Для того чтобы иметь правильное суждение о влиянии геологических и гидрогеологических условий на данной площадке в процессе опускания колодцев или кессонов, необходимо знать механические и физические свойства грунтов. Каждый грунт состоит из минеральных частиц, составляющих скелет грунта, заполненный в той или иной степени водой и воздухом.
Принята следующая классификация минеральных частиц по крупности: галька (окатанные частицы) и щебень (угловатые частицы) — крупнее 20 мм; гравий (окатанные частицы) и дресва (угловатые частицы) — 20-2 мм; песчаные частицы — 2-0,05 мм; пылеватые частицы — 0,05-0,005 мм; глинистые частицы — менее 0,005 мм.
Грунты, состоящие из песчаных и более крупных частиц хорошо пропускают воду. Количество воды, поглощаемое этими грунтами, не превышает объема их пор. Несущая способность таких грунтов, т. е. их механические свойства, мало меняются при насыщении водой.
Грунты, состоящие из пылеватых частиц или содержащие значительное количество этих частиц, при насыщении водой приобретают свойства плывучести. Несущая способность таких грунтов незначительна.
Глинистые частицы имеют чешуйчатую форму. Грунты, состоящие из таких частиц глины или содержащие большое их количество (суглинки), мало водопроницаемы, при насыщении водой они набухают, поглощая воду больше объема их пор. Под действием внешней нагрузки происходит их уплотнение (сжатие грунта) за счет вытеснения воды и уменьшения объема пор, перемещения и сдвига минеральных частиц.
Глинистым грунтам присуща разная степень пластичности, т. е. такое свойство, при котором грунт способен под действием внешней нагрузки изменять свою форму (уплотняться) и сохранять измененную форму после прекращения действия нагрузки. Пластичность глинистых грунтов зависит от степени их влажности.
Чем выше влажность, тем пластичнее глинистый грунт, тем меньше его несущая способность. Каждый такой грунт имеет свои характерные границы влажности. При увеличении влажности до определенного процента грунт переходит в текучее состояние (граница текучести). Процент влажности, ниже которого грунт переходит в полутвердое состояние, соответствует границе раскатывания. При этой влажности грунт, раскатанный в жгут толщиной 3 мм, начинает крошиться.
Разницу весовых влажностей (в процентах), соответствующих границам текучести и раскатывания, называют числом пластичности. Так, если весовая влажность на границе текучести равна 40%, а на границе раскатывания 18%, то число пластичности составляет 22. Величина пластичности зависит от содержания в грунте песчаных и глинистых частиц:
при числе пластичности менее 1 — грунты песчаные;
при числе пластичности более 1, но менее 7 — супеси;
при числе пластичности более 7, но менее 17 — суглинки;
при числе пластичности более 17 — глины.
Выше мы говорили о таком явлении, как просадка и осадка грунта основания под действием внешней нагрузки. В первой стадии действия нагрузки происходит уплотнение грунта за счет сближения между собой минеральных частиц и уменьшения количества пустот (пор). Значит, чем больше пустот в грунте, тем выше его пористость, тем больше возможная осадка от сооружения.