19. Особенности механических свойств мерзлых горных пород

Механические свойства мерзлых горных пород определяют их поведение под воздействием внешних усилий – нагрузок. Они выражаются и оцениваются с помощью прочностных и деформационных показателей.

Природу этих свойств мерзлых горных пород мы подробно рассматривали в курсе «Общее мерзлотоведение».

Строительство зданий и сооружений в области распространения многолетнемерзлых пород имеет свои особенности . Переход мерзлых пород в талое состояние при строительстве или в процессе эксплуатации сооружений может существенно снизить несущие свойства грунтов и вызвать развитие ряда неблагоприятных физико-геологических явлений.

Деформируемость основания зданий и инженерных сооружений оценивается обычно на основе изучения механических свойств мерзлых грунтов, а именно их прочности и сжимаемости. Прочность и сжимаемость мерзлых грунтов обуславливается свойствами льдоцементных связей между частицами грунта и поэтому зависят от температурного режима мерзлой толщи и силовых воздействий. Основными характеристиками температурного режима пород оснований являются: среднегодовая температура на подошве слоя сезонного промерзания и оттаивания отложений, среднегодовая температура у подошвы слоя ее годовых колебаний, распределение температур в мерзлой толще ниже слоя ее годовых колебаний.

20. Прочность мерзлых горных пород

Прочность. Прочностные свойства дисперсных мерзлых горных пород при воздействии различных нагрузок (сжимающих, растягивающих, сдвигающих и др.) зависят от следующих показателей:

1) гранулометрического и минерального состава и строения пород до их промерзания;

2) температуры, с повышением которой прочность мерзлых пород уменьшается, а их реологические свойства проявляются сильнее;

3) длительности воздействия нагрузки; так, при кратковременной нагрузке прочность пород, в условиях высокой температуры в несколько раз выше, чем при длительной (табл. 3.4);

4) льдистости, с ростом которой до определенного предела прочность увеличивается, а затем уменьшается;

5) вида криогенной текстуры (наибольшей прочностью обладают породы массивной текстуры, наличие шлиров льда снижает длительную прочность породы, но может способствовать в некоторых случаях повышению кратковременной прочности);

6) плотности других общих характеристик свойств и состояния пород (ГОСТ 24586-81).

Основные прочностные характеристики мерзлых пород, это – сцепление С и угол внутреннего трения φ – определяются экспериментально испытанием их на сдвиг или на сжатие – растяжение.

Существенное влияние на сопротивление сдвигу оказывает криогенное строение мерзлых грунтов. При высоких отрицательных температурах мерзлый глинистый грунт обладает большим сопротивлением быстрому сдвигу, сцепления и трения.

Сопротивление мерзлых песчано-глинистых грунтов одноосному сжатию и разрыву в целом подчиняется описанным закономерностям. При увеличении суммарной влажности до величин, превышающих величину полного водонасыщения таких же по составу не мерзлых грунтов, сопротивление одноосному сжатию для всех мерзлых грунтов возрастает, а при полном заполнении пор льдом и распучивании минерального скелета льдом, оно, как правило, уменьшается.

Опыты показывают снижение прочности мерзлых пород, при увеличении длительности действия внешней нагрузки.