Pro charakterizaci deformačních vlastností zemin se používají: deformační modul E (modul pružnosti Ey a modul obecné deformace Etotal), součinitel příčné roztažnosti p., smykový modul G a objemový modul K.
Ukazatele deformačních vlastností v mezích Hookova zákona souvisí určitými závislostmi, které umožňují určit zbytek pomocí libovolných dvou ukazatelů.
Modul pružnosti Eу je roven poměru napětí při jednoosém tlaku k relativní vratné deformaci.
Modul celkové deformace Etotal je roven poměru napětí při jednoosém tlaku k celkové relativní deformaci.
Podle doby trvání tlaku na zeminy se rozlišují: dynamický modul pružnosti El, statický modul pružnosti Ed a obecný deformační modul Etot. Mezi těmito moduly existuje následující vztah: Ed > Eу > Etotal
Rozdíl mezi statickým modulem pružnosti a modulem celkové deformace závisí na typu horniny a její struktuře: u hornin je poměr Ey k Etotu přibližně 2 a u sypkých jílovitých hornin může dosahovat několika řádů, protože k jejich deformaci dochází v důsledku výrazného zhutnění půdy.
Pro výpočet sedání konstrukcí při působení statického zatížení se používá hodnota rovnovážného modulu celkové deformace Etotal a při výpočtu deformací z. krátkodobá dynamická zatížení – hodnota Eу. Modul dynamické pružnosti Ed se používá především pro stanovení určitých korelačních vztahů.
Vliv mineralogického složení na elastické vlastnosti kamenitých půd. K dnešnímu dni bylo nashromážděno značné množství dat o elastických konstantách hlavních horninotvorných minerálů. Hodnota modulu pružnosti různých minerálů se pohybuje v širokém rozmezí. Minerály jako korund, pyrit, granáty, magnetit, hematit, jadeit, olivín, zirkon mají vysoké hodnoty modulu pružnosti rovné nebo vyšší než pružnost oceli (2•105 kg/cm 2 ). Pak přicházejí minerály s vysokou elasticitou: diopsid, epidot, augit, rohovec, fluorit, apatit. Takové minerály jsou rozšířeny v rozptýlených sedimentárních půdách; jako křemen, živce, slídy, kalcit, mají průměrnou elasticitu. A konečně jsou tu minerály (serpentýn, sádra atd.), které mají nízkou elasticitu.
V horninách s nízkou pórovitostí jsou elastické parametry přímo závislé na elastických konstantách minerálů, které je tvoří. Slídy tedy snižují elastické konstanty hornin a tmavě zbarvených minerálů a granátů –
zvýšit. Proto mají ultramafické horniny a eklogity obzvláště vysokou elasticitu. Elasticita plagioklasů závisí na jejich složení: s rostoucí zásaditostí se zvyšují elastické konstanty plagioklasů. V tomto ohledu zaujímají labrodority z hlediska své elasticity mezilehlé místo mezi kyselými a bazickými horninami. Jadeit, minerál typický pro zvláště husté horniny ve velkých hloubkách, má obzvláště vysokou elasticitu. Tato a další fakta ukazují, že elasticita minerálů a hornin je tím vyšší, čím vyšší tlak vznikly.
Eklogity, peridotity, amfibolity, pyroxenity, gabra a diabasy, tedy horniny patřící do ultrabazických a bazických intruzí, mají vysoké hodnoty modulu deformace, blízké modulu pružnosti bazických minerálů.
Vliv pórovitosti a lomu na modul pružnosti a modul obecné deformace hornin. Při zohlednění změny modulu pružnosti hornin, které mají podobné mineralogické složení, ale mají různou pórovitost, je zřejmé, že pro každou petrografickou skupinu hornin hodnoty modulu pružnosti klesají s rostoucí pórovitostí. U hornin s vysokou pórovitostí (n>10 %) bude modul pružnosti zcela určen vlivem pórovitosti.
Rozbití hornin je hlavním faktorem určujícím jejich deformovatelnost a pevnost. Povrch trhlin je obvykle hrudkovitý v důsledku přítomnosti makro- a mikroskopických výstupků a prohlubní. Proto může být skutečná kontaktní plocha dvou skalních bloků 100-100 000krát menší než geometrická kontaktní plocha. S ohledem na to, když se objeví tlaková napětí kolmá k rovině trhliny, na výstupcích a přilehlých zónách dochází ke koncentracím napětí, které překračují pevnost materiálu výstupků. V důsledku plastické deformace nebo křehkého lomu výstupků se obě plochy přiblíží k sobě. Současně se zvyšuje plocha skutečného kontaktu mezi povrchy a odolnost proti deformaci.
