Прочность грунтов на одноосное сжатие. Группы скальных грунтов.

1. Пресс с отполированной поверхностью для создания вертикальной нагрузки;
2. Прибор для измерения вертикальной и поперечной деформации грунта.

Все типы скальных грунтов относятся к самым прочным породам. Их показатель прочности меняется, ориентируясь на несколько факторов, такие как:

Особенность структуры грунта
Максимальную прочность имеют связи в кристаллических решетках минералов горной породы, преобладающие в магматических и метаморфических грунтах. Также не уступают им цементационные, образованные глинистыми минералами, известняком, железистыми и кремнистыми соединениями. Они встречаются во всех типах скальных грунтов. Гораздо слабее смешанные и коагуляционные контакты между частицами, которые быстро растворяются в воде.

Дисперсность
Скальные грунты – это неоднородные материалы. Они состоят из зерен разного размера, прочно связанных между собой кристаллическими или цементационными связями. Чем больше выражена зернистость, тем лучше грунт переносит вертикальные нагрузки. Крупные кристаллы менее устойчивы к нагрузкам, чем мелкие.

Дефекты
Чем больше в грунте дефектов (в кристаллических решетках, внутри агрегатов и конгломератов, между разными частями массива), тем легче он поддается разрушению. Наибольшей прочностью обладают однородные скальные и метаморфические грунты с минимальным количеством дефектов – гранит, мрамор, кварцит.

Выветрелость, пористость и трещиноватость
Эти три параметра тесно связаны между собой. Чем больше степень выветривания грунта, тем больше в нем появляется трещин и пор разного размера. Это негативно сказывается на прочности материала при одноосном сжатии.
Наибольшей выветрелостью обладают грунты, которые располагаются близко к поверхности. Осадочные породы быстрее разрушаются под воздействием факторов внешней среды, чем магматические или метаморфические.

Влажность
Вода и растворенные в ней соли – это агрессивная химическая среда. Она проникает в мельчайшие поры и трещины, способствует ослаблению и разрыву связей между минералами. Влага действует на грунты как растворитель, порода под ее действием размягчается. Такое явление наиболее свойственно осадочным грунтам – загипсованным известнякам и доломитам. Это способствует снижению сопротивления грунта вертикальной нагрузке.

Прочность может временно повышаться при полном заполнении пор грунта жидкостью. Но после отжатия воды под действием пресса он снижается.

 
Он во многом определяет тип связей между частицами и дисперсность грунта. Глинистые минералы (монтмориллонит, каолинит) способны связывать воду, за счет чего возникают дополнительные коллоидные связи между отдельными частицами. Дисперсность монтмориллонитовых грунтов выше, чем у коалинитовых, поэтому и контактов между отдельными зернами больше. Такие глинистые грунты обладают большей прочностью на сжатие.
Показатель зависит и от содержания катионов в грунте. Она увеличивается при высоком содержании натрия, гидрата азота, марганца, снижается при появлении магния, кальция и калия. Самые низкие показатели у грунтов с высоким содержанием алюминия.

Сложение

В естественном сложении дисперсный грунт обладает большей прочностью. При нарушении его природной структуры разрушается часть физических и коагуляционных контактов, что делает грунт более чувствительным к нагрузкам.

Слоистость

 Прочность возрастает, если давление прикладывается перпендикулярно грунтовых слоев. 

Влажность 

От количества влаги зависит консистенция грунта. Она бывает твердой, полутвердой, пластичной и текучей. Лучше всего сопротивляются вертикальному давлению твердые и полутвердые глинистые грунты. В них преобладают прочные цементационные связи. При увеличении влажности контакты ослабевают, на первое место выходят слабые коагуляционные связи. Поэтому грунт теряет прочность. 

Плотность 

При одноосном сжатии плотность увеличивается, а вместе с ней растет и прочность. Но эта закономерность нелинейная. В определенный момент, при максимальной плотности, показатель прочности почти не меняется. 

Гранулометрический состав 

При вертикальных нагрузках крупные зерна разрушаются быстрее, чем мелкие. Поэтому неоднородные грунты с крупными включениями более слабые, чем мелкозернистые. 

Среди дисперсных грунтов самой высокой прочностью обладают литифицированные (окаменевшие) сухие глины. Но при повышении влажности они довольно быстро теряют это качество.

Основной фактор, который влияет на сопротивление сжатию мерзлых грунтов, – это включения льда. Они выступают цементирующим веществом и обеспечивают прочные контакты между отдельными частицами.

Самые высокие показатели наблюдаются при влажности 80-90%. Когда она возрастает, прочность на сжатие падает из-за морозного пучения. Показатель снижается, если температура приближается к нулю, так как это вызывает таяние леденистых включений.

Значение имеет и тот факт, в какой форме находится лед. Прочность высокая, когда в грунте есть много тонких прослоек льда (до 10-30 см в толщину). Мелкие кристаллы в порах негативно влияют на показатель. Снижается способность к сопротивлению вертикальному давлению при наличии в грунте массивных ледяных глыб (с толщиной, превышающей 30 см).

Прочность грунтов на сжатие важно определять перед началом любого строительства. Она позволит правильно рассчитать тип фундамента, этажность здания. Правильно вычислить показатель могут только специалисты. Поэтому экономить на профессиональных геодезических исследованиях не стоит.