Сжимаемость грунтов – это компрессионное механическое свойство грунта. Оно подразумевает уменьшение материала в объеме под воздействием внешнего давления. Процесс сопровождается уменьшением пористости, вытеснением воды и воздуха, разрушением и смещением твердых частиц.
Сжимаемость характерна только для дисперсных грунтов – состоящих из отдельных зерен разного размера – и зависит от ряда факторов:
- Исходной пористости и плотности
- Фазового состава
- Влажности
- Гранулометрического состава
- Структурной прочности
- Химического состава
- Температуры
- Давления
Детальнее об этих факторах вы можете прочитать дальше.
Исходная пористость и плотность
Сжатие грунта происходит за счет уменьшения пористости и увеличения плотности. Это связано с тем, что под давлением частицы укладываются максимально плотно, заполняя собой пустые пространства.
Чем больше в грунте пор, тем сильнее он будет уплотняться при нагрузке. При этом сжимаемость у грунта с естественным сложением будет всегда ниже, чем с нарушенным. В массиве под давлением собственного веса грунт уплотняется, а при извлечении всегда разрыхляется. Частицы становятся более подвижными и лучше прессуются.
Фазовый состав
Любой грунт состоит из трех фаз – твердой, жидкой и газообразной. Твердая фаза – это минеральные либо органические частицы грунта. Их объем при сжатии не изменяется. Они могут поддаваться лишь незначительной упругой деформации. После снятия нагрузки объем восстанавливается.
Жидкость и газ заполняют поры. При сжатии из пустого пространства между твердыми частицами в первую очередь выходит газ. Поэтому сухой пористый грунт уплотняется сильнее, чем влажный.
Самой высокой сжимаемостью обладает грунт, в котором преобладает газообразная фаза. Она немного снижается при увеличении жидкой фазы. Грунты, в которых большую часть занимают твердые частицы, плохо поддаются сжатию.
Влажность
На сжимаемость несвязных грунтов влажность влияет мало. В них много крупных открытых пор, через которые свободно проходит вода. Она не связывается с частицами и не заполняет капилляры. При малейшем давлении жидкость легко удаляется.
Несвязные грунты состоят из мелких зерен, вокруг которых образуется водная пленка. Она играет роль связующего звена между частицами. Сначала при повышении влажности они сближаются друг с другом, но в определенный момент это сближение прекращается. Грунт достигает точки самого большого уплотнения, после чего переходит в текучее состояние. Пленочная вода не дает глинистым частицам вступить в более близкий контакт между собой.
Вода также находится в мелких порах – капиллярах. Часть из них закрыта, и жидкость не может из них выйти. Под давлением такие закрытые поры могут становиться открытыми, и тогда сжимаемость грунта резко увеличивается.
Показатель сжимаемости глинистых и пылеватых грунтов зависит и от химического состава воды. В ней всегда присутствуют растворенные соли. Чем выше концентрация раствора, тем лучше сжимается грунт под нагрузками. Показатель ниже у грунтов с одновалентными катионами (натрием, калием). Растворы таких солей лучше удерживают воду.
Влажность влияет на разуплотнение грунта при снятии компрессии. Тонкие пленки воды с растворенными газами имеют упругие свойства. При уменьшении давления они увеличиваются в объеме, способствуют отдалению частиц друг от друга.
Гранулометрический состав
Сжимаемость зависит от размеров и формы твердых компонентов. В крупнообломочных грунтах она увеличивается за счет разрушения крупных частиц. Показатель ниже, когда в материале есть круглые окатанные зерна. Сжимаемость повышается при наличии частиц неправильной формы с шероховатыми гранями. Например, свойство будет выше у гравия и карьерного песка, чем у гальки и речного песка.
Показатель также зависит от фракций, присутствующих в грунте. Он снижается при наличии мелкого заполнителя. Но это больше проявляется, если заполнителем выступает песок. Глинистые и пылеватые частицы, наоборот, повышают сжимаемость крупнообломочного грунта.
