ZJAWISKO KURZAWKOWE

1. Wprowadzenie

Upłynnianie się nasyconego wodą gruntu (zachowanie się gruntu w określonej prze­strzeni jak ciecz) nazywa się zjawiskiem kurzawkowym. Upłynnienie gruntu zachodzi zwy­kle pod wpływem jakiegoś działania dynamicznego na masyw gruntovvy. Najczęściej ob­serwuje się je na skutek oddziaływania przepływającej wody. Upłynniony grunt nazywamy kurzawką. Zjawisko kurzawkowe może się przejawiać np. stałym napływem nawodnionych gruntów do wyrobiska, co utrudnia, a często uniemożliwia prowadzenie robót.

Kurzawkowość nie jest, właściwością jakiegoś jednego, określonego typu gruntu. W stan płynny mogą przechodzić rumosze, żwiry, piaski, lessy oraz grunty spoiste. W praktyce najczęściej spotyka się upłynnienie piasków, szczególnie piasków z pewną zawartością czą­stek koloidalnych.

Analiza właściwości gruntów pod kątem możliwości przechodzenia w stan płynny wskazuje na konieczność podziału kurzawek na różne typy, które wymagają różnych metod badania i zastosowania różnych środków przeciwdziałania. KlasyfIkację kurzawek po raz pierwszy przedstawił A. F. Liebiediew (1935), który podzielił je na kurzawki rzeczywiste, czyli aktywne oraz pseudokurzawki, czyli kurzawki pasywne. ,

Liczne prace badawcze nad przejawami kurzawkowości gruntów o różnym składzie (od piasków do iłów) wskazały na możliwość rozwinięcia klasyfIkacji Liebiediewa. Ł. K. Tankajewa (1968) wydzieliła następujące typy gruntów zdolnych do tworzenia kurzawek:

1) grunty p'ozbawione wiązań strukturalnych

2) grunty z wiązaniami strukturalnymi typu kondensacyjno - koagulacyjnego.

Kurzawkami pierwszego typu są grunty pozbawione wiązań strukturalnych między cząstkami. Stanowią je piaski, których wytrzymałość uwarunkowana jest wysokim tarciem wewnętrznym. Przejście ich w stan płynny związane jest z silnym obniżeniem lub utratą tarcia wewnętrznego przez zawieszenie cząstek w wodzie. Ruch rozrzedzonego gruntu jest wywołany ciśnieniem hydrodynamicznym, zależnym od działania strumienia fIltracyjnego lub powstającego w porach przy zmianach struktury piasku nasyconego wodą, połączonych ze zmianami porowatości.

Bardziej złożonym i szeroko rozprzestrzenionym typem gruntów kurzawkowych są kurzawki drugiego typu, stanowiące grunty o wiązaniach kondensacyjno - koagulacyjnych.

Sztywne wiązania kondensacyjne, powstające przy wysychaniu cząstek koloidalnych, ule­gają silnemu osłabieniu i przechodzą wiązania innego typu -koagulacyjne, charakteryzują­ce się zależnością wytrzymałości od wilgotności, przejawiają zdolność do przemian tikso­tropowych, co warunkuje ich kurzawkowość.

Kurzawki drugiego typu stanowią utwory o różnym składzie granulometrycznym z koloidalnymi wiązaniami strukturalnymi. W zależności od składu i specyfIki przejawiania się właściwości kurzawkowych wyróżnia się:

1) kurzawki piasczysto-koloidalne,

2) kurzawki pylasto-koloidalne,

3) iły kurzawkowe.

Kurzawki piaszczysto-koloidalne charakteryzują się stosunkowo dużą średnicą ziaren i słabym powiązaniem elementów grubodyspersyjnych z częścią koloidalną.

Do kurzawek pylasto-koloidalnych należą nasycone wodą utwory lessowe, charakteryzujące się dużą trwałością wiązań między cząstkami pylastymi i ilastymi.

Trzecią grupę kurzawek drugiego typu stanowią iły kurzawkowe. Znaczną rolę w kształtowaniu wytrzymałości tych iłów odgrywa spójność.

W charakterze wskaźników klasyfikacyjnych pozwalających na zaliczenie badanych gruntów do różnych typów potencjalnych kurzawek, wykorzystuje się kąt naturalnego stoku oraz objętość sedymentacyjną. W charakterze wskaźników określających warunki, w któ­rych może zaznaczyć się kurzawkowatość gruntów pierwszego typu wykorzystuje się gra­dient hydrauliczny. wody gruntowej i wartość porowatości krytycznej.

Masyw piasków może przejść w stan kurzawkowy pod działaniem przepływającej wody gruntowej, jeśli jego gradient hydrauliczny osiąga wartość krytyczną, określoną na podstawie wzoru:

I_kr - gradient hydrauliczny (spadek hydrauliczny) dla zjawiska kurzawkowego, przy przepływie wody z dołu do góry,

ρ_s - gęstość gruntu

ρ_w - gęstość wody,

n - współczynnik porowatości.

Zdolność do utrzymywania wody w kurzawkach koloidalnych jest bardzo duża - do 240% przy równocześnie małej wodoprzepuszczalności. Z powodu wypełnienia porów mię­dzy ziarnami piasku masy koloidalne przy wilgotności naturalnej kurzawki są słabo prze­puszczalne (współczynnik filtracji rzędu 10^-4 ÷10^-5 cm/s).

Duża zdolność do zatrzymywania wody i mała wodoprzepuszczalność kurzawek piaszczy­sto-kolidalnych powoduje, że niemożliwe jest ich osuszenie zwykłą metodą - obniżania po­ziomu wody.

2. Opis badania

Zjawisko kurzawkowe badane było w aparacie, którego schemat przedstawiono na rysunku poniżej.

Na siatce filtracyjnej umieszczona była próbka piasku kwarcowego o polu podstawy F i wysokości l i wymuszany był przepływ wody z dołu do góry. Badanie polegało na po­miarze różnicy poziomów wody ΔH_kr przy którym nastąpiło upłynnienie gruntu tzn. górna powierzchnia próbki piasku zaczęła podnosić się do góry.

Na podstawie uzyskanej wartość ΔH_kr należało obliczyć I_krr i porównać jego wartość z wartością wyprowadzoną na drodze rozważań teoretycznych w następujący sposób:

3. Wyniki badań

1. Badanie przeprowadzono na próbce piasku kwarcowego o wymiarach _ = 62 m 1= 500 mm. Masa próbki wynosiła m = 2450 g.

W wyniku przeprowadzonego doświadczenia uzyskano:

ΔH_kr = 55 cm

2. Obliczenie teoretycznej wartości krytycznego spadku hydraulicznego dla zjawi: rzawkowego dla przepływu wody z dołu do góry:

ρ_s = 2,65 g/cm³

ρ_w = 1,00 g/cm³

g = 9,81 m/s²

F = 30,19 cm²

l = 50 cm

m = 2450g = 0,024 kN

4. Wnioski

Na podstawie przeprowadzonego doświadczenia uzyskano I_kr = 1,1 co jest wartością bardzo zbliżoną do wartości teoretycznej

I_kr = 1,01.

---