Фильтрационные деформации грунта
Фильтрационными деформациями грунта называют такие деформации твердой фазы грунта, которые вызываются главным образом силами гидравлического воздействия (см. § 2.2). Различают следующие виды фильтрационных деформаций:
1) суффозию грунта, когда фильтрационный поток сдвигает с места отдельные частицы грунта (свободные или входящие в состав собственно скелета грунта). Такой сдвиг частиц грунта (обычно наиболее мелких) происходит под действием элементарных сил (см. § 2.2), причем последующее перемещение этих частиц носит здесь, так сказать, самостоятельный характер — частицы движутся независимо одна от другой;2) кольматаж грунта, когда отдельные более мелкие частицы грунта, движущиеся в порах, образованных более крупными частицами, останавливаются и отлагаются в какойлибо области грун твого массива. Остановка мелких частиц грунта, движущихся под действием сил f, может быть обусловлена различными причинами: данная движущаяся частица на своем пути встретила относительно небольшую пору (геометрически непроходимую) или сила в некотором месте оказалась недостаточной, чтобы преодолеть вес частицы или препятствующие движению силы трения. Ясно, что в той области грунта, где происходит суффозия, коэффициент фильтрации грунта со временем должен увеличиваться; в той же области, где происходит кольматаж, коэффициент фильтрации должен уменьшаться во времени;
3) движение отдельных свободных частиц грунта внутри пор от места, где происходит суффозия, до места кольматажа или до выходной поверхности грунтового массива, через которую движущиеся свободные частицы могут выноситься наружу; здесь, как видно, получают взвесенесущий фильтрационный поток;
4) местный фильтрационный выпор, когда под действием суммарной силы F возникает совместное движение частиц, образующих некоторый объем грунта.
Если местный фильтрационный выпор может рассматриваться как макродеформация, то суффозия должна рассматриваться как микродеформация некоторого объема грунта. При расчете суффозии не представляется возможным пользоваться значениями, найденными непосредственно на основании теории фильтрации; фильтрационный же выпор можно рассчитать, оперируя значениями, полученными в результате фильтрационных расчетов.
Различают частный случай местного фильтрационного выпора, когда, например, связный глинистый грунт примыкает непосредственно к какомулибо крупнопористому грунту, причем под действием фильтрационных сил на границе глинистого грунта происходит «выламывание» его кусков, состоящих из множества частиц, и продавливание этих кусков в поры крупнозернистого грунта. Такой частный случай фильтрационного выпора может быть назван контактным фильтрационным выпором.
В случае однородного грунта из частиц одинаковой крупности суффозия невозможна; в этом случае может быть только местный фильтрационный выпор. Суффозия может наблюдаться только в разнозернистых грунтах.
Необходимо различать безопасные фильтрационные деформации, которые с течением времени прекращаются и не грозят целостности сооружения, и опасные фильтрационные деформации, в результате которых сооружение может разрушиться. Безопасные фильтрационные деформации в большей или меньшей мере всегда наблюдаются в земляных плотинах в начальный период их эксплуатации.
Следует также различать: внутреннюю суффозию, когда отдельные более мелкие частицы грунта начинают перемещаться под действием элементарных сил в толще грунтового массива внутри по рового пространства грунта, и внешнюю суффозию, когда фильтрационный поток выносит отдельные частицы грунта, лежащие непосредственно на поверхности грунтового массива (со стороны нижнего бьефа); опасная внешняя суффозия (в отличие от внутренней) всегда может быть полностью предотвращена путем устройства так называемого обратного фильтра питься отдельные частицы грунта, причем в результате таких фильтрационных деформаций могут образоваться или недопусти мыс ходы сосредоточенной фильтрации, или недопустимая осадка грунта.