Статья опубликована в журнале Soil Mechanics and Foundation Engineering. Исследование проводилось в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030». Элювиальные твердые глины и песчаники имеют неоднородный состав. Они содержат элементы с различной плотностью и прочностью, а пространство между ними заполнено пылевато-глинистой массой. Когда вода проникает в грунт, эти цементирующие связи разрушаются, что приводит к увеличению пористости. При этом первоначальная плотная структура не восстанавливается даже после высыхания. Поэтому водонасыщение и размягчение таких грунтов отрицательно сказываются на их прочности.
Поскольку элювиальные твердые глины и песчаники часто служат основой для фундамента, ухудшение их механических свойств может привести к потере устойчивости зданий, а также к оседанию и обрушению конструкций. Решение этой проблемы возможно благодаря исследованиям ученых Пермского Политеха. Они совместно со специалистами Санкт-Петербургского горного университета провели эксперименты, чтобы выяснить, как изменяются характеристики грунтов при водонасыщении.
Эксперты подготовили образцы, каждый из которых подвергали испытаниям на устойчивость к вертикальным сжимающим нагрузкам, компрессионное сжатие, а также одноплоскостной срез для проверки сцепления и угла внутреннего трения. Эти характеристики имитируют давление фундамента здания, а полученные данные позволяют точно рассчитать давление, которое грунт может выдержать в основании сооружений.
На основании этих данных при проектировании фундаментов ученые Пермского Политеха и Санкт-Петербургского горного университета рекомендуют предусматривать защиту элювиальных грунтов во время вскрытия котлована, применять водозащитные мероприятия и оставлять в выработке грунтовый слой от пяти до 20 сантиметров – так называемый «недобор». Важно также избегать длительных перерывов в несколько месяцев и более при проведении земляных работ.
Исследование ученых позволяет учитывать изменения в механических характеристиках грунтов после водонасыщения, что, в свою очередь, поможет избежать аварийных ситуаций, снизить затраты на усиление грунтов в основании фундамента, а также повысить надежность и долговечность строящихся зданий.