Влияние предварительного уплотнения на сжимаемость глинистых грунтов

Если образец глинистого грунта предварительно перемять при добавлении к нему воды до достижения им влажности, соответствующей пределу текучести и выше, а затем подвергнуть образец испытанию на уплотнение, то отвечающая опыту кривая зависимости коэффициент пористости — нагрузка, построенная на полулогарифмической шкале, будет иметь вид прямой (см. точки 1, 2 и 3 на рис. 6.6). Эта ветвь кривой иногда называется кривой первичного уплотнения, так как она, по-видимому, отражает процесс уплотнения толщи глинистых отложений в естественном залегании под действием собственного веса. Если затем произвести определенную по величине разгрузку образца, то будут получены точки 4, 5 и 6. Вторичное приложение нагрузки даст кривую, проходящую через точки 6, 7, 8 и 9. При новой нагрузке, превышающей нагрузку, достигнутую при первом нагружении, рассматриваемая зависимость будет выражаться прямой линией, параллельной первичной компрессионной кривой, проходящей через точку 10.

Форма кривой повторного уплотнения, проходящей через точки 6—10 на рис. 6.6, подобна кривой первичного уплотнения образца естественно уплотненной глины с ненарушенной структурой, обозначенной на рис. 6.5, б точками 1—8.

Это обстоятельство и результаты последующих испытаний по методу, нашедшему отражение на рис. 6.6, позволили Артуру Казагранде предложить эмпирический метод графического определения величины так называемой нагрузки предварительного уплотнения, т. е. величины наибольшей нагрузки, при которой толща глинистого грунта была уплотнена в ее геологическом прошлом. Этот метод иллюстрируется построением, показанным на рис. 6.7. Через точку наибольшей кривизны Л компрессионной кривой проводится касательная КН. Линия AC проводится так, что она делит пополам угол, образуемый касательной АН и горизонтальной линией AG. Прямолинейный участок DE компрессионной кривой продолжается до его пересечения (точка В) с линией AC. Вертикальная линия I—I, проходящая через точку В, будет показывать величину давления, соответствующего нагрузке предварительного обжатия и уплотнения.

Большая часть ранних исследований, посвященных этому вопросу, была проведена на ледниковых и других естественно уплотненных глинах, которые не подвергались высыханию. Для таких глин нагрузка предварительного уплотнения, определяемая в соответствии с методикой, показанной на рис. 6.7, близка к весу перекрывающей толщи грунтов, т. е. к весу пластов грунта, лежащих выше горизонта, откуда был взят испытываемый образец. Иногда же нагрузка предварительного уплотнения превосходит вес существующей перекрывающей толщи. В таких случаях обычно можно легко показать, что это превышение нагрузки соответствует весу толщи горных пород, бывших здесь в геологическом прошлом и снесенных в результате эрозии, или обусловливалось весом ледников, уплотнивших толщу покровных отложений в периоды последних оледенений. Однако более поздние исследования показали, что значительно более явно выраженное увеличение нагрузки предварительного уплотнения могло возникнуть от сжимающих усилий, связанных с усыханием глинистых грунтов и воздействующих на их скелет. Так, Чеботарев обнаружил, что некоторые глины в долине Нила в Египте были предварительно уплотнены, по-видимому, в результате многократно повторяющегося высыхания до состояния, эквивалентного нагрузке выше 9 т/фут2, в то время как нагрузка от перекрывающих пластов грунта не превышала 3 т/фут2. Подобные сообщения поступали из Техаса и других мест.

Новые исследования показали, что сильное предварительное уплотнение грунтов может возникать также и от воздействия на грунт химических процессов. Изученные Чеботаревым современные пылеватые глинистые отложения в соленой воде, которые никогда не подвергались высушиванию или давлению перекрывающих пластов, превышающему 0,45 т/фут2, тем не менее отвечали нагрузке предварительного уплотнения 5,7 т/фут2. Эти и другие необычные свойства описываемого грунта могут быть объяснены химическим на него воздействием.

Нарушение структуры глинистого грунта в образце, даже только частичное, связанное, например, с отбором образца из толщи, приводит к понижению значения нагрузки предварительного уплотнения, определяемой по компрессионной кривой, в связи с уменьшением в этом случае ее кривизны. Таким образом, если лабораторное испытание показало, что нагрузка предварительного уплотнения меньше, чем давление перекрывающих слоев породы, то это еще не обязательно свидетельствует о том, что консолидация грунта завершилась не полностью.

Приведенные выше замечания имеют целью предупредить против некритического приписывания чрезмерного практического значения полученным в лабораторных условиях величинам нагрузок предварительного уплотнения. Их значение в нашей практике в прошлом преувеличивалось.