Кажущееся и действительное сцепление грунта. Размокание

Явление усадки связных грунтов под воздействием давления на скелет грунта, возникающего в связи с поверхностным натяжением воды в менисках в капиллярах грунта при его усыхании, уже подвергалось рассмотрению ранее. Такое же давление, но с меньшей интенсивностью, воздействует на скелет водонасыщенной массы зернистого грунта при его усыхании. Это давление меньше по сравнению с давлением в аналогичных условиях в связных грунтах, ввиду того что сыпучие грунты характеризуются значительно большим диаметром пор. По этой причине в массе песка и не отмечают никакой усадки, поддающейся количественной оценке, тем более что округлая форма зерен песка образует намного более жесткий скелет по сравнению со скелетом из гибких тонких пластиночек глинистых частиц. Тем не менее это капиллярное давление придает песку некоторую небольшую прочность на сдвиг даже по его поверхности за счет прижатия зерен друг к другу, что обеспечивает появление трения между ними. Это незначительное сопротивление сдвигу в толще неограниченной массы влажных зернистых грунтов обычно рассматривается как кажущееся сцепление, так как оно исчезает, как только прекращается поверхностное натяжение менисков в порах грунта в результате повторного его насыщения или же при полном его высыхании. Это вызывает необходимость осторожного учета кажущегося сцепления в строительной практике. Известен случай, когда одна глубокая выемка была заложена в толще слегка влажного чистого песка. При этом предполагалось, что угол естественного откоса песка в природных условиях равен 45°. Откосу было придано заложение 1:1, и он был сразу же замощен. На практике он оказался слишком крутым в связи с тем, что влияние кажущегося сцепления на песок было лишь временным и прекратилось, как только песок в откосе стал сухим. Откос вместе с отмосткой потерял устойчивость и ополз, стремясь принять положение, соответствующее действительному углу естественного откоса песка.

Действительное сцепление в глинистых грунтах вызывается реально существующими в грунте внутренними связями, возникающими на контакте глинистых частиц под действием электрохимических сил притяжения. Это сцепление зависит от многочисленных факторов, изучение большинства которых является задачей соответствующих разделов физики грунтов и коллоидной химии. Детальное ознакомление с этими факторами имеет существенное значение для таких отраслей строительной механики грунтов, как их закрепление, где свойства, определяющие связность относительно небольшого объема поверхностных горизонтов грунта, изменяются и улучшаются путем соответствующей химической обработки. Вместе с тем для инженеров, занимающихся строительством фундаментов или возведением земляных сооружений и оперирующих большими массами грунтов в природных условиях их залегания, обычно бывает достаточным общее понимание влияния, которое могут оказывать на сопротивление глинистых грунтов сдвигу природные факторы химического характера. Подробное изучение факторов, поддающихся контролю и способных влиять на результаты определения полного сопротивления грунтов сдвигу в соотношении с действительными его значениями в натурных условиях, является, однако, желательным для инженеров-строителей любого профиля.

Действительное сцепление может иногда возникать даже в песчаной массе, если в ней присутствует какое-либо цементирующее вещество для связывания между собой зерен песка в его сухом, влажном или водонасыщенном состоянии. В сухих глинах действительное сцепление не может быть определено отдельно от кажущегося. Насыщение грунта водой, как таковое, не оказывает влияния на действительное сцепление в глинах, хотя, как будет показано ниже, любое увеличение объема грунта вызывает уменьшение сопротивления глин сдвигу. Однако это явление возникает, по-видимому, из-за увеличения расстояния между частицами, что ведет к уменьшению сил взаимного притяжения между ними. При этом условии сцепление в глинах может быть постепенно, но полностью уничтожено в результате их водонасыщения, если оно сопровождается размоканием грунта, представляющим собой по существу поверхностное явление. Если глина во внешних поверхностных горизонтах толщи подвергается разбуханию и в связи с этим деформируется в большей степени, чем подстилающие глинистую толщу породы, то возникающее при этом относительное смещение пластов грунта может привести к отделению поверхностного слоя, его разрушению и последующему его сносу под воздействием агентов денудации. Этот процесс может многократно повторяться и постепенно распространится от поверхности толщи по ее глубину.