Деформационные свойства скальных грунтов

Для характеристики деформационных свойств грунтов используются: модуль деформации E (модуль упругости Еу и модуль общей деформации Еобщ), коэффициент поперечного расширения р., модуль сдвига G и модуль объемного сжатия К.

Показатели деформационных свойств в пределах справедливости закона Гука связаны определенными зависимостями, которые позволяют по двум любым показателям определять остальные.

Модуль упругости Eу равен отношению напряжения при одноосном сжатии к относительной обратимой деформации.

Модуль общей деформации Еобщ равен отношению напряжения при одноосном сжатии к общей относительной деформации.

Очевидно, что Еобщ < Eу. Для линейно-деформируемых материалов модуль упругости равен модулю деформации и не зависит от напряжения, т. е. является величиной постоянной. Но для большинства горных пород модуль упругости и модуль общей деформации являются переменными показателями, зависящими от величины и продолжительности действия давления.

В зависимости от продолжительности давления на грунт различают: модуль динамической упругости Ел, модуль статической упругости Eд и модуль общей деформации Еобщ. Между этими модулями существует такое соотношение:

Eд > Eу > Еобщ

Разница между статическим модулем упругости и модулем общей деформации зависит от вида породы и ее структуры: для скальных пород отношение Eу к Еобщ равно примерно 2, а для рыхлых глинистых пород может достигать нескольких порядков, так как их деформация происходит в результате существенного уплотнения грунта.

Для расчета осадки сооружений при действии статических нагрузок используется величина равновесного модуля общей деформации Еобщ, а при расчете деформаций от. кратковременных динамических нагрузок — величина Eу. Модуль динамической упругости Eд применяется в основном для установления определенных корреляционных соотношений.

Коэффициент Пуассона. Коэффициент Пуассона является показателем способности породы к изменению объема в процессе деформации под действием напряжений. Обычно употребляемый в расчетах коэффициент Пуассона относится к упругой деформации.

Коэффициент Пуассона главных породообразующих минералов изменяется в небольших пределах: от 0,08 до 0,34. Можно выделить группу минералов с низким значением: от 0,08 до 0,16, в которую войдут в порядке возрастания кварц, гематит, пирит; затем группу минералов, для которых коэффициент изменяется от 0,21 до 0,29. Эта группа наиболее многочисленна и объединяет такие минералы, как полевые шпаты, слюды и другие силикаты. И, наконец, небольшая группа минералов имеет повышенное значение коэффициента: от 0,31 до 0,34 — серпентин, гипс, циркон.

Коэффициент Пуассона кристаллов зависит от типа кристаллической решетки и направления действия напряжения относительно кристаллографических осей. Для пород зависит от минералогического состава, трещиноватости и пористости.

Следует подчеркнуть исключительно низкое значение коэффициента Пуассона для кварца (0,08), что обусловлено каркасным строением его кристаллической решетки. Поэтому значительное содержание кварца в породе приводит к уменьшению значения коэффициента. В скальных грунтах коэффициент Пуассона изменяется также в узких пределах — 0,1—0,3. В зависимости от увеличения пористости он снижается: в известняках-ракушечниках от 0,23 до 0,17, в органогенных известняках от 0,27 до 0,23, в мраморизованных органогенных известняках от 0,32 до 0,30. Но по мере перехода от плотных кварцитов к более пористым песчаникам увеличивается от 0,10—0,14 до 0,18—0,29.

Для дисперсных грунтов величина коэффициента Пуассона изменяется от 0,1 до 0,5. Большое значение имеет влажность: для сухого песка ц. равен 0,1—0,25, для водонасыщенного — 0,44—0,49.

В скальных грунтах решающее влияние на величину коэффициента Пуассона оказывает трещиноватость. В трещиноватой породе на деформацию сплошной ее части будет тратиться только часть общего усилия, другая часть будет тратиться на смыкание трещин и разрушение выступов; возникающее при этом расширение не будет вызывать расширение всего образца.