Деформационные свойства дисперсных грунтов

Наиболее важным деформационным свойством дисперсных грунтов является их сжимаемость под нагрузкой, обусловленная уменьшением объема пор вследствие смещения частиц относительно друг друга, деформацией самих частиц, а также воды и газов, заполняющих поры.

Уплотнение водонасыщенного грунта происходит вследствие удаления воды из пор, при этом влажность грунта уменьшается. Уплотнение не полностью водонасыщенных грунтов до определенных давлений может происходить без изменения их влажности.

Сжимаемость грунтов под нагрузкой происходит во времени. Поэтому при определении сжимаемости грунтов различают показатели, характеризующие зависимость конечной (равновесной) деформации от нагрузки и изменение деформации грунта во времени при постоянной нагрузке.

Показатели сжимаемости дисперсных грунтов определяются в лаборатории при уплотнении грунтов под нагрузкой в условиях одномерной задачи, (т. е. деформация грунта происходит только в одном направлении). Такой вид испытания грунта без возможности бокового расширения называется компрессией.

При сжатии грунта в компрессионном приборе диаметр образца не меняется. Поэтому относительная вертикальная деформация грунта равна относительному изменению объема.

Так как уплотнение грунта происходит главным образом вследствие уменьшения объема пор, то деформацию сжатия грунта выражают через изменение величины коэффициента пористости, а в случае полного водонасыщения и через изменение влажности.

Зная коэффициенты пористости (или относительные деформации) грунта при соответствующих ступенях нагрузки, можно построить компрессионную кривую. Результаты компрессионных испытаний принято изображать: зависимостью коэффициента пористости от давления Р, построенной либо на равномерной, либо на полулогарифмической координатной сетках; зависимостью относительной вертикальной деформации е от давления Р, построенной на равномерной, или на логарифмической и полулогарифмической координатных сетках. В литологии часто принято изображать сжимаемость глинистых пород в координатах влажность W — давление P (или глубина залегания H). Способ изображения компрессионной кривой определяется целью изучения, видом грунта и диапазоном давлений. Так, компрессионную кривую сильно сжимаемого глинистого грунта удобно изображать на полулогарифмической координатной сетке, а песчаного — на логарифмической и т. д.

Компрессионную сжимаемость грунта можно характеризовать различными показателями.

При большом уплотнении грунта под нагрузкой применение коэффициента уплотнения для характеристики сжимаемости становится неудобным, так как величина а значительно изменяется с ростом давления.

Этот недостаток до известной степени устраняется при изображении результатов компрессионных испытаний на полулогарифмической координатной сетке, которая позволяет спрямить компрессионную кривую в значительном диапазоне давлений и аппроксимировать ее.

Изображение компрессионной кривой позволяет также определять величину структурной прочности грунта Рстр по перелому кривой.

Величина структурной прочности грунта Рстр позволяет выделить при уплотнении глинистых грунтов два диапазона давлений: когда внешнее давление меньше прочности структурных связей и когда внешнее давление преодолело сопротивление структурных связей. В первом случае происходит незначительное уплотнение грунта, главным образом обратимого характера, а во втором — значительное уплотнение грунта, обусловливающее основные деформации оснований сооружений.

Величина е _р называется модулем осадки и представляет величину сжатия в миллиметрах столба грунта высотой в 1 м при приложении к нему дополнительной нагрузки Р.

Сжимаемость несвязных (крупнообломочных и песчаных) грунтов отлична от сжимаемости связных (глинистых и лёссовых) грунтов в связи с тем, что возникающие в них деформации при одних и тех же напряжениях имеют различный характер.