Структурная прочность
Твердая фаза дисперсного грунта состоит из разрушенных горных пород. В процессе выветривания они теряют свою прочность, поэтому легче разрушаются под давлением. Хотя грунты из магматических или метаморфических пород (гранитные, базальтовые, серпентинитовые) будут более прочными, чем осадочные (сланцевые, известняковые).
Если частицы не разрушаются, они хуже уплотняются. Это значит, что в прочных грунтах сжимаемость будет ниже, чем в более слабых.
Зерна крупнообломочных грунтов могут связываться между собой цементирующими связями, образуя прочные конгломераты и брекчии. В глинистых грунтах более распространены коагуляционные (слипающиеся) и коллоидные (дисперсные) связи.
Структурная прочность глинистых грунтов зависит от возраста и степени литификации – процесса превращения рыхлых осадков в твердые горные породы. В молодых глинах преобладают слабые коллоидные связи, которые легко разрушаются под внешним воздействием. В старых массивах наблюдается высокая степень литификации. Между глинистыми частицами возникают цементирующие связи, поэтому их структурная прочность очень высокая.
Под давлением конгломераты и агрегаты грунта сохраняют целостность до определенного момента. Когда единство разрушается, грунт переходит предел структурной прочности. В этот момент сжимаемость его резко возрастает.
Химический состав
Химический состав больше всего влияет на сжимаемость глинистых и органических грунтов. Частицы с высокой смачиваемостью водой – гидрофильностью – способствуют повышению показателя (характерно для смектитов, монтмориллонитов). Каолинит, наоборот, снижает характеристику.
Падает сжимаемость и в грунтах, богатых одновалентными катионами. Они лучше связывают и задерживают воду, которая впоследствии препятствует сближению частиц. В материалах, насыщенных двухвалентными кальцием и железом, а также трехвалентным алюминием, показатель значительно выше.
Хорошо сжимаются под давлением плодородные, богатые гумусом почвы и торф. Это связано с тем, что органические соединения имеют низкую прочность и плотность, легко деформируются под нагрузками. Эти деформации упругие, особенно у сухого торфа. При декомпрессии объем почвы частично восстанавливается.
Температура
Влияние температуры наиболее выражено у глинистых грунтов. При ее повышении разрушаются связи между частицами, меняются свойства водной пленки, быстрее разрушается структура. В результате грунт легче и сильнее сжимается.
Но температура неодинаково действует на разные виды грунта. Если коагуляционные связи прочные, а количество пленочной воды вокруг частиц незначительное, то влияние этого фактора снижается. Сжимаемость при нагревании сильнее повышается у грунтов с текучей или пластичной консистенцией и меньше изменяется у твердых и полутвердых.
Имеет значение и химический состав. Сильнее реагируют на изменение температуры грунты с высоким содержанием одновалентных ионов.
При отрицательных температурах сжимаемость падает, так как поры заполняются кристаллами льда. Она выше в грунтах, где ледяные включения небольшого размера, и практически отсутствует, если в грунте есть глыбы льда. При повышении температуры и таянии замерзших частиц сжимаемость резко возрастает.
Давление
Сжимаемость также зависит от силы давления, воздействующего на грунт. Пока материал сохраняет свои пористую структуру, показатель резко возрастает при увеличении нагрузки. После уплотнения эта зависимость снижается и в определенный момент грунт перестает сжиматься даже при сильном давлении.
Значение имеет и способ воздействия на образец. Если давление периодическое, чередуется с периодами декомпрессии, сжимаемость увеличивается. Именно поэтому для трамбовки грунта используются ударные механизмы.
Полную версию данной статьи вы найдете на этой странице.
Также мы рекомендуем ознакомиться с другими полезными статьями на нашем сайте.
#грунты #полезные советы #свойства грунтов #сжимаемость грунта #характеристики грунтов #строительные советы #грунт #строительный грунт #механические свойства грунтов #сжимаемость
