Задать вопрос
+7-932-129-43-76
+7-932-129-48-92
Задать вопрос
Быстро и надежно

Прочность грунта на сжатие (одноосное сжатие)

Прочность грунта на сжатие – это его устойчивость к вертикальным сжимающим нагрузкам. Показатель определяется соотношением силы давления, при которой образец разрушается, к площади его сечения до начала испытаний. Обозначается такая прочность буквами Rc, измеряется в МПа (мегапаскалях).

При одноосном сжатии имитируется давление на грунт фундамента здания. Показатель позволяет правильно рассчитать нагрузку, которую может выдержать грунт в основании сооружений, дорог или насыпей. Больше всего он влияет на несущую способность и усадку.

Если грунт слабый, под весом фундамента он будет разрушаться и деформироваться. Это приведет к перекосу здания, появлению трещин в стенах. На дорожном полотне из-за слабого основания образуются ямы. Чтобы этого не случилось, нужно правильно рассчитать давление – оно не должно превышать прочность основания. При необходимости грунты укрепляют трамбовкой, частично или полностью заменяют более прочными разновидностями (скалой, гравием, щебнем).

Порядок проведения испытаний

Методика описана в ГОСТ 12248-2010. Для проведения опыта берут грунт с ненарушенным сложением. Требования к образцу отличаются в зависимости от типа грунта.

Для скального и полускального (крупнообломочного, трещиноватого, песчаного):

  • Форма – цилиндр или куб
  • Диаметр сечения (стороны куба) – 40-100 мм (для трещиноватого – не менее 60 мм)
  • Соотношение высоты к диаметру (стороне куба) – 1,8:2
  • Максимальный размер частиц – 1/10 диаметра или стороны куба
  • Не допускают к испытанию трещиноватый грунт с дефектами, полностью нарушающими целостность образца

Для глинистого грунта:

  • Форма – цилиндр
  • Диаметр – не менее 38 мм
  • Соотношение высоты и диаметра – 1,8-2,5
  • Максимальный размер включений и агрегатов – до 1/6 диаметра

Инструментарий для проведения опыта:

  • Пресс с отполированной поверхностью для создания вертикальной нагрузки
  • Прибор для измерения вертикальной и поперечной деформации грунта

Образец устанавливают по центру опорной плиты пресса и приступают к испытанию:

  1. Пресс плавно и без ударов опускают на грунт. Скорость нагружения увеличивают ступенями, приблизительно по 0,1-0,5 МПа/с для полускального и скального грунта либо на 0,5-2% в минуту для глинистого (заметьте, что для разных грунтов используются различные вычисления).
  2. Затем измеряют вертикальную деформацию с точностью до 0,01 мм для глинистого грунта и до 0,001 мм для остальных. Во время испытания записывают минимум 10 результатов.
  3. Исследования проводят до тех пор, пока грунт не начнет разрушаться. Глинистые образцы могут долго сохранять свою целостность. Поэтому их прочность на сжатие определяют в момент, когда деформации достигают 15% от первоначальной высоты.

После завершения опыта предел прочности вычисляют по формуле:

Формула для вычисления предела прочности грунта на сжатие

Прочность на одноосное сжатие разных типов грунтов

Прочность на одноосное сжатие отличается у разных типов грунтов. На нее влияют как строение материала, так и внешние факторы.

Прочность на одноосное сжатие скальных грунтов

Скальные грунты относятся к самым прочным материалам. Но показатель в этой группе меняется в зависимости от целого ряда факторов.

На него влияют:

  • Структурные особенности грунта
    Самыми прочными являются связи в кристаллических решетках минералов горной породы, которые преобладают в магматических и метаморфических грунтах. Почти не уступают им цементационные, образованные глинистыми минералами, известняком, железистыми и кремнистыми соединениями. Они встречаются во всех типах скальных грунтов. Гораздо слабее смешанные и коагуляционные контакты между частицами, которые быстро растворяются в воде.
  • Дисперсность
    Скальные грунты – это неоднородные материалы. Они состоят из зерен разного размера, прочно связанных между собой кристаллическими или цементационными связями. Чем больше выражена зернистость, тем лучше грунт переносит вертикальные нагрузки. Крупные кристаллы менее устойчивы к нагрузкам, чем мелкие.
  • Дефекты
    Чем больше в грунте дефектов (в кристаллических решетках, внутри агрегатов и конгломератов, между разными частями массива), тем легче он поддается разрушению. Наибольшей прочностью обладают однородные скальные и метаморфические грунты с минимальным количеством дефектов – гранит, мрамор, кварцит.
  • Выветрелость, пористость и трещиноватость
    Эти три параметра тесно связаны между собой. Чем больше степень выветривания грунта, тем больше в нем появляется трещин и пор разного размера. Это негативно сказывается на прочности материала при одноосном сжатии.
    Наибольшей выветрелостью обладают грунты, которые располагаются близко к поверхности. Осадочные породы быстрее разрушаются под воздействием факторов внешней среды, чем магматические или метаморфические.
  • Влажность
    Вода и растворенные в ней соли – это агрессивная химическая среда. Она проникает в мельчайшие поры и трещины, способствует ослаблению и разрыву связей между минералами. Влага действует на грунты как растворитель, порода под ее действием размягчается. Такое явление наиболее свойственно осадочным грунтам – загипсованным известнякам и доломитам. Это способствует снижению сопротивления грунта вертикальной нагрузке.
    Прочность может временно повышаться при полном заполнении пор грунта жидкостью. Но после отжатия воды под действием пресса он снижается.

