Сопротивление скальных грунтов одноосному сжатию

Прочность скальных грунтов на сжатие колеблется в широких пределах. Наивысшие значения прочности наблюдаются у таких пород, как нефриты (до 5500 кГ/см2), базальты (до 4500 кГ/см2), мелкозернистые аплитовидные граниты и железистые кварциты (до 3800 кГ/см2), далее идут габбро и диабазы (до 3200 кГ/см2) и граниты (среднее значение 2640 кГ/см2). Осадочные и эффузивные породы имеют прочность меньше 2000 кГ/см2.

Влияние структуры (размер частиц, плотность, характер связей между частицами). Структурные факторы оказывают большое влияние на прочность породы. Например, установлено, что при увеличении пористости и трещиноватости микроклинового гранита от 0,63 до 1,07% прочность его на сжатие уменьшается от 2400 кГ/см2 до 1800 кГ/см2, а при их увеличении до 3,07%) прочность падает до 1130 кГ/см2. Значительное влияние пористости и трещиноватости на прочность породы прослеживается и для других пород.

У скальных пород прослеживается определенная тенденция в изменении прочности в зависимости от размера частиц. Известно, что породы мелко- и равномернозернистые имеют гораздо большую прочность, чем породы крупнозернистые, имеющие порфировидное строение.

Физико-химическое влияние среды на прочность горных пород. Окружающая физико-химическая среда (растворы электролитов и других веществ) влияет на механические свойства твердых тел, их деформируемость и прочность. Изменение свойств твердых тел, по П. А. Ребиндеру, обусловлено физико-химическими явлениями, протекающими на поверхности твердое тело — раствор, а именно: явлениями смачивания и адсорбции. Особенностью этих изменений свойств пород является их быстрота, что качественно отличает этот эффект от длительных изменений в результате таких явлений, как выветривание.

При смачивании и адсорбции поверхность твердого тела покрывается молекулами воды и растворенных в ней веществ, которые проникают в многочисленные микротрещины и места контактов между частицами, ослабляя связи между отдельными зернами, результатом чего является уменьшение прочности скальной породы. Снижение прочности скальных пород в результате насыщения их водой является временным, до известной степени обратимым процессом, так как после высыхания порода восстанавливает свою прочность.

В инженерно-геологической практике оценка прочности скальных пород на одноосное сжатие производится для воздушно-сухих и для полностью водонасыщенных образцов породы. Способность скальных пород уменьшать свою прочность при водонасыщении оценивается показателем размягчаемости.

Показатель размягчаемости породы — важный классификационный признак. По величине Kр различают следующие категории скальных пород: 1—0,9 — неразмягчающиеся, 0,9—0,75 — средней размягчаемости, менее 0,75 — сильно размягчающиеся.

Особенно заметным снижением прочности при увлажнении обладают мергели, глинистые сланцы, песчаники и конгломераты с глинистым, известковистым и гипсовым цементом.

Прочность монолитных, малопористых скальных пород при их насыщении водой понижается незначительно. Однако при наличии развитой сети микротрещин прочность даже в массивных мелкозернистых скальных породах при насыщении их водой может снижаться на 15—20%. В таких пористых породах, как песчаники и известняки, прочность на сжатие при насыщении водой уменьшается до 25—45%.