Таким образом, на пластичность глинистых пород влияют многие факторы: дисперсность, минеральный состав, примеси, коллоидно­ химические свойства, состав и минерализация водных растворов и другие. Однако главное влияние, определяющее природу пластичности глинистых пород, оказывает минеральный состав тонкодисперсной (глинистой) части и активное взаимодействие ее с водой - гидрофильность.

Для ориентировочного суждения о состоянии глинистой породы в условиях естественного залегания следует определять показатель текуче­ сти J,\

J, = {W -W ,)Un.

Показатель текучести имеет отрицательное значение для пород, ес­ тественная влажность которых меньше предела раскатывания, то есть по­ род в твердом состоянии. При влажности пород в интервале от предела раскатывания до предела текучести У/ изменяется от 0 до 100 %. Если есте­ ственная влажность превышает предел текучести, то У, больше 100 %. Классификация глинистых пород по показателю текучести У/ (%):

2.3.2. Механические свойства грунтов

Механические свойства грунтов подразделяются на деформацион­ ные и прочностные.

2.3.2.1. Деформационные свойства грунтов

При оценке устойчивости проектируемых сооружений всегда встает вопрос о величине их осадки, которая является следствием уплотнения грунтов,, находящихся в основании этих сооружений. Ос бое внимание следует уделять грунтовым основаниям, сложенным слаб ,ми, малоуплот­ ненными грунтами (торфами, илами, глинами и т.д.), которые значительно уплотняются под воздействием сжимающих напряжений от расположен­ ных на них сооружений. Поэтому при инженерно-геологических исследо­ ваниях грунты должны быть опробованы на сжимаемость (компрессион­ ную способность).

Сжимаемость связана с изменением (уменьшением) объема пор в грунте под нагрузкой, то есть величина сжимаемости определяется нали­ чием пустот в грунте и величиной нагрузки, прилагаемой к грунту. Отсю­ да, чем больше пустот в породе и чем больше она нагружена, тем больше сжимаемость грунтов.

Следует отметить, что если нагрузка на грунт будет меньше прочно­ сти структурных связей даже тогда, когда грунт высокопористый, то он будет практически не сжимаем. Например, пемза имеет высокую порис­ тость и жесткие структурные связи, поэтому в диапазоне небольших на­ грузок она является не сжимаемой.

Скорость уплотнения во многом зависит от вида и количества воды, которой заполнены пустоты грунта. Так, в песках, где поры заполнены в основном гравитационной водой, процессы уплотнения протекают доста­ точно быстро, а в глинистых грунтах, где в пустотах содержится в основ­ ном связанная вода, процессы уплотнения могут протекать очень длитель­ ное время.

Сжимаемость грунтов может быть выражена:

1) зависимостью коэффициента пористости (е) от давления р в виде

с=/(Ж 'Герцаги);

2) величиной коэффициента уплотнения, или сжимаемости (Н.М. Герсеванов);

3) величиной относительной деформации (Н.Н. Маслов) [8]. Показатели сжимаемости грунтов определяются в лаборатории при

уплотнении грунтов под нагрузкой и в условиях одномерной задачи, когда деформация грунта происходит только в одном направлении. Такой вид испытания грунта без возможности бокового расширения называется ком­ прессией.

Компрессионная кривая показывает зависимость между коэффици­ ентом пористости и давлением на грунт е =/ (р)- В практическом виде она может быть использована лишь в виде таблиц и графиков.

На рис. 2.4 нанесены две ветви, из которых ветвь I характеризует со­ бой сжимаемость грунта, ветвь 2 - изменение коэффициента пористости породы в сторону его повышения при снятии с грунта части нагрузки. Компрессионные кривые носят характер логарифмической зависимости, поэтому использовать их в практике достаточно сложно.

Н.М. Герсеванов [15] предложил сжимаемость оценить через коэф­ фициент уплотнения а. Данный метод основан на принципе спрямления некоторого участка компрессионной кривой, на котором (спрямленном участке) определяется коэффициент уплотнения по зависимости

а = ------,

Рг~Р\

где р\ ирч —начальная и конечная нагрузки;

£i и е2 - коэффициенты пористости, соответствующие нагрузкам р\ иpi. По величине а судят о сжимаемости грунта: при а меньше 0,1 грунт

является несжимаемым; при а в пределах 0 ,1 -1 грунты можно характери­ зовать как слабо сжимаемые; при значениях а от 1 до 10 грунты будут от­ личатся повышенной сжимаемостью и при а больше 10 грунт сильно сжи­ маемый.

Н.Н. Маслов [8] в качестве показателя, характеризующего сжи­ маемость, предложил использовать относительную деформацию е. На­ помним, что в соответствии с законом Гука

Определение е производится опытным путем посредством расчета величины сжатия Ah образца высотой h при той или иной нагрузке р, т.е.

е = —

Отсюда при заданных значениях е й р достаточно легко определить величину Е:

е

Е отражает условия сжатия грунта и называется модулем общей де­ формации для дисперсных грунтов и модулем упругости для скальных и полускапьных пород.

В практике инженерных расчетов часто в качестве показателя сжи­ маемости применяют непосредственно величину относительной верти­ кальной деформации ег (мм/м):

Величина ер называется модулем осадки и представляет величину сжатия в миллиметрах столба грунта высотой в 1 м при приложении к не­ му дополнительной нагрузки. Классификация грунтов по ер приведена в табл. 2.5.

Величина коэффициента уплотнения грунта (а) связана с величиной модуля общей (линейной) деформации (Е) следующим соотношением:

Е = Р1+ е0 1

аао ’

Уплотнение грунтов во времени при постоянной нагрузке называет­ ся консолидацией. Знание процесса консолидации глинистых грунтов не­ обходимо для правильного прогноза скорости осадок сооружений.

При действии вертикальной нагрузки грунт сжимается и стремится расшириться в стороны; при этом возникает давление, которое называют боковым распором. Величина бокового давления в условиях, когда исклю­ чено боковое перемещение частиц грунта, составляет определенную часть от вертикального давления:

Л о р = %рверт»

где ^ - коэффициент бокового давления в состоянии покоя. Величина £ за­ висит от состава и строения грунтов. Коэффициент бокового давления не­ обходим для расчета различного рода подпорных сооружений, ограждений крепления откосов и т.п.