Сопротивление грунтов разрыву

Связность (сцепление) грунтов проявляется как при их разрыве, так и при сдвиге. Разрыв грунта происходит под действием растягивающих нормальных давлений, возникающих в массиве грунта в результате действия гравитационных сил (на бровке откоса), горизонтального давления воды (в основании верхней грани плотины), неравномерного термического расширения и сжатия, а также усадки различных участков породы и т. д. Под действием растягивающих давлений происходит разрыв грунта, что морфологически выражается в появлении трещин отрыва, отделении одной части грунта от другой. Поверхность трещин отрыва имеет характерный рисунок, по которому их отличают от трещин сдвига.

Прочность на отрыв определяют в основном для скальных грунтов в условиях одноосного растяжения. Величина прочности породы на отрыв необходима при установлении допустимой крутизны откосов, при расчете радиальных деформаций и допустимых напряжений в напорных тоннелях, при проектировании бетонных плотин и др.

Несмотря на практическую важность значения прочности, на разрыв, достоверных данных о сопротивлении различных пород разрыву очень мало. Такое положение объясняется существенным влиянием трещин, трудно поддающихся учету, а также сложностью получения равномерного распределения напряжений в образце в процессе его испытания.

Определение прочности на разрыв производится путем приложения к образцу равномерных растягивающих давлений. Это осуществляется при одноосном растяжении, при изгибе, при раскалывании, при разрыве полых образцов давлением изнутри. В последние годы широкое распространение получил метод испытания на разрыв в результате раскалывания образцов, чему способствовали простота расчетной схемы, подготовка образцов и проведение испытания.

Сопротивление разрыву скальных пород. Прочность монолитных скальных пород на разрыв обычно не превышает 100—150 кг/см² и зависит от петрографического состава, крупности зерен, прочности связей между ними и микротрещиноватости.

Наивысшей прочностью на разрыв обладают малопористые перекристаллизованные мраморы и кварциты, характеризующиеся зазубренной линией сцепления между зернами; неперекристаллизованные мелкозернистые известняки, а также граниты, диабазы; другие породы имеют значительно меньшую прочность на разрыв.

Деформация разрыва скальных пород в несколько раз меньше деформации, необходимой для разрушения пород при одноосном сжатии.

Скальные грунты оказывают наименьшее сопротивление при растяжении. При этом необходимо отметить, что приведенные значения характерны для монолитных малопористых пород, так как для образцов трещиноватых пород прочность на растяжение может быть равна нулю. Прочность скальных пород на изгиб также характеризуется невысокими значениями.

Сопротивление разрыву дисперсных грунтов изучено слабо. Прочность на разрыв глинистых грунтов зависит от прочности структурных связей между частицами, определяемой химико-минералогическим составом, плотностью, степенью водонасыщения, формой частиц. Надежные результаты для образцов связных грунтов получить трудно в силу присущей большинству глинистых грунтов с естественной структурой микротрещиноватости.

Наиболее высоким сопротивлением разрыву при нарушенной структуре и полном водонасыщении обладают высокодисперсные глины; наиболее высокие значения получены для монтмориллонита и гидрослюды, наименьшие — для каолинита.

В глинах нарушенной структуры сопротивление разрыву обусловливается прочностью оболочек слабосвязанной воды и пленок геля кремневой кислоты, склеивающих частицы, а также сопротивлением разрыва воды в тонких капиллярах, которое может достигать значительных величин.

Прочность на разрыв глин с естественной структурой не превышает 1,3—1,5 кг/см² и обычно меньше 1 кг/см², составляя десятые его доли.

Интересно отметить, что деформация разрыва самая большая у монтмориллонитовой глины (3%), тогда как у других глинистых образцов она не превышала 0,2—0,8%. Самая малая деформация разрыва наблюдалась у влажных песков — 0,03—0,07%. Для сравнения отметим, что деформация разрыва стального стержня достигает 17%.