1.1 Просадочность лёссовых пород и просадка толщи

Просадочность - важнейшее инженерно-геологическое свойство ряда горных пород. Оно выражается в их способности под действующей нагрузкой (от собственно веса толщи или дополнительной нагрузки от сооружения) при увлажнении (замачивании) уменьшать свой объем, т.е. проявлять дополнительное уплотнение. Процесс реализации последнего, развивающегося во времени, как правило с большой скоростью, и получил название "просадка”, а горные породы, ее проявляющие называются просадочными [1].

К просадочным грунтам относятся лессовые породы, некоторые разности мелких и пылеватых песков (в частности, засоленных, с повышенной прочностью межчастичных связей), вулканических пеплов и искусственных водоненасыщенных грунтов.

Просадочность лессовых пород обусловлена особенностями их состава, состояния и строения. Здесь в первую очередь наиболее важными являются следующие пять позиций:

лессовые породы представляют собой структурированные песчано-глинисто-пылеватые дисперсные системы с резким преобладанием пылеватых частиц и обладают малой гидрофильностью, что обусловливает отсутствие или очень малую величину потенциального их набухания при увлажнении;

просадочный грунт повышенная этажность

лессовые породы характеризуются низкими значениями плотности скелета и высокой пористостью (42-55% и даже несколько выше), причем среди пор преобладают поры открытые;

эти породы до момента замачивания обладают низкой природной (естественной) влажностью и соответственно твердой или полутвердой консистенцией;

в лессовых породах в различных, нередко больших количествах (до 10% и более) присутствуют карбонаты и водно-растворимые соли, которые в условиях невысокой природной влажности обуславливают структуру переходного (коагуляционно-цементационного) типа с высокой прочностью структурных связей и всего грунта в целом;

Прочность такой структуры в лессовых породах резко по величине и быстро во времени падает при водонасыщении (вплоть до практически размокания небольших образцов, помещенных в спокойную воду) [1].

Просадка грунтов - это сложный физико-химический процесс. Основным его проявлением является уплотнение грунта за счет перемещения и более компактной укладки отдельных частиц и их агрегатов, благодаря чему понижается общая пористость грунта до состояния, соответствующего действительному давлению. В связи с повышением степени плотности грунта после просадки прочностные характеристики его несколько возрастают. При дальнейшем увеличении давления процесс уплотнения лессового грунта в водонасыщенном состоянии продолжается, вместе с этим увеличивается и его пористость.

Изложенное выше показывает, что необходимыми условиями для проявления просадки грунта являются:

наличие нагрузки от собственного веса грунта или фундамента, способность при увлажнении преодолевать силы связности грунта;

достаточное увлажнение, при котором в значительной степени снижается прочность грунта.

Под совместным влиянием этих двух факторов и происходит просадка грунта.

Наличие и величина просадочности лёссовых пород четко отображаются на компрессионной кривой, которая обычно строится в координатах коэффициент пористости (е) - давление (Р). Эта кривая для просадочных разностей грунтов имеет очень характерную форму, обусловленную резким, скачкообразным уменьшением коэффициента просадочности под действующим давлением при замачивании. На рисунке 1 отображен график компрессионной кривой, отрезок аб отображает характер уплотнения природного грунта с низкой величиной естественной влажности под нагрузкой; участок бв соответствует реализации просадочных свойств - просадке грунта при замачивании при данном давлении, а отрезок вг - уплотнению просевшего увлажненного или водонасыщенного грунта при возрастании действующего давления.

Рисунок 1 - Кривая компрессионного испытания просадочной лёссовой породы, замоченной при нагрузке 0,3 МПа [1]

Величина отрезка бв, характеризующая изменение коэффициента пористости при данном давлении при замачивании. Кроме того, надо иметь в виду, что, поскольку величина просадки зависит от давления, действующего на грунт при замачивании, значения коэффициента макропористости оказываются разными при неодинаковых нагрузках.

Характер развития просадки во времени определяется как особенностями лёссовых пород, так и особенностями повышения их влажности (до значений, превышающих начальную просадочную влажность), видом источника замачивания и динамикой изменения действующей нагрузки [1].