6.7. Особенности определения прочностных характеристик глинистых пород

В отличие от скальных и полускаскальных пород, характеризующихся малой пористостью и жесткими связями между минералами, глинистые породы (породы с глинистым и песчаным материалом) обладают высокой пористостью и слабой связностью частиц. Поэтому глинистые породы склонны в заметной степени уменьшаться в объеме при приложении нагрузки и сохраняться в измененном состоянии после ее снятия, т.е. способны уплотняться или, по-другому, консолидироваться. Влияние воды на физико-механические свойства глинистых пород гораздо выше, чем на те же свойства скальных и полускальных пород. Под влиянием воды происходит не только разуплотнение глинистых пород, но и изменение их деформационных характеристик (от почти хрупкого состояния вплоть до пластичного и текучего состояний).

Для глинистых грунтов выделяют следующие виды испытаний на прочность при сжатии (ГОСТ 30416-96): консолидированно-дренированное (с предварительным уплотнением образца и отжатием воды из образца в процессе всего испытания); консолидированно-недренированное испытание (с предварительным уплотнением образца и отжатием воды из образца только в процессе уплотнения); неконсолидированно-недренированное испытание (без предварительного уплотнения образца и без отжатия воды из образца в процессе всего испытания).

Для глинистых пород не производится определение предела прочности при растяжении. Однако находится предел прочности при сжатии. Согласно ГОСТ 26447-85, ГОСТ 12248-96 «Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости» для испытаний используются цилиндрические образцы с отношением высоты к диаметру -  = 2. Нагружение образцов до их разрушения ведется не менее 5…7 минут.

Для почти хрупких или хрупкопластичных пород при условии, что относительная продольная деформация к моменту разрушения - , предел прочности при сжатии вычисляется по формуле для скальных и полускальных грунтов. Если , то в формулу подставляют значение площади поперечного сечения образца перед разрушением. Величина этой площади рассчитывается в зависимости от формы деформируемой боковой поверхности образца (цилиндрической или бочкообразной (рис. 6.23г)) по значениям площади поперечного сечения образца перед испытанием и максимальной продольной деформации. При этом изменением объема образцов глинистых пород в результате испытаний можно пренебречь, т.е. считать их несжимаемыми. Это связано с тем, что даже заметное продольное укорочение компенсируется свободным расширением боковой поверхности.

Н апример, если в процессе испытаний форма боковой поверхности образца осталась цилиндрической, то с учетом несжимаемости образца справедливо - , где и - площадь поперечного сечения и высота образца до испытания, и - то же после испытания. Тогда в формулу для вычисления предела прочности при сжатии (6.25) величина площади поперечного сечения будет подставляться в виде - , где . Для пластичных глинистых пород, если при испытании разрушение образца не произошло, то в качестве величин разрушающего усилия и площади поперечного сечения принимают усилие и площадь, которые соответствуют - .

Когда разрушение образца происходит по наклонной площадке, можно определить сцепление и угол внутреннего трения породы согласно формуле (6.16), т.е. и (угол - отсчитывается от нормали к площадке разрушения до направления действия разрушающего усилия).

Сцепление и угол внутреннего трения так же находятся в результате испытаний методом одноплоскостного среза (ГОСТ 12248-96) согласно схеме, представленной на рис. 6.25. Согласно обозначениям, приведенным на рис. 6.25, нормальное напряжение определяется по формуле - , касательное – , где - площадь среза. Параметры - и паспорта прочности в форме закона Кулона вычисляются по методу наименьших квадратов. Для этого проводится не менее 3-х испытаний.