Содержание к диссертации
Введение
Глава 1: Распространение загипсованных грунтов, их свойства и влияние на строительство!, и эксплуатацию сооружений 9
1.1. Распространение засоленных и загипсованных грунтов 9
1.2. Образование засоленньтх и загипсованных грунтов, их состав и свойства 15
1.3.Аварии при строительстве сооружений на загипсованных грунтах. . 26
1,4. Выводы по главе 1 36
Глава 2: Методики экспериментального исследования свойств загипсованных грунтов 38
2.1: Исследуемая территория 38
2.2: Методика отбора образцов 38
2.3. Использованные методики лабораторных исследований состава и свойств грунтов 39
2.4. Выводы по главе 2 49
Глава 3: Рассмотрение результатов лабораторных исследований . 50
3.1 Исследование состава и свойства грунта 50
3.2. Фильтрационные и деформационные свойства 55
3.3. Сжимаемость загипсованных грунтов 61
3.4. Просадочность грунта 64
3.5 Сопротивление сдвигу 67
3.6. Результаты Испытаний выщелачивания способом Роува 68
3.7. Выводы по главе 3 76
Глава 4: Конструкции фундаментов зданий на загипсованных грунтах 79
4,1: Предисловие 79
4-2. Расчетная модель фундамента 81
4.3. Варианты конструкций фундаментов, предлагаемых для уменьшения осадки 87
4.3.1. Свайный фундамент 87
4.3.2 Противофильтрационная завеса 96
4.4. Выводы по главе 4 104
Основные выводы 105
Список литературы 108
- Образование засоленньтх и загипсованных грунтов, их состав и свойства
- Использованные методики лабораторных исследований состава и свойств грунтов
- Фильтрационные и деформационные свойства
- Варианты конструкций фундаментов, предлагаемых для уменьшения осадки
Введение к работе
Засоленные почвы и грунты распространены в аридных и полуаридных зонах земного шара. Такие грунты достаточно широко распространены практически на всех континентах. Одина из стран, в которой широко распространены т.е. засоленные и загипсованные грунты — Ирак, где такие грунты занимают примерно 20 % площади. За последние 30 лет, непрерывно усиливающаяся в Ираке тенденция к расширению сельскохозяйственного производства вынуждает осваивать территории под орошаемое земледелие. Все больше площадей, сложенных слабыми структурно-неустойчивыми грунтами в водится в оборот. К ним относятся и регионы распространения засоленных, загипсованных и просадочных грунтов.
Засоленные грунты в естественном маловлажном состоянии обладают высокой прочностью, обусловленной цементирующим действием содержащихся в них солей и ряд других факторов. В связи с обводнением таких грунтов, они становятся сильно и неравномерно деформирующимися, представляет серьезную инженерную проблему, связанную с обеспечением надежной работы гидросооружений, зданий, инженерных систем и промышленных предприятий,
В результате обводнения возникает выщелачивание солей, вследствие этого процесса происходит изменение прочностных и деформационных характеристик грунта, что приводит к изменению несущей способности основания зданий и сооружений.
Механические свойства засоленных грунтов при изменении влажностного режима зависят от состава и содержания солей, цементирующих минеральные частицы и влияющие на свойства частиц «коллоидного комплекса».
При растворении солей обычно нарушается связность, но из-за слабой растворимости некоторых солей в воде, заметная деформируемость грунтов в начальной стадии замачивания не происходит. В глинистых загипсованных грунтах суффозионная осадка происходит при длительном воздействии грунтовых вод. Это иногда приводит к неправильному результату, что такие
5 грунты суффозионно устойчивые, так как не проявляются характерные признаки просадочности или суффозионной осадки.
Вследствие непрерывного изменения механических свойств засоленных и загипсованных грунтов, которое возникает при замачивании и обводнении, возникают значительные деформации сооружений, возводимых на таких грунтах. При выщелачивании солей из грунтов оснований сооружений, изменяются их механические и фильтрационные свойства. Вследствие развития указанных процессов могут возникнуть деформации поверхности массива грунта, неравномерные осадки, трещины в стенах зданий и сооружений, размыв основания с утечкой воды из водохранилищ и даже аварии сооружения.
