(LL-PL), где W – естественное содержание влаги.

Индекс согласованности

Индекс консистенции (Ic) характеризует консистенцию (плотность) грунта. Он рассчитывается по формуле CI = (LL - W) / (LL - PL), где W – текущее содержание влаги. Грунт на границе текучести имеет индекс консистенции 0, а на границе пластичности – 1. Если W > LL, то Ic отрицателен, что означает, что грунт находится в жидком состоянии. Более того, сумма индекса текучести и индекса консистенции равна 1 (одному).