Зависимость набухания грунта от давления

Зависимость набухания грунта от давления

Исследования, проведенные на глинистых грунтах показали, что при различной внешней нагрузке при замачивании возможны два вида деформаций — набухание или просадка. В зависимости от величины этих деформаций все глинистые грунты можно классифицировать как набухающие, просадочные, набухающе-просадочные и обычные. К набухающим грунтам следует относить пенистые грунты, относительное набухание которых без нагрузки более 0,04.

Для получения количественной зависимости набухання от давления проведены испытания на компрессионных приборах и в приборах трехосного сжатия М-2. После стабилизации осадки от нагрузки грунт замачивали и измеряли набухание. Опыты проводили под давлением 0,05 — 0,7 МПа, а часть образцов замачивали без внешней нагрузки. По полученным значениям построены зависимости относительного набухания от давления.

Эти зависимости носят криволинейный характер: с возрастанием давления набухание уменьшается. Наиболее резко набухание уменьшается при возрастании давления от 0 до 0,05 МПа. При этом набухание хвалынских и сарматских глин уменьшается на 6%, а майкопских — на 9%. Если принять за 100% изменение набухания в диапазоне нагрузок 0 — 0,7 МПа для хвалынских глин и 0 — 0,45 МПа для сарматских, то увеличение давления от 0 до 0,1 МПа приводит к уменьшению набухания соответственно на 70 и 80%.

Следовательно, основная доля набухания происходит в результате образования слабосвязанной водой периферийных слоев обратной оболочки, обволакивающей частицы грунта. Незначительное внешнее давление в пределах 0,1 МПа превышает расклинивающее давление оболочек этой толщины. По мере возрастания внешнего давления набухание уменьшается в значительно меньшей степени и при давлениях, превышающих 0,1-0,15 МПа, указанная зависимость практически носит линейный характер. Для этих же разновидностей глин увеличение давления с 0,2 до 0,4 МПа приводит к уменьшению набухания всего на 1 — 2%.

Набухание сарматских глин практически не наблюдалось при давлении, равном 0,4 МПа, а майкопских — при р = 0,6 МПа, т. е. в этом случае внешнее давление полностью уравновешивается внутренними силами. Это давление принимается за давление набухания грунта данного состояния. При этом давлении толщина гидратной пленки не увеличивается. В целом это средние значения относительного набухания при различных внешних давлениях для некоторых генетических типов набухающих глин. Относительное набухание определяли в компрессионных приборах на образцах не нарушенной структуры.

Внешнее давние влияет не только на общую деформацию набухания, но и на характер протекания этого процесса. При отсутствии нагрузки набухание протекает с большей скоростью и стабилизация во времени наступает позже, чем при ее наличии. В приборах М-2 были проведены испытания хвалынских глин природного сложения. Образцы закладывали таким образом, чтобы слоистость была ориентирована горизонтально. В одной серии опытов прикладывали только вертикальную нагрузку различной величины, а горизонтальное давление отсутствовало.

В результате кривые показывают, что при вертикальном давлении существенно уменьшаются вертикальные деформации, в то время как горизонтальные деформации уменьшаются значительно меньше. При вертикальном ориентировании слоистости горизонтальные деформации значительно превышают вертикальные. При этом объемное набухание оказывается таким же, как и в образцах с горизонтальным ориентированным слоев.

Испытание образцов в условия сложного напряженного состояния показало, что основные деформации набухания проявляются в вертикальном направлении, а горизонтальными деформациями практически можно пренебречь. При этом вертикальные деформации остаются такими же, как и при отсутствии горизонтального давления.

Рассмотрим условия равновесия сил при испытании грунта под нагрузкой в случаев когда ∈Sw = 0. При замачивании водой в местах контакта частиц возникает расклинивающее давление тонких пленок воды pr. Этому давлению оказывают противодействие две системы сил — внешняя и внутренняя. К внешним силам относится давление, передаваемое на грунт, например давление от фундамента p или от собственного веса грунта pg. К внутренним силам относятся силы сопротивлений внутренних связей грунта — структурная связность грунта при набухании pic и капиллярные силы pp. Внешние силы могут быть переменными, а внутренние для данного вида и состояния грунта постоянны.

Таким образом, давление набухания есть разность между расклинивающим давлением гидратных пленок воды и структурной связностью грунта при набухании. Известно, что разуплотнение грунта вследствие свободного набухания приводит к снижению давления набухания. Эта особенность влияет на закономерность работы различных заглубленных конструкций. Так, при перемещения подпорной стенки будет уменьшаться горизонтальное давление, вызванное набуханием, что улучшает условия работы стенки. Аналогичная закономерность наблюдается для горизонтально нагруженных свай.