Сопротивление глинистых грунтов одноосному сжатию

Морфология разрушения образцов при сжатии как скальных, так и глинистых пород характеризуется большим сходством. Различие заключается лишь в большей или меньшей величине пластической деформации, происходящей до и после появления разрывов. Если деформация разрушения прочных скальных пород не превосходит десятых долей процента, то для глинистых пород она может достигать десятков процентов.

Влияние минералогического состава глинистых грунтов на коэффициент одноосного сжатия. Минералогический состав связных грунтов влияет на величину их прочности. Наибольшей прочностью обладает монтмориллонитовая глина, а наименьшей гидрослюдистая и каолинитовая (при одинаковых значениях плотности — влажности). Интересно отметить, что гидрослюдистая глина, уплотнявшаяся в природных условиях (дно Каспийского моря), имела несколько большую прочность, чем аналогичная глина, но уплотнявшаяся искусственно.

Состав обменных катионов глин влияет через изменение расстояния между частицами (изменение плотности). Для Са-монтмориллонита плотность при данном давлении оказывается больше, чем для Na-глин, поэтому у них и прочность несколько выше. Влияние обменных катионов в гидрослюдистых и каолинитовых глинах на их прочность проявляется в незначительной степени.

Влияние высушивания на прочность глинистых грунтов. В результате высушивания связных грунтов прочность их возрастает. Увеличение прочности обусловлено сближением частиц при усадке в результате удаления прослоев воды из контактов между, частицами. Вследствие этого интенсивность электростатического и молекулярного взаимодействия между частицами резко возрастает и обусловливает большую прочность, чем для влажных образцов.

Прочность высушенных глинистых паст может достигать высоких значений, измеряемых десятками и сотнями кг/см²: для монтмориллонитовых глин — до 260—290 кг/см²;для гидрослюдистых — до 120—130 кг/см²; для каолинитовых — до 30— 75 кг/см².

Влияние цементации и связности на прочность глинистых грунтов.

Для глинистых грунтов с естественной структурой прочность, обусловленная наличием цементационных (кристаллизационных) связей между частицами, проявляется особенно отчетливо. Так, для нормально уплотненных гидрослюдистых глин дна Каспийского моря прочность на сжатие увеличивалась с ростом содержания в них CaCO3.

Различная связующая роль глинистых частиц разного химико-минералогического состава отчетливо выявляется при добавках к песку монтмориллонитовой и каолиновой глин. После высушивания прочность этих образцов получается неодинаковой. При всех соотношениях песка и глины наибольшая прочность получается при смешивании песка с монтмориллонитовой глиной.

Прочность образцов, изготовленных из, смесей кварцевый песок + монтмориллонит, в 3—5 раз больше прочности образцов, в состав которых входит кварцевый песок и каолин. Дисперсность и кристаллохимическая активность монтмориллонитовой глины выше, чем у каолиновой, в результате чего взаимодействие глинистых добавок с песчаными частицами происходит более интенсивно, что и приводит к повышению прочности.

Влияние дисперсности глин на их прочность. С ростом дисперсности глинистых грунтов прочность их будет возрастать. Однако строгая зависимость между содержанием глинистых частиц и величиной прочности отсутствует. Большое содержание коллоидов среди глинистых частиц может вести не к увеличению, а к уменьшению прочности грунта. Это явление можно объяснить тем, что чем однороднее гранулометрический состав грунта, тем больше величина его пористости и тем больше в нем содержится одноименно заряженных частиц, в силу чего уменьшается действие молекулярных и электростатических сил притяжения.

Влияние обменных катионов на прочность глинистых грунтов. Прочность глинистых грунтов изменяется в зависимости от того, в скоагулированном или диспергированном состоянии находятся частицы в процессе высыхания грунта. При диспергации частиц величина прочности сухих грунтов повышается. Этим объясняется изменение величины прочности глинистых грунтов в зависимости от состава обменных катионов.

Оптимальная нагрузка уплотнения глинистых грунтов. Прочность связных и особенно глинистых грунтов сильно увеличивается с ростом их плотности.

Наибольшее уплотнение глинистых грунтов при минимуме затраченной работы достигается при определенной их влажности. А. Ф. Лeбедев установил, что каждой величине влажности образца грунта соответствует определенная величина работы, посредством которой может быть достигнут максимальный объемный вес уплотненного образца. При одной и той же величине работы наибольшая уплотняемость грунта достигается при оптимальной влажности уплотнения. Величина оптимальной влажности уплотнения несколько больше нижнего предела пластичности.

Оптимальная нагрузка уплотнения является для определенного грунта величиной устойчивой. Образцы во влажном состоянии после уплотнения имеют меньшую прочность, чем в воздушно-сухом состоянии, но максимальное ее значение достигается при той же оптимальной нагрузке уплотнения. При прогреве и обжиге глинистых грунтов величина прочности их сильно повышается. Однако и в этом случае наибольшую прочность приобретают образцы, подвергнутые до термической обработки уплотнению оптимальной нагрузкой.

В результате действия оптимальной нагрузки уплотнения и последующего высыхания глинистый грунт достигает такого состояния, при котором силы сцепления между частицами проявляются в наибольшей степени. При уплотнении образцов происходит не только сближение частиц, но и переориентация их относительно друг друга. Форма и размеры пор становятся более однородными, вследствие чего усадка грунта происходит равномерно, без возникновения перенапряжения, а поэтому повышается и прочность спрессованных образцов.

При оптимальной нагрузке уплотнения (Ропт) создаются такие структура и текстура, которые лишь незначительно могут быть изменены в процессе усадки сформованных образцов и при которых грунт приобретает плотность, достаточную для полного проявления молекулярных и электростатических сил притяжения между частицами.

При нагрузке, меньшей оптимальной нагрузки уплотнения, не успевает сформироваться микроструктура и текстура, обладающая достаточной плотностью для того, чтобы полностью проявить силы молекулярного и электростатического притяжения, вследствие чего прочность образцов грунта сравнительно невелика. Нагрузка, большая оптимальной нагрузки уплотнения, существенно не изменяет образовавшуюся структуру образцов, в результате чего прочность их возрастает в меньшей степени, чем при Р<Ропт.

Величина оптимальной нагрузки уплотнения зависит от дисперсности глинистого грунта. Чем больше в грунте содержится глинистых частиц и коллоидов, тем меньше величина оптимальной нагрузки уплотнения.