Подобным образом, во многих жилых домах и других сооружениях, возводимых в г. Кояра в Ираке образовались опасные деформации. Минарет Аль. Хадба наклоняется в течение десятков лет из-за того, что движение подземной воды вызывало вынос солей из основания. Еще одним примером, который отражает опасные случаи, является растворение гипса, содержащегося в основании плотины Мосула на севере Ирака.
В мировой практике в области строительства напорных сооружений, произошло много катастрофических случаев. Известные примеры - катастрофы плотин Сан —Франсис и Остин / США/; плотины Монте-Хаке в Испании и другие.
Принято считать засоленными фунтами такие, в составе которых в твердой фазе преобладают хлориты натрия, калия и кальция (NaCi, ЇСС1, СаСІг . Растворимость хлоридов весьма велика сотни граммов в одном литре воды. Поэтому выщелачивание этих солей, их переход из твердой в жидкую фазу происходит лавинообразно, даже в тех случаях, когда грунт насыщается (или промывается) водами с повышенной минерализацией. Присутствие в жидкой фазе грунтов одновалентных ионов Na и К существенно влияет на свойства коллоидной фракции грунтов, грунтовые коллоиды переходят в пептизированное состояние, падает коэффициент фильтрации грунта, повышаются величины характерных влажностей (Wph Wj,), изменяются (обычно негативно) механические свойства грунтов. Эти
6 вопросы были детально изучены в ЛИСИ Б.И.Далматовом, В.С.Ласточкиным, С.Б.Уховом. В связи с разработкой технологии зимнего производства строительных работ в суровых климатических условиях Сибири и крайнего Севера с применением искусственного засоления грунта хлоритами.
Гипс, как компонент твердой фазы минеральных грунтов (или слой коренной породы) по его поведению в основании сооружений существенно отличается от хлоритов. Он обладает меньшей растворимостью только 2 г/л. При этом контакт воды, насыщенной ионами Са и SO4 , в аридных областях гораздо более вероятен, чем в случаях с хлоридами. Поэтому выщелачивание гипса, переход его из твердой фазы в раствор происходит относительно редко и дает обычно фатальных последствий.
Известны обширные исследования, выполненные в ЛИСИ под
руководством проф. Маслова Н.Н., В.Г. Науменко по исследованию условий
использования мощных толщ коренного гипса в основании водохранилищных
плотин, построенных в долине реки Камы.
Рекомендации, разработанные с применением результатов указанных работ, позволили разработать конструкцию этих плотин с учетом особенностей их оснований. Плотины были успешно построены и эксплуатируются более 40 лет без видимых деформаций оснований основных сооружений комплекса Камской и Боткинской ГЭС. Заметим, что если бы в основании этих сооружений вместо слоев гипса залегали слои каменной соли, строительство этих сооружений было бы не возможно из-за лавинного развития процесса растворения хлоритов.
Гипс, как материал, отдающий в грунтовую воду ионы кальция указывает иное по сравнению с хлоритами воздействие на коллоидные фракции грунтов: они становятся коагулированными, при этом повышается их фильтрационная способность, повышаются величины (Kf).
Влияние иона Са на механические свойства глинистых грунтов не столь значимо, как при влиянии хлоритов и одновалентных катионов. Эти вопросы детально исследованы русскими почвоведами, например, В.А. Ковдой (1946г.) и другими.
7 Вопросы учета суффозии гипса из оснований зданий и промышленных сооружений занимались специалисты НИИОСП им Н.М.Герсеванова (Петрухин В.П., Геммрлинг В.О.). Вопросы строительства на засоленных грунтах Казахстана изучали Бакенов Б.Б. И Джумшуев У .Р. Задача моделирования засоленных грунтов реологической теории изучена Абелевом М.Ю. и УнаЙбаевом Б.Ж.
Зарубежном, гипсосодержащие и засоленные грунты относят к «коллапсирующим» грунтам, т.е. к грунтам, которые могут получать значительные деформации без изменения напряженного состояния. К ним же относят просадочнные, засоленные и загипсованные грунты.