В таблице представлена прочность на одноосное сжатие некоторых скальных грунтов.

Таблица прочности на одноосное сжатие скальных грунтов

Большая разница между минимальным и максимальным показателем связана со степенью выветрелости и трещиноватости грунта. Они зависят от расположения массива. Чем ближе он к поверхности земли, тем более разрушающее действие оказывает на грунт внешняя среда. На показатель в каждом конкретном случае могут также повлиять минеральный состав и наличие слабых пород.

Как видно из таблицы, самой большой прочностью при одноосном сжатии обладают магматические грунты. Среди них выделяются гранит, диорит, базальт и габбро. Почти не уступают им кварциты из группы метаморфических грунтов. Высокой прочностью также обладает известняк с включениями кварца.

Скальные и полускальные грунты разделяются на типы по прочности на основе сопротивления одноосному сжатию (ГОСТ 25100-2020).

Информацию об этом вы найдете в таблице.

Классификация скальных и полускальных грунтов по прочности на одноосное сжатие

Прочность на одноосное сжатие дисперсных грунтов

Дисперсные грунты состоят из отдельных частиц разного размера. Они могут связываться между собой в конгломераты и агрегаты. Контакты между зернами цементационные, коагуляционные, физические (за счет силы трения).

Прочность дисперсных грунтов намного ниже, чем у скальных.

На показатель влияют такие факторы:

  • Минеральный состав
    Он во многом определяет тип связей между частицами и дисперсность грунта. Глинистые минералы (монтмориллонит, каолинит) способны связывать воду, за счет чего возникают дополнительные коллоидные связи между отдельными частицами. Дисперсность монтмориллонитовых грунтов выше, чем у коалинитовых, поэтому и контактов между отдельными зернами больше. Такие глинистые грунты обладают большей прочностью на сжатие.
    Показатель зависит и от содержания катионов в грунте. Она увеличивается при высоком содержании натрия, гидрата азота, марганца, снижается при появлении магния, кальция и калия. Самые низкие показатели у грунтов с высоким содержанием алюминия.
  • Сложение
    В естественном сложении дисперсный грунт обладает большей прочностью. При нарушении его природной структуры разрушается часть физических и коагуляционных контактов, что делает грунт более чувствительным к нагрузкам.
  • Слоистость
    Прочность возрастает, если давление прикладывается перпендикулярно грунтовых слоев.
  • Влажность
    От количества влаги зависит консистенция грунта. Она бывает твердой, полутвердой, пластичной и текучей. Лучше всего сопротивляются вертикальному давлению твердые и полутвердые глинистые грунты. В них преобладают прочные цементационные связи. При увеличении влажности контакты ослабевают, на первое место выходят слабые коагуляционные связи. Поэтому грунт теряет прочность.
  • Плотность
    При одноосном сжатии плотность увеличивается, а вместе с ней растет и прочность. Но эта закономерность нелинейная. В определенный момент, при максимальной плотности, показатель прочности почти не меняется.
  • Гранулометрический состав
    При вертикальных нагрузках крупные зерна разрушаются быстрее, чем мелкие. Поэтому неоднородные грунты с крупными включениями более слабые, чем мелкозернистые.

Среди дисперсных грунтов самой высокой прочностью обладают литифицированные (окаменевшие) сухие глины. Но при повышении влажности они довольно быстро теряют это качество.

Прочность на одноосное сжатие мерзлых грунтов

Основной фактор, который влияет на сопротивление сжатию мерзлых грунтов, – это включения льда. Они выступают цементирующим веществом и обеспечивают прочные контакты между отдельными частицами.

Самые высокие показатели наблюдаются при влажности 80-90%. Когда она возрастает, прочность на сжатие падает из-за морозного пучения. Показатель снижается, если температура приближается к нулю, так как это вызывает таяние леденистых включений.

Значение имеет и тот факт, в какой форме находится лед. Прочность высокая, когда в грунте есть много тонких прослоек льда (до 10-30 см в толщину). Мелкие кристаллы в порах негативно влияют на показатель. Снижается способность к сопротивлению вертикальному давлению при наличии в грунте массивных ледяных глыб (с толщиной, превышающей 30 см).

Прочность грунтов на сжатие важно определять перед началом любого строительства. Она позволит правильно рассчитать тип фундамента, этажность здания. Правильно вычислить показатель могут только специалисты. Поэтому экономить на профессиональных геодезических исследованиях не стоит.

О других видах прочности грунтов читайте в наших статьях:

Также рекомендуем вам ознакомиться с нашей общей статьей Прочность грунта.