Свойства мерзлых грунтов

Свойства мерзлых грунтов зависят прежде всего от температуры и влажности. Эта зависимость особенно велика в пределах от 0 до —10°, когда замерзает значительная часть воды и растворов солей, находящихся между частицами грунта. При этом чем больше в мерзлом грунте незамерзшей воды или растворов солей, тем ниже его прочность. При температуре —10° предел прочности на сжатие мерзлых суглинков равен 35— 50 кг/см2, супеси 55—80 кг/см2 и песка 90—120 кг/см2. С понижением температуры предел прочности грунта повышается. Прочность на растяжение составляет около одной трети предела прочности на сжатие.

Мерзлый грунт обладает значительной вязкостью, благодаря чему осложняется его разработка ударными инструментами и машинами. С увеличением влажности до полной влагоемкости прочность грунтов в мерзлом состоянии повышается, а при большей влажности прочность мерзлых грунтов понижается.

Основными факторами, обусловливающими возникновение в грунте пластических деформаций, являются величина внешней нагрузки и температура мерзлого грунта. При температурах, близких к 0°, деформации грунта протекают быстрее, и они особенно значительны и опасны. Изменение пластичности мерзлых грунтов можно объяснить изменением количества связанной в них воды. Последняя, замерзая в порах грунта, переходит в лед, увеличиваясь в объеме. Этому сопротивляются смежные частицы грунта, который, не имея возможности расширяться в стороны, поднимается вверх — вспучивается, а при оттаивании — опускается. Вспучиванию подвержены слои грунта с влажностью выше критической (т. е. такой, при которой вода полностью заполняет все поры). Увлажнению грунтов способствует капиллярное всасывание ими грунтовых вод. Поэтому вспучивание возможно, если уровень их расположен на расстоянии, меньшем предельной высоты указанного всасывания, или имеется постоянный значительный приток поверхностной воды.

Вспучиванию подвержены главным образом мокрые и влажные пылевато-иловатые и глинистые грунты, а также мокрые водопроницаемые супесчаные и песчаные грунты с влажностью выше критической, что возможно при наличии подстилающего водонепроницаемого пласта. В таких случаях песчаный грунт должен быть дренирован. Пучины бывают коренные (или глубинные), связанные с грунтовыми водами, и верховые (или поверхностные), вызываемые атмосферными осадками, конденсацией в грунте водяных паров, а иногда наличием поблизости открытого водоема с переменным уровнем воды (вызывающим периодическое изменение уровня грунтовых вод). Наиболее опасны для прочности сооружений коренные пучины.

Пучение грунта сопряжено с просадками при оттаивании вследствие таяния ледяных линз, а также с фильтрацией талой воды в глубь грунта.