Скальные грунты.

Трещиноватость скальных грунтов – основной фактор, определяющий их деформируемость и прочность. Для характеристики деформируемости массива грунта, соизмеримого с размерами сооружения, необходимо знать параметры трещин и разрывов, которые характеризуются длиной, положением трещин в пространстве. К параметрам трещин относят заполнитель, шероховатость стенок. С увеличением трещиноватости деформационные показатели резко уменьшаются, модуль упругости значительно превышает модуль общей деформации. Это объясняется тем, что при действии давления трещиноватые грунты испытывают значительные остаточные деформации, которые увеличиваются по мере роста трещиноватости. Закрытие и смыкание трещин под действием давления обусловливает появление остаточной деформации. В результате модуль общей деформации при повторном нагружении образца в 2 раза выше модуля общей деформации первого цикла нагружения. Деформации трещиноватых скальных грунтов прямо пропорциональны действию нагрузки и обратно пропорциональны площади скальных контактов. При очень большом числе систем трещин деформация будет определяться уже не трещиноватостью, а другим структурным параметром – пористостью. Для пород с пористостью более 10% величина модуля упругости в основном определяется пористостью. А при меньших значениях пористости сказывается влияние минерального состава.

Несвязые грунты.

Сжимаемость несвязных грунтов главным образом обусловлена перемещением частиц, их деформацией и частичным дроблением. Сжимаемость крупнообломочных грунтов зависит от соотношения крупных и мелких фракций и характера заполнителя. Наибольшая сжимаемость свойственна грунтам с глинистым заполнителем, наименьшая с песчаным. Если заполнитель отсутствует, то грунт с крупными частицами деформируется в большей степени, чем с мелкими (число контактов). Существенное влияние на сжимаемость крупнообломочных песчаных грунтов оказывает форма частиц и характер поверхности – округлые и окатанные деформируются меньше угловатых и шероховатых. Большое влияние оказывает минеральный состав обломков. Содержание частиц слюды в песках в большом количестве увеличивает его сжимаемость и упругость, а слабые увеличивают его сжимаемость. Наличие в песке глинистых минералов и органики увеличивают не только сжимаемость, но и продолжительность деформации. Наименьшая сжимаемость у песков из прочных минералов (Q). Влажность не оказывает влияния на сжимаемость грунтов (если нет глинистого заполнителя).

Связные (глинистые) грунты.

Сжимаемость связных (глинистых грунтов) обусловлена изменением структуры и текстуры. При длительном действии Р уменьшается пористость и размер пор, происходит переориентация глинистых частиц, разрываются структурные связи.

Влияние всех внутренних факторов на деформации глинистых грунтов проявляется через прочность структурных связей.

Деформация грунта при нагрузке меньше прочности структурных связей обусловлена деформацией контактов между частицами, деформацией самих частиц, а также воды и газов в порах, поэтому эти деформации являются обратимыми. При нагрузке больше структурной прочности происходит смещение частиц грунта с разрывом структурных связей, плотность упаковки повышается. Наблюдаются остаточные необратимые деформации. Уменьшение пористости грунта при сжатии является основной реакцией грунта на действие давления. Изменение пористости полностью водонасыщенного грунта возможно лишь в результате выдавливания воды. Глинистый грунт, уплотненный нагрузкой, превышающей прочность структурных связей, теряет значительную часть своих природных структурных связей, в силу этого приобретает способность набухать при разгрузке.

ε – коэффициент пористости.

На сжимаемость глинистых грунтов большое значение оказывает минеральный состав. Это влияние проявляется через размер частиц и их гидрофильность. Наименьшим размером частиц и наибольшей гидрофильностью обладает монтмориллонит, именно поэтому присутствие в грунте монтмориллонита обусловливает значительную уплотняемость и высокую равновесную пористость.

У каолинита сжимаемость меньше, но характер изменения пористости аналогичен монтмориллониту. Еще меньше сжимаемость гидрослюд. Большой диапазон изменения пористости глинистых грунтов под давлением объясняется рыхлостью их структуры и наличием на контактах частиц прослоев слабосвязной воды, которая оказывает меньшее сопротивление сжатию, чем плотные структуры с жесткими контактами между частицами.

По мере уплотнения происходит сближение структурных элементов, увеличивается число контактов в единице объема, меняется их характер в результате отжатия связной воды, а это в свою очередь приводит к возрастанию сопротивления сжатию. При больших значениях давления порядка 100МПа и более сжимаемость различных по составу глин сближается, но не исчезает полностью.

Влияние состава обменных катионов на сжимаемость глинистых грунтов обусловливается их влиянием на агрегированность, гидрофильность и начальную пористость. Влияние обменных катионов главным образом проявляется в высокодисперсных монтмориллонитовых глинах. В каолинитовых и гидрослюдистых практически не проявляется.