Прочностные характеристики просадочных грунтов

Прочностными характеристиками просадочных, как и обычных, грунтов являются удельное сцепление  и угол внутреннего трения, которые зависят в основном от их степени влажности, структурной прочности и в меньшей мере плотности. С повышением влажности просадочного грунта до полного водонасыщении сцепление снижается в 2—10 раз, угол внутреннего трения в 1,05—1,2 раза. С увеличением структурной прочности прочностные характеристики и, особенно, сцепление возрастают. Так же, как и для обычных грунтов при повышении степени плотности сцепление  и угол внутреннего трения   возрастают.

В связи с изложенным выше прочностные характеристики просадочных грунтов должны определяться с учетом степени их влажности при, как минимум, двух состояниях: при природной или установившейся влажности, которая будет в процессе строительства и эксплуатации, и в водонасыщенном состоянии. При достаточно большом объеме исследований целесообразно определять показатели для различной степени повышения влажности с тем, чтобы получить зависимости  и   от влажности в диапазоне ее изменения от природной до полного водонасыщения.

Исследования показали, что прочностные характеристики просадочных грунтов естественной структуры в водонасыщенном состоянии в значительной степени зависят от условий проведения испытаний на сдвиг и, в частности, от давления предварительного уплотнения. Анализ результатов исследований позволяет выделить три характерных стадии изменения прочностных характеристик просадочных грунтов.

На I стадии при увеличении давления предварительного уплотнения от нуля до величины, близкой к начальному просадочному давлению, сцепление  возрастает, а угол внутреннего трения   несколько снижается. Происходит это, по-видимому, от того, что при небольших уплотняющих давлениях и отсутствии просадки естественная структура грунта практически не нарушается и вторичное (цементационное) сцепление по Н. Я. Денисову сохраняется, а первичное (межмолекулярное) сцепление за счет некоторого увеличения степени плотности и сближения частиц грунта возрастает, что и приводит к увеличению полной величины сцепления. Одновременно с этим некоторое уплотнение грунта на этой стадии приводит к частичному проникновению мелких частиц в крупные поры, поверхности скольжения сглаживаются, что вызывает снижение угла внутреннего трения.

На II стадии при увеличении давления предварительного уплотнения до 0,2—0,25 МПа и соответствующей фазе просадки грунта происходит разрушение существующей структуры грунта. В результате этого резко снижается вторичное сцепление и, несмотря на некоторое повышение первичного сцепления от сближения частиц грунта при его уплотнении, полная величина сцепления уменьшается. С увеличением давления интенсивность снижения сцепления уменьшается. Угол внутреннего трения на этой стадии за счет существенного повышения степени плотности в результате просадки грунта и увеличения количества контактов между частицами грунта возрастает.

На III стадии после проявления просадки и наступления фазы послепросадочного уплотнения происходит незначительное повышение степени плотности вновь сформировавшейся структуры грунта. В связи с дальнейшим уплотнением грунта вторичное сцепление продолжает снижаться, а первичное возрастает. Соотношением их и определяется величина полного сцепления, которая, как правило, оказывается практически постоянной. В то же время угол внутреннего трения на этой стадии за счет некоторого повышения степени плотности и увеличения количества контактов между частицами продолжает возрастать.


С учетом изложенного выше в зависимости от поставленных задач по определению прочностных характеристик просадочных грунтов и условий их работы в основании фундаментов или в массиве грунта испытания на сдвиг в срезных приборах целесообразно выполнять по следующим трем схемам:
1-я схема — медленный сдвиг в условиях завершенной консолидации (с предварительным уплотнением образцов) при природной или установившейся влажности грунта, испытания по которой соответствуют случаям отсутствия замачивания и просадки грунта и используются в основном для расчета оснований при природной влажности.

2-я схема — медленный сдвиг в условиях завершенной консолидации при полном водонасыщении грунта, т. е. в условиях работы грунта после проявления его просадки, результаты определения прочностных характеристик по которой используются для расчета оснований в случаях замачивания грунтов и допущения возможных величин просадок.

3-я схема — быстрый сдвиг в условиях незавершенной консолидации (без предварительного уплотнения образцов) при полном водонасыщении грунта. Испытания по этой схеме соответствуют состоянию процесса просадки грунта и используются для расчета оснований, сложенных просадочными грунтами в процессе их замачивания и просадки.