Особенности механических свойств и механических испытаний грунтов

Основным отличием грунтов от материалов, рассматри вающихся в предыдущей главе, является их пористость и дисперсность, т. е. наличие промежутков (пор) меж­ду частицами и отсутствие между ними связей или наличие связей, значительно менее прочных, чем связи внутри частиц. Очень важным обстоятельством является также неодно­родность состава грунтов, заключающаяся в том, что грунт состоит из частиц различной величины и различного минерального состава и что в порах грунта содержится вода, а в некоторых случаях воздух, т. е. наряду с твердой фазой (частицами) присутствует жидкая и газообразная.

Вследствие дисперсности, грунты обладают большой по­верхностью раздела двух фаз (твердой и жидкой), что яв­ляется причиной проявления физико-химического взаимодей­ствия между частицами, а наличие узких пор ведет к возник­новению капиллярных явлений. При выпадании из раствора, которым является грунтовая вода, коллоидных или кристал­лических осадков может также произойти цементация частиц грунта или появление кристаллизационных связей, так что и по характеру связей между частицами грунты яв­ляются неоднородными.

Естественные грунты в большей или меньшей степени не­однородны также и по своему сложению, что определяется условиями их образования и дальнейшей геологической жиз­ни, причем наиболее частым случаем этой неоднородности является слоистость.

Все перечисленное говорит о том, что и в отношении ме­ханических свойств грунты должны иметь некоторые особен­ности по сравнению с материалами, о которых шла речь в гл. I. Однако большинство закономерностей, установленных для указанных материалов, оказывается справедливым и для грунтов. Вернее, справедливы почти все закономерности, но одни свойства в грунтах проявляются значительно слабее, чем в других материалах и, наоборот, то, что в других мате­риалах проявляется лишь в слабой степени, является харак­терным для грунтов.

Основными особенностями грунтов в отношении механи­ческих свойств, связанными с отмеченными выше особенно­стями их физической природы, являются:

1)   относительно малая роль упругих деформаций, что объясняется широким развитием в грунтах неупругих связей и наоборот;

2)   значительное развитие остаточных деформаций как формы, так и объема, т. е. уплотнение и разуплотнение грун­та, а следовательно,

3)   наличие внутреннего трения.

4)   резкое различие в прочности при растяжении и сжатии или даже полное отсутствие сопротивления растягиваю­щим усилиям, как например, у так называемых несвязных грунтов;

5)   присутствие жидкой фазы, определяющее вязкость, причем более сложного характера, чем в других твердых те­лах, например в резине, что связано с большой неоднородно­стью в размерах частиц и пор в одном и том же грунте;

6)   особая чувствительность к воздействиям, результат ко­торых зависит от размеров частиц, а именно объемным си­лам: веса, инерционным, гидродинамическим, которые, дей­ствуя по-разному на различные частицы, ослабляют связи между ними, что облегчает разрушение, а при известных условиях ведет к уплотнению и увеличению прочности грун­та. Здесь же надо упомянуть воздействия физико-химическо­го характера и капиллярные силы, которые хотя и являются по своей природе поверхностными, но в известном смысле могут рассматриваться как объемные, если поверхность раз дела фаз распределена во всем объеме грунта. Эти силы в значительной степени зависят от размеров частиц;

7)   изменчивость свойств грунтов и быстрый переход их из одного состояния в другое, например из твердого в пластиче­ское и жидкое или наоборот, который происходит в диапазоне изменения воздействий, не выходящем за пределы обычных условий существования грунтов в природе или при строитель­стве и эксплуатации сооружений.