Плывунные явления в песках

Что такое плывун?

Плывунностью называется способность водонасыщенных дисперсных пород переходить в текучее состояние. Разжиженная порода, образующаяся при этом, называется плывуном.

В плывунное состояние могут переходить пески различного гранулометрического состава, даже крупнозернистые. Наиболее опасен этот процесс для тонкозернистых песков с пылеватыми, илистыми, коллоидными и органическими фракциями, обладающими тиксотропными свойствами.

Песчаные породы, обладающие ярко выраженными тиксотропными свойствами, могут образовать (по А. Ф. Лебедеву) истинный, или активный, плывун. Л. К. Танкаева эту группу пород с конденсационно-коагуляционными структурными связями делит на: а)песчано-коллоидные плывуны; б) пылевато-кол-лоидные плывуны; в) плывунные глины.

Породы лишенные структурных связей, могут под влиянием гидродинами­ческого давления перейти в текучее состояние. Такое движение породы назы­вается, по А. Ф. Лебедеву, псевдоплывуном, или пассивным плывуном.

Переход в плывунное состояние псевдоплывунов объясняется потерей внут­реннего трения и взвешиванием частиц в воде. Характерными показателями псевдоплывунов являются гидравлический градиент, при котором порода переходит в плывун (критический градиент), и критическая пористость. Для псевдо­плывунов критический градиент может быть определен по формуле      

где Iк — критический градиент возникновения плывуна; v — плотность породы; е — коэффициент пористости.

При заполнении порового пространства песков тонкодисперсным минеральным и органическим веществом резко уменьшается водопроницаемость пород и облегчается их переход в текучее состояние.

Тиксотропные структуры полностью обратимы при сохранении влажной среды. Прочность восстановленных структур постоянна, независимо от количе­ства разжижений. Время восстановления тиксотропных структур может коле­баться от 10—15 минут до суток (И. М. Горькова).

Коллоиды плывунов могут содержать: а) живую органику (бактерии); б) мертвую органику (продукты разложения органических веществ); в) неорга­нические коллоиды.

Наиболее подвижны плывуны с живой бактериальной органикой. В. В. Ра-дина доказала, что бактерии могут «заразить» неплывунный песок (волжский аллювии) и превратить его в истинный плывун. При этом наблюдается массовая гибель бактерий, когда в законсервированных истинных плывунах (через 3— о лет после консервации) возникает скачкообразное оседание песка с образованием слоя воды над ним (В. Н. Славянов). Аналогичный процесс возникает при отравлении бактерии. Тиксотропные свойства породы при этом резко снижаются.

При разжижжении связи между частицами породы, по которым передается напряженное состояние, нарушаются и частицы.

скелета. Основными причинами разжижжения песчаных пород являются: 1) вибрация 2) волновые колебания грунтовых вод; 3) гидравлические удары; 4)фильтрационные силы; 5) воздействие динамических нагрузок; 6) изменение статических напряжений, деформирующее породу, и др.

Наиболее часто в разжиженное состояние переходят пески с критической пористостью (А. Казагранде). Определение критической пористости производит­ся на сдвиговых приборах методами М. Н. Гольдштейна, В. В. Радиной, И. Н. Сидорова и др.

И. М. Горькова отмечает, что тиксотропия характерна только для высоко­дисперсных слабоуплотненных осадков со структурами коагуляционного или пластифицированно-коагуляционного типа. Формирование таких структур происходит при сравнительно высокой минерализации жидкой фазы и оптималь­ном соотношении одновалентных и двухвалентных катионов, обеспечивающих мозаичное строение адсорбционных поверхностей глинистых минералов. Тиксотропные свойства могут проявляться в песках и суглинках, если эти породы содержат достаточное количество коллоидов, обладающих высокой структуро­образующей способностью.

Тиксотропное структурообразование зависит от:

а) количества и состава высокодисперсных частиц;

б) от формы и строения частиц (особенно глинистых минералов);

в) состава, состояния и активности органического вещества; г) ми­нерализации поровых растворов; д) состава обменных катионов и ряда других факторов. Например, у монтмориллонитовых глинистых частиц тиксотропные свойства выражены сильнее, чем у каолинитовых.

Особым видом являются зыбучие пески морских побережий. Они периоди­чески разжижаются под воздействием волновых колебаний воды при определен­ной высоте прилива. Критические градиенты возникновения плывуна опреде­ляются в приборе КГС-2.

При испытании заполнение породы водой должно производиться со скоро­стью, не превышающей скорости капиллярного поднятия воды в данной породе. Сопоставление критических градиентов возникновения плывуна с реально возможными градиентами, возникающими при строительстве, позволяет оценить опасность возникновения плывуна под влиянием гидродинамических сил.

Часто плывунность песков является причиной просадки фундаментов.

Еще один вредный для грунтов под фундаментами процесс - суффозия.