§ 2. Физико-механические свойства

К этой группе относятся характеристики грунтов, на основании которых делаются расчеты прочностных и несущих свойств непосредственно для строительства. Эти характеристики определяются на основании физических свойств грунтов.

Сжимаемость грунта определяется способностью пор уменьшаться в своем объеме под нагрузкой вследствие более плотной укладки в грунте слагающих его частиц. Иными словами, сжимаемость грунта – это деформация без разрушения. При этом пористость n и коэффициент пористости e уменьшаются. Очевидно, что сжимаемость свойственна только нескальным дисперсным породам (грунтам). Скальные породы, даже обладающие высокой пористостью (пемза), вследствие наличия у них жестких внутренних связей, практически несжимаемы.

Деформируемость горной породы (или грунта) под нагрузкой определяется ее прочностью. Вместе с тем в конечном итоге прочность определяется их сопротивляемостью пород или грунтов сдвигу, которая в общем виде может быть представлена зависимостью:

,

где - действующее напряжение (нагрузка);

-угол внутреннего трения;

- жесткое структурное сцепление.

Природа внутреннего трения в грунтах. Все грунты и породы состоят из частиц определенного размера и шероховатости. При соприкосновении и прижатии одной частицы к другой, между частицами возникают силы трения, проявляющиеся при взаимном их смещении. Силы трения характеризуются коэффициентом трения f, который может быть выражен через угол внутреннего трения φ.

Природа структурного сцепления. Структурное сцепление придает породе (грунту) определенную жесткость, твердость. Этот вид сцепления обусловлен наличием в породе некоторых жестких связей, действующих между слагающими ее частицами. Структурное сцепление особенно характерно для скальных пород, где оно практически определяет прочность породы. В глинистых грунтах структурное сцепление выражено значительно менее ясно. В сыпучих грунтах структурное сцепление практически отсутствует, только у плотных разностей возникает некоторое взаимное зацепление зерен, что может рассматриваться, как проявление структурного сцепления.

Показатель, который характеризует водопроницаемость породы (грунта) и зависит от ее пористости или трещиноватости, называется коэффициентом фильтрации . Величина коэффициента фильтрации зависит не только от пористости или трещиноватости, но и от напора фильтрующейся через породу воды. В общем случае, наибольшие коэффициенты фильтрации у крупнообломочных сыпучих грунтов (галечников, гравийников) и сильнотрещиноватых пород, наименьшие – у глинистых грунтов и монолитных пород.

Дополнительные деформации грунтов, находящихся под нагрузкой, проявляющиеся под воздействием дополнительных факторов, называются просадкой (или просадочностью некоторых грунтов). К просадочным грунтам относятся лессы и лессовидные суглинки, обнаруживающие свои просадочные свойства при замачивании, мерзлые грунты, проявляющие просадочность при оттаивании, и водонасыщенные песчаные рыхлые грунты, проявляющие просадочность при встряхивании (вибрации).

К группе физико-механических свойств можно отнести и сопротивление одноосному сжатию, рассмотренное в предыдущем разделе.

Значительно реже определяют такие характеристики скальных грунтов, как сопротивление сколу, растяжению, изгибу, кручению.