МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГРУНТОВ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА
ДОРОГ
К механическим свойствам дорожно-строительных материалов относятся:
прочность, твердость, истираемость, сопротивление удару, упругость,
хрупкость. Из перечисленных свойств грунтов, как материалов для
дорожного строительства, наиболее важны прочностные свойства при сжатии
от воздействия вертикальных нагрузок. В результате действия вертикальных
нагрузок от проходящего транспорта и массы самих дорожных
конструкций грунты в конструктивных слоях дорожной
одежды, земляном полотне, основаниях земляного полотна и водопропускных
труб деформируются, причем при незначительных нагрузках происходят
деформации сжатия, при больших — сжатия и сдвига (рис. 3.4).
Явление сдвига для большинства дорожных конструкций не только
нежелательно, но и недопустимо. Деформации грунтов при сжатии могут быть
упругие (обратимые), которые при снятии нагрузки исчезают, и остаточные
(необратимые). Общая деформация равна сумме этих двух деформаций. При
упругой деформации происходит сжатие твердых частиц и частичное
выжимание пленочной воды в местах контакта между частицами. При снятии
нагрузки происходит упругое восстановление пленки воды и самих твердых
частиц. Остаточные деформации в основном возникают в результате
взаимного смещения грунтовых частиц и структурных агрегатов, выжимания
свободной воды и воздуха из пор грунта, сжатия и выжимания пленочной
воды. Укладка грунтовых частиц и структурных агрегатов становится более
плотной. Эти явления приводят к уплотнению грунта.
Грунты, способные воспринимать те или иные нагрузки без образования
деформаций сжатия или сдвига выше допустимых, называются устойчивыми.
Устойчивость грунтов — величина переменная и в основном зависит от
степени их пористости и влажности.
Прочностные и деформативные свойства грунтов характеризуются модулем
деформации, модулем упругости и сопротивлением сдвигу. Модуль деформации
определяется экспериментальным путем по формуле
Сопротивление сдвигу определяют по ГОСТ 12248—78 на
приборе одноплоскостного среза (см. рис. 3.5). Для этой цели также можно
использовать прибор ДорНИИ, сдвиговой прибор Маслова — Лурье и др. [1,
26].
Прочность грунта зависит от его плотности. С увеличением плотности
грунта прочность возрастает, причем максимальная плотность грунта
достигается только при оптимальной влажности. Величину оптимальной
влажности и максимальной плотности определяют на приборе для
стандартного уплотнения грунтов СоюздорНИИ (рис. 3.7), руководствуясь
ГОСТ 22733—77.
Физико-механические свойства грунтов в корне меняются при их замерзании.
В грунтах образуются кристаллы льда, которые цементируют грунтовые
частицы и агрегаты, придавая грунту высокую прочность,
водонепроницаемость и трудность разработки. Предел прочности мерзлого
грунта при сжатии достигает 6 МПа, во много раз увеличивается и
сопротивление сдвигу. Как известно, при замерзании вода увеличивается в
объеме. Один объем воды образует 1,091 объема льда, поэтому объем
мерзлого грунта больше объема талого грунта. Например, при пористости
глинистого грунта около 50 % и при заполнении всех его пор водой объем
грунта увеличивается на 4%.
Замерзание воды является основной причиной образования на автомобильных
и железных дорогах пучин.
Качество проектирования и строительства дорог во многом зависит, как
показал опыт, от того, насколько были правильно и точно определены, а
при строительстве учтены физико-механические свойства грунтов. Поэтому
совершенно неслучайно этой проблеме уделяется большое внимание и в
последние годы разработаны новые методы и приборы для определения
физико-механических свойств грунтов, базирующиеся на последних
достижениях науки и позволяющие более точно и широко определять их
свойства.
При изучении грунтов начинают применять фотоаналитиче-ские,
электронно-оптические и радиометрические методы. Гораздо шире стали
использовать пенетрационные методы. Грунтовые лаборатории оснащают
электронными весами, оптическими анализаторами,
плотномерами-пенетрометрами, электронно-оптическими системами и другими
современными приборами [1, 26].