S rostoucím lámáním křemenných porfyrů ukazatele deformace prudce klesají, přičemž modul pružnosti výrazně převyšuje celkový modul deformace. To je vysvětleno skutečností, že pod tlakem horniny zažívají velké zbytkové deformace. Navíc, jak se lámání zvyšuje (zvyšuje se T nebo Ktr) se tento rozdíl zvětšuje. Uzavírání a uzavírání trhlin pod tlakem, které určuje výskyt zbytkových deformací, vede také k tomu, že celkový modul deformace pro druhý zatěžovací cyklus je 1,5–2krát vyšší než celkový modul deformace pro první zatěžovací cyklus.
Zvětrávání hornin vede ke vzniku a expanzi mikrotrhlin, oslabení vazeb mezi zrny a také ke změnám chemického složení hornin. Proto deformační a pevnostní vlastnosti hornin závisí na stupni jejich zvětrávání. Tabulka ukazuje, že s hloubkou klesá pórovitost žuly a zvyšují se ukazatele deformace a pevnosti. V hloubce 49 m je žula již natolik pevná, že její modul pružnosti se rovná celkovému modulu deformace.
Nepříznivý vliv lomu na deformační a pevnostní vlastnosti hornin s cementováním klesá. V tomto případě jsou trhliny vyplněny cementovou maltou, která po ztuhnutí zvyšuje odolnost horniny proti deformaci. V průměru se modul deformace hornin po cementaci zvýší 1,5krát.
Vliv vrstvení hornin na modul deformace. Když jsou vzorky vrstevnatých sedimentárních hornin stlačeny, modul deformace ve směru rovnoběžném s vrstvami je obvykle vyšší než modul kolmý k vrstvám. To lze vysvětlit tím, že v prvním případě odolávají tužší vrstvy horniny, zatímco ve druhém je stlačitelnost určována především deformací nejpoddajnějších vrstev, sevřených mezi tuhými jako mezi deskami. Je zřejmé, že časový faktor bude hrát výraznější roli ve druhém případě, protože deformace prvků tvrdého kamene bude probíhat rychleji.
Je třeba zdůraznit, že Poissonův poměr pro křemen je extrémně nízký (0,08), což je způsobeno rámovou strukturou jeho krystalové mřížky. Významný obsah křemene v hornině proto vede ke snížení hodnoty koeficientu. Ve skalnatých půdách se Poissonův poměr také pohybuje v úzkých mezích – 0,1-0,3. V závislosti na nárůstu pórovitosti klesá: u lasturových vápenců od 0,23 do 0,17, u organogenních vápenců od 0,27 do 0,23, u mramorovaných organogenních vápenců od 0,32 do 0,30. Ale jak přecházíme od hustých křemenců k poréznějším pískovcům, zvyšuje se z 0,10–0,14 na 0,18–0,29.
Pro rozptýlené půdy se Poissonův poměr pohybuje od 0,1 do 0,5. Vlhkost má velký význam: pro suchý písek c. rovná 0,1-0,25, pro nasycené vodou – 0,44-0,49.
Ve skalnatých půdách má lámání rozhodující vliv na hodnotu Poissonova koeficientu. V puklinové hornině bude pouze část celkové síly vynaložena na deformaci její souvislé části, druhá část bude vynaložena na uzavření trhlin a zničení výčnělků; výsledná expanze nezpůsobí expanzi celého vzorku.
Poissonův poměr. Poissonův poměr je ukazatelem schopnosti horniny měnit objem během deformace pod napětím. Poissonův poměr obvykle používaný ve výpočtech se týká elastické deformace.
Poissonův poměr hlavních horninotvorných minerálů se pohybuje v malých mezích: od 0,08 do 0,34. Lze rozlišit skupinu minerálů s nízkou hodnotou: od 0,08 do 0,16, která bude zahrnovat v rostoucím pořadí křemen, hematit, pyrit; pak skupina minerálů, u kterých se koeficient pohybuje od 0,21 do 0,29. Tato skupina je nejpočetnější a zahrnuje minerály, jako jsou živce, slídy a další silikáty. A konečně malá skupina minerálů má vyšší hodnotu koeficientu: od 0,31 do 0,34 – hadec, sádra, zirkon.
Poissonův poměr krystalů závisí na typu krystalové mřížky a směru napětí vzhledem ke krystalografickým osám. U hornin záleží na mineralogickém složení, lomu a pórovitosti.
