Набухаемость

Набухание – увеличение объема грунта в процессе смачивания, результат гидратации грунта. Процесс связан с образованием в грунте слабосвязной или рыхлосвязной воды. Оболочки связной воды, образующиеся вокруг коллоидных или глинистых частиц снижают силы сцепления между ними, раздвигают и тем самым вызывают увеличение объема грунта. В процессе набухания происходит уменьшение связности вплоть до полного разрушения или размокания.

Набухание носит осмотический характер. Причиной является разнице в концентрации солей порового раствора и в воде, окружающей грунт. Если концентрация внешнего раствора меньше концентрации порового, то происходит набухание. Чем больше разница, тем больше величина набухания. Если концентрация внешнего раствора больше концентрации порового, то происходит сжатие – уменьшение объема. При увеличении объема грунта в процессе набухания развивается давление набухания, которое может быть измерено с помощью внешней нагрузки, при которой увеличение объема уже не наблюдается.

Способность грунта к набуханию характеризуется:

1. Деформация набухания Rн – линейное или объемное приращение в %.

2. Влажностью, при которой прекращается набухание.

3. Давление набухания Rн, которое развивается при невозможности объемных деформаций в процессе набухания.

Исследования показали, что объем грунта и воды всегда меньше суммарного объема грунт+вода (контракция объема).

Vгр+Vв<Vгр+в

При набухании свободная вода переходит в связное состояние, а т.к. ρ связной воды больше, то объем образовавшейся воды будет меньше. Для чернозема 1,5 см^№/100 г сухой породы. Факторы, определяющие набухание – состав и строение грунта, химический состав и концентрация водного раствора и внешнее давление.

Усадочность

Уменьшение объема грунта в результате высыхания; увеличивается плотность и прочность грунта, проявляются молекулярные ионные электростатические связи, происходит изменение характера структурных связей. Т.к. плотность увеличивается, должна увеличиваться прочность, то при уменьшении объема возникают трещины. При высыхании в глинах до нескольких метров. Возникают предпосылки для образования осыпей, что характерно и для мергелей.

Величина усадки характеризуется по уменьшению линейных разломов или уменьшению объема грунта. Выделяют относительную линейную и относительную объемную величину усадки

Основные факторы: гран состав (только глинистые грунты обладают усадкой), химико-минеральный состав глинистой составляющей, чем больше связной воды, тем больше усадка.

Величина усадки играет важную роль при приготовлении сырья для изготовления кирпича.

Водопрочность

Определяется в спокойной воде - статическая.

Динамическая водопрочность – размываемость, устойчивость глинистых пород к размыву.

Пермские аргиллиты размокают, но очень медленно, описывается характер размокания, косвенно характеризует состав глиинстых частиц. Есть ГОСТ для определения величины размокания.

Физико-механические свойства.

Проявляются с изменением структурных связей под действием внешних сил. Условно эти свойства можно разделить на деформационные, прочностные и реологические.

Деформационные проявляются под действием сил, превышающих прочность пород. Реологические характеризуют поведение грунтов прод нагрузками, превышающими предел прочности во времени.

Деформационные свойства

Прогноз изменения объема под сооружениями. В пределах обратимых связь между напряжением и деформацией характеризуется линейным законом Гука.

ε – линейная деформация

Е=tgα – модуль Юнга, модуль упругости

σ – напряжение

В т.2. происходит разрушение

Деформационные свойства характеризуют поведение грунта на отрезке 0-1, далее проявляются прочностные свойства. В зависимости от продолжительности действия давления на грунт.

Строительство сооружения (фундамент зависит от прочностных и деформационных свойств).

Выделяют модуль динамической упругости, модуль общей деформации, статической упругости.

Для идеальных упругих тел модуль статической упругости равен модулю общей упругости и не зависит от напряжения, но во всех случаях при определении деформационных показателей схема испытания грунтов должна моделировать работу массива под нагрузкой.

Модуль упругости скальных грунтов определяется динамическими методами (сейсмическими или при прохождении упругих волн). Модуль упругости всегда выше, чем модуль упругости, определяемый при статическом нагружении. Для расчета деформаций грунта, испытывающего воздействие внешних сил, всегда используется то значение показателя деформации, которое в наибольшей степени отражает характер внешних силовых воздействий. Так, для расчета осадки сооружения при действии статических нагрузок, используется величина модуля общей деформации (Еобщ), а для расчета деформации от быстро протекающих динамических нагрузок – модуль упругой деформации Еу. Особо большое значение при определении модуля деформации имеет наименьшее значение, чтобы внести в расчеты запас прочности. Прочность рассматривают в сторону смещения к нижней границе.

Зависимость между давлением на дисперсный грунт и его сжатием находят методом компрессии путем испытания образца, помещенного в жесткое кольцо, которое не позволяет грунту расширяться, диаметр не меняется, а меняется высота образца.

- изменение

- первоначальные значения

Объемные деформации прямо пропорциональны линейным изменениям, т.к. принимается, что изменение объема грунта обусловлено только изменением объема пор, а объем скелета неизменен, то изменение высоты

- начальный коэффициент пористости

- коэффициент пористости при давлении Р

- первоначальная высота образца

1. – кривая уплотнения

2. – кривая разуплотнения

Кривая компрессии – обобщенная характеристика сжимаемости. При декомпрессии первоначальный объем грунта не восстанавливается. Величина несоответствия зависит от метода декомпрессии или образец разгружается в воде если в растворах различных веществ, имеет место осмос.

Компрессионная сжимаемость грунта для небольшого диапазона давлений 0,1-0,3МПа. В настоящее время нагрузки выше и испытания проводят при нагрузках, соответствующих нагрузке проектируемого сооружения.

Для глинистых грунтов. На кривой компрессии можно выделить 2 участка – первый до структурной прочности, второй – после. 2 показателя – величина прочности структурных связей – коэффициент компрессии. Кольцо помещается в обойму, которая может дренировать воду, а может не дренировать.