Зерновой состав для фракций, больших 0,1 мм (или >> 0,25 мм), определяют просеиванием пробы грунта через комплект сит. Для более мелких фракций (<С 0,10) применяют методы, основанные на определении размеров частиц грунта по скорости их выпадения из суспензии (метод седиментации), используя зависимость Стокса для скорости падения шара в вязкой жидкости. Суспензию из пробы грунта и воды помещают в высокий стеклянный сосуд (цилиндр) и тщательно взмучивают. Чем мельче частицы, тем медленнее они оседают в спокойной жидкости. Скорость падения частиц грунта оценивают по уменьшению плотности суспензии различными способами: ареометрическим, пипеточным и отмучиванием [3, 39]. Следует отметить, что вследствие использования формулы Стокса этими способами определяют не действительные размеры частиц, а диаметр шара, который падал бы в жидкости (воде) с такой же скоростью,, как и сложная по форме частица.

Зная процентное содержание каждой фракции, для удобного графического представления зернового состава грунта строят кривые однородности (рис. 1.1). По оси абсцисс откладывают логарифмы диаметра частиц, а по оси ординат — процент содержания частиц, меньших данного диаметра. Разность ординат двух точек кривойоднородности показывает, чему равно процентное содержание в грунте частиц, диаметры которых находятся в пределах промежутка, соответствующего разности абсцисс этих двух точек (рис. 1.1). Чем более крутыми получаются кривые однородности, тем более однороден грунт. Для характеристики неоднородности крупнообломочного или песчаного грунта введен коэффициент неоднородности (степень неоднородности) где й_в0 — диаметр частиц, меньше которого в данном грунте содер жится (по массе) 60% частиц (иногда этот диаметр называют контролирующим); й_1<}—диаметр частиц, меньше которого в грунте содержится 10% частиц (эффективный диаметр) (рис. 1.1). Чем больше Кбо/ю, тем неоднороднее грунт, при степени неоднородности, близкой к 1, грунт идеально однороден.

Кристаллическая решетка твердых частиц грунта образована химическими элементами — ионами, несущими тот или иной электрический заряд. Внутри кристаллической решетки заряды ионов различных знаков уравновешиваются, тогда как на поверхности твердой частицы иоиы уравновешиваются лишь частично с внутренней стороны по отношению к поверхности. Поэтому в целом такая частица грунта не является нейтральной и ведет себя как заряженное тело.

Это подтверждается простым опытом с пропусканием постоянного тока через глинистую водную суспензию. Глинистые частицы перемещаются в воде от отрицательного к положительному электроду. Это показывает, что глинистые частицы в целом несут отрицательные заряды или что их поверхность заряжена отрицательно.

Благодаря наличию заряда твердые частицы взаимодействуют с окружающей их средой, т. е. с жидкостью и газами. Так как заряды образуются на поверхности частиц, то их взаимодействие тем больше, чем больше поверхность частиц грунта. Для характеристики поверхностной активности грунта применяют понятие удельная поверхность грунта — отношение суммарной площади поверхности всех частиц к занимаемому ими объему (1/см).

С уменьшением размеров частиц удельная поверхность грунта существенно увеличивается. Так, поверхность кубических элементов, заполняющих объем, равный 1 см³, при размере ребер каждого элементарного кубика 1 мм будет 60 см², при размере Ь10'^а мм достигает 6 м², а при размере 10~^б мм (коллоидные частицы) — 600 м². Частицы глинистых минералов, например, монтмориллонита в 1 г имеют общую поверхность около 800 м². В результате все поверхностные явления в грунтах, состоящих из глинистых частиц (< 0,005 мм), имеют во много раз большее значение, чем в грунтах, содержащих только песчаные и даже пылеватые частицы (0,05... ... 0,005 мм). Как следствие, свойства таких грунтов резко различаются. Больше того, небольшая добавка к мелким песчаным частицам всего 1...3% глинистых частиц может изменить суммарную поверхность всех частиц грунта в сотни и тысячи раз и вызвать резкие качественные изменения. Поэтому за основу классификации видов грунтов по их гранулометрическому составу принимается содержание глинистых частиц (% по массе):

Пески <3 Суглинки . . . 10...30

Супеси .... 3...10 Глины >30

Супеси, суглинки и глины обычно объединяют в категорию глинистых грунтов. Если в глинистых грунтах содержится пылеватых частиц больше, чем песчаных, то к наименованию грунта прибавляется слово «пылеватый». Для песчаных и более крупнозернистых (крупнообломочных) грунтов применяют более детальную классификацию на виды в зависимости от их гранулометрического (зернового) состава (табл. 1.2).