Для характеристики деформационных свойств грунтов используются: модуль деформации E (модуль упругости Еу и модуль общей деформации Еобщ), коэффициент поперечного расширения р., модуль сдвига G и модуль объемного сжатия К.
Показатели деформационных свойств в пределах справедливости закона Гука связаны определенными зависимостями, которые позволяют по двум любым показателям определять остальные.
Модуль упругости Eу равен отношению напряжения при одноосном сжатии к относительной обратимой деформации.
Испытания образцов на одноосное сжатие являются простейшими и применяются для прочных скальных, полускальных, мерзлых и плотных глинистых грунтов, из которых можно вырезать образец цилиндрической и призматической формы с диаметром или стороной поперечного сечения 40— 45 мм. Особенностью такого испытания является отсутствие боковых напряжений (σх=σу=0), т.е. возможность свободных боковых деформаций грунта (εх = εу—∞).
Согласно рис. 1а относительная деформация образца грунта
(5.1)
Рис. 1. Испытание грунта на одноосное сжатие: а — схема испытания; б — диаграмма деформаций
Связь между напряжением и деформацией устанавливается согласно известному из сопротивления материалов закону Гука σ=εЕ, где Е— модуль упругости грунта.
Таким образом, испытание грунта на одноосное сжатие в наименьшей степени соответствует действительным условиям деформирования грунта в массиве, так как не учитывает реакции окружающего его грунта, который ограничивает боковые перемещения.
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.
Связность (сцепление) грунтов проявляется как при их разрыве, так и при сдвиге. Разрыв грунта происходит под действием растягивающих нормальных давлений, возникающих в массиве грунта в результате действия гравитационных сил (на бровке откоса), горизонтального давления воды (в основании верхней грани плотины), неравномерного термического расширения и сжатия, а также усадки различных участков породы и т. д. Под действием растягивающих давлений происходит разрыв грунта, что морфологически выражается в появлении трещин отрыва, отделении одной части грунта от другой. Поверхность трещин отрыва имеет характерный рисунок, по которому их отличают от трещин сдвига.