Зависимости давления набухания грунта естественной и нарушенной структуры

Зависимости давления набухания грунта естественной и нарушенной структуры

Для грунта естественной структуры наблюдаются иные закономерности. Так, существенное влияние на зависимость снижения давления набухания от предварительного разуплотнения оказывает начальная плотность грунта. Опыты с хвалынской глиной естественной структуры, имеющей начальную плотность pd=1,33; 1,45 и 1,56 г/см, а влажность w = 0,28 и w = 0,32-0,35, показали, что в грунте повышенной плотности разуплотнение в большей степени влияет на снижение давления набухания, чем в грунте меньшей плотности. Так, при предварительном набухании грунта на 5% его свободного набухания давление набухания снижается по сравнению с давлением набухания при отсутствии разуплотнения следующим образом: на 70% — для глины с pd = 1,56 г/см3; на 20% — для глины с рd = 1,45 г/см3 и на 8% — для плины с рd = 1,33 г/см3.

Снижение давления набухания при предварительном разуплотнении грунта может быть объяснено действием адсорбционных, капиллярных и осмотических сил, которые приводят к ослаблению действия молекулярных сил сцепления между глинистыми частицами. Известно, что относительное разуплотнение (в процентах от начальной плотности грунта) увеличивается с повышением степени уплотнения грунта. Относительное снижение давления набухания, линейно связанного с начальной плотностью грунта, в большей степени проявляется в плотных грунтах.

Плотность грунта нарушенной структуры в проведенных опытах находилась в таких пределах, что разуплотнение его при набухании по сравнению с балльной плотностью было несущественно и поэтому изменение начальной плотности грунта рассмотренном диапазоне не оказало заметного влияния на снижение давления при разуплотнении. Зависимость относительного давления набухания от степени предварительного разуплотнения грунта нарушенной и естественной структуры может быть представлена в виде показательной функции.

По результатам опытов с хвалынской глиной нарушенной структуры различной плотности и влажности построена кривая. Коэффициент корреляции полученной кривой с опытными данными составил 0,995, среднеквадратическое отклонение не превышало 0,05. Это подтверждает, что плотность и влажность грунта нарушенной структуры в рассмотренном диапазоне не влияют на характер зависимости давления набухания от возможности предварительного разуплотнения грунта.

Аналогичным образом обработаны результаты опытов с покровной глиной. Следует отметить, что показатель степени зависит от вида грунта (при нарушенной структуре) и от плотности (при естественной структуре). С увеличением плотности грунта значения коэффициента возрастают по логарифмическому закону.

Рассмотрим зависимость приращения влажности грунта от его начального разуплотнения. Эти данные показывают, что в случае предварительного разуплотнения до значений 2 — 8% приращение влажности оказывается постоянным. При этом наименьшее значение этого разуплотнения относится к грунту минимальной плотности с повышенной влажностью, а наибольшее — к более плотному грунту с незначительной влажностью.

Введение в грунт добавок

Опыты, проведенные с целью изучения влияния на давление набухания введения в грунт добавок сильно сжимаемых полимерных материалов показали, что добавки способствуют компенсации давления набухания и существенному его снижению. В качестве компенсирующих добавок применяли пенопласт в виде крошки, а также поролон, укладываемый на дно компрессионного прибора. Крошку пенопласта добавляли в грунт во время укладки в прибор в количестве 2 — 4% объема кольца одометра. Давление набухания образцов с добавками psw,m и контрольного образца без добавок определяли методом арретирного хода.

Из результатов видно, что добавка в грунт сильно сжимаемого материала уменьшает давление набухания на 24 — 62%, а упругая прокладка из поролона практически полностью его компенсирует. Эти данные показывают, что введение в грунт сжимаемых добавок на практике может применяться для снижения давления набухающего грунта на заглубленные в него сооружения.

Между давлением набухания и свободным набуханием существует линейная зависимость, что установлено на основе испытаний десяти видов глинистых грунтов.

Грунт с нарушенной структурой

Рассмотрим влияние нарушения структуры грунта на набухание. Установлено, что грунты одного и того же вида, имеющие одинаковый вещественный состав, дисперсность, начальную влажность и плотность, имеют различное значение набухания в зависимости от их структуры. Например, образцы нарушенной структуры хвалынской глины при плотности 1,3 г/см3 набухают примерно в 2,5 раза больше, чем ненарушенные природные образцы.

Рассмотрим значения свободного набухание для различных глин нарушенной и ненарушенной структуры и отношения между этими величинами. Данные подтверждают наличие структурных связей в грунтах.
Величину структурной связности можно определить экспериментальным путем на основе использования следующих предпосылок. При нарушении структуры практически разрушаются внутренние необратимые связи в грунте, препятствующие его набуханию. Поэтому образцы грунта ненарушенной структуры будут набухать меньше, чем образцы нарушенной структуры. Это уменьшение набухания эквивалентно действию внешнего давления, которое равно структурной связности грунта.

Значение структурной связности и структурной прочности, определенные по компрессионной кривой, зависят от состояния грунта. Наибольшее значение структурной связности отмечается для образцов природной структуры. Образцы нарушенной структуры — пласты — после набухания практически не обладают структурной связностью, т. е. отсутствуют внутренние силы, препятствующие набуханию грунта. Следовательно, по мере увеличения объема образца при набухании уменьшается структурная связность грунта. Это уменьшение обусловлено нарушением кристаллизационных связей и снижением молекулярного притяжения.

Из изложенного выше можно сделать следующие выводы:

  • при предварительном разуплотнении грунта вследствие его набухания снижается давление набухания;
    зависимость относительного давления набухания от степени предварительного разуплотнения грунта описывается показательной функцией;
  • в грунте нарушенной структуры начальная плотность и влажность в рассмотренном диапазоне их изменения не влияют на характер этой зависимости. Коэффициенты, входящие в уравнение аппроксимирующей кривой, постоянны для грунта данного минералогического состава;
  • в грунте естественной структуры увеличение начальной плотности приводит к более значительному снижению давления набухания при возможности предварительного разуплотнения по сравнению со снижением давления, развиваемого грунтом при полном отсутствии деформации набухания;
  • введение в грунт добавок сильно сжимаемого материала способствует снижению давления набухания.