Физико-химические факторы (концентрация электролитов в поровом растворе и состав обменных катионов) определяют кристаллохимические свойства поверхности глинистых частиц и, следовательно, их свойства. Увеличение концентрации электролитов в поровом растворе, а также наличие в обменном комплексе двух и трехвалентных катионов и калия способствует сжатию диффузного слоя (уменьшению толщины слоя рыхлосвязанной воды), в силу чего дисперсная система оказывается более плотной при данном давлении; между частицами в наибольшей степени проявляются силы взаимодействия (агрегирование), что выражается в увеличении прочности.
В наибольшей степени влияние физико-химических факторов сказывается на водонасыщенных рыхлых монтмориллонитовых и тонкодисперсных гидрослюдисто-монтмориллонитовых глинах. СС монтмориллонитовой глины существенно возрастает при замене обменного Na+ на Са2+ и Аl3+, тогда как природа обменных катионов каолинита практически не изменяет его СС. При вхождении в поглощающий комплекс монтмориллонита иона калия СС существенно возрастает. Обменный калий в силу своих химических особенностей (малый размер, отрицательная гидратированность) обладает способностью «встраиваться» в кристаллическую решетку монтмориллонитов и гидрослюд, и тем самым скреплять отдельные пластинки этих минералов прочной структурной связью, что приводит к увеличению плотности глин и их сопротивления сдвигу.
При концентрации электролитов порового раствора приблизительно равной 1 н. диффузные слои частиц оказываются практически полностью подавлены и между частицами формируются непосредственные, точечные контакты, что выражается в увеличении составляющей трения.
Влияние плотности на сопротивление сдвигу глин
Плотность глинистого грунта наряду с его дисперсностью и прочностью структурных связей является основным структурным фактором, определяющим его прочность. Установлено, что величины угла внутреннего трения (рέ и сцепления Сέ зависят от плотности и влажности глинистого грунта: С увеличением плотности (φέ уменьшается, а величина сцепления Сέ резко возрастает. Чем грубодисперснее грунт, тем резче происходит изменение (φέ с увеличением плотности грунта.