Свойства мерзлых грунтов изменяются в зависимости от ряда факторов и прежде всего в зависимости от температуры и влажности. Особенно велика эта зависимость в пределах от 0 до — 10,°, когда замерзает значительная часть воды и растворов солей, находящихся между частицами грунта. При этом чем больше в мерзлом грунте незамерзших воды или растворов солей, тем ниже его прочность.
В мерзлых песках с температурой от —2 до —5° в лед превращается вся вода, а в глинах, суглинках и пылеватых песках с температурой от —7 до —10° — только около половины ее, остальная же часть находится в незамерзшем состоянии. Поэтому скелетные грунты, замерзшие при влажности, близкой к полной влагоемкости, наиболее прочны и имеют наивысшие значения пределов прочности при сжатии (до 200 кг/см2), растяжении и сдвиге. Глинистые же грунты даже при температуре —50 — —60° содержат значительное количество незамерзшей капиллярной и пленочной воды и поэтому наименее прочны.
Предел прочности при сжатии при температуре — 10° в среднем составляет для мерзлых суглинков — 35—50 кг/см2, для супеси 55—80 кг/см2 и для песка 90—120 кг/см2. С понижением температуры предел прочности грунта повышается (рис. 3, а). Предел прочности грунта при растяжении составляет около одной трети предела прочности при сжатии.
Мерзлый грунт обладает вязкостью, что ослабляет полезное действие ударных инструментов.
Увеличение влажности грунтов до размеров полной влагоемкости повышает их, прочность в мерзлом состоянии, так как уменьшается количество пор, не заполненных льдом, который скрепляет в монолитное целое частицы грунта.
Рис. 3. Зависимость прочности при сжатии мерзлых грунтов (данные М. И. Сумгина и Н. К. Цытовича)
а — от температуры; б — от влажности
Дальнейшее же повышение влажности понижает прочность мерзлых грунтов, приближая ее к прочности льда тем больше, чем выше их влажность. Эта зависимость особенно резко выражается у песчаных грунтов (рис. 3, б).
Мерзлые грунты пластичны даже при отсутствии воздействия на них внешних сил; под нагрузкой же пластические деформации их достигают весьма значительных размеров и протекают гораздо быстрее. Основными факторами, обусловливающими возникновение пластических деформаций, являются величина внешней нагрузки и температуры мерзлых грунтов. Чем ближе последняя к 0° и чем больше нагрузка, тем больше величина пластических деформаций; при температурах, близких к 0°, они особенно значительны и опасны.
Оттаивание глинистых грунтов сильно снижает их прочность при последующем замораживании; при первичном замораживании в глинистых грунтах образуются трещины, заполняемые льдом и поэтому не снижающие прочности грунта; при повторном же замораживании после оттаивания трещины оказываются пустыми, не заполненными льдом, таким образом, лед не цементирует отдельные куски грунта, что снижает его прочность.
При замерзании насыщенных водой крупнообломочных песчаных (вплоть до мелкого песка) грунтов трещины в ник не образуются и снижение прочности после опаивания не наблюдается.
Отмеченные свойства мерзлых грунтов в основном относятся также к снегу и льду и имеют существенное значение при использовании их в строительных целях. Предел прочности при сжатии пресноводного льда в среднем может быть при — 10° принят равным 30 кг/см2, при более низких температурах 40 кг/см2, предел прочности при изгибе составляет 15—25 кг/см2.