Влияние хлоридного засоления на свойства глинистых грунтов изучали Норвежские специалисты, в частичности, Бьеррум Д., которым показано, что процесс рассоления слабых морских отложений может приводить к резкому падению их прочности и оползням весьма пологих склонов. Из работ, выполненных в аридных районах достойны упоминания исследования Хорта загипсованых и засоленных грунтов Алжира, Каппе и Найт выполнили работу по засоленным и просадочным пескам Нигерии; Дженниса и Найта по засоленным пескам Южной Африки, а также несколько работ, выполненных непосредственно в Ираке сопредельных арабских странах Барзанжи А.Ф., Альмуфти А.А., Аль Хашаб М.Н., Алани Н.М и др. В целом данная область геотехники развития еще не достаточно и много практических вопросов еще не разработаны.
Следовательно, выделение загипсованных грунтов в отельную генетическую группу грунтов оправдано и необходимо, тем более что в некоторых аридных регионах распространены именно загипсованные грунты. Из изложенного следует, что проблема исследования выщелачиваемое загипсованных пород (грунтов) представляет исключительно большое научное и практическое значения для строительства на таких основаниях. Цель работы. Заключается в разработке методики лабораторных испытаний загипсованных грунтов, проведении экспериментальных исследований фактора
8 влияния растворения и выщелачивания гипса на физические, фильтрационные, деформационные и прочностные свойства загипсованных грунтов. Способов использования полученных результатов при проведении расчетов оснований и проектировании фундаментов, приспособленных для строительства на загипсованных основаниях, подверженных выщелачиванию.
Для достижения поставленной цели были поставлены и решены следующие задачи:
изучены закономерности распространения загипсованных грунтов в Ираке;
уточнена классификация загипсованных грунтов в зависимости от содержания гипса;
исследовано изменение гранулометрического состава грунта при выщелачивании гипса;
рассмотрено влияние фактора выщелачивания на показатели пластических свойств грунтов;
изучено изменение сжимаемости загипсованных грунтов вследствие выщелачивания под разными давлениями;
выполнено исследование фильтрационных характеристик грунтов в процессе выщелачивания гипса;
вскрыты закономерности изменения прочностных свойств грунта при выщелачивании гипса в зависимости от его начального содержания;
выполнен анализ деформации фундамента мелкого заложения на загипсованном грунте, с учетом изменения уровня грунтовых вод, свойств грунта до и после понижения уровня подземных вод.
рассмотрена, работа фундаментов из буровых свай дан анализ напряженно- деформированного состояния численными методами.
выполнен численный анализ работы защитных противофильтрационньгх завес, как средства уменьшения дополнительной осадки грунта, содержащего гипс, подверженный выщелачиванию.
Образование засоленньтх и загипсованных грунтов, их состав и свойства
Основной причиной формирования засоленных грунтов является сухой климат, свойственный аридным регионам, при относительно высоком уровне грунтовых вод, которые обычно имеют высокую минерализацию. При малом количестве атмосферных осадков (менее 100 мм/год), и вследствие испарения грунтовых вод через зону аэрации в результате развития капиллярного механизма происходит высокая испаряемость влаги. Грунты указанного типа распространены в долинах рек, вокруг озер, в склоновых областях горных массивов, а также на побережье океанов и морей. Минерализованная подземная вода движется вверх от свободного зеркала вверх по порам грунта, придающим грунту свойства капиллярных систем. На
УрОВНе МаКСИМаЛЬНОЙ ВЫСОТЫ КаПИЛЛЯрНОГО ПОДНЯТИЯ Непрерывно ВОДЫ (Н ктах X зависящей от гранулометрического состава грунта, испаряясь, вода выделяет соли в твердой фазе. Они накапливаются в виде кристаллов в порах грунта, или на поверхности в виде «гипсовых кор». Таким образом, наличие отрицательного водного баланса (количество выпадающих осадков меньше количества испаряющейся воды) является главной причиной вторичного засоления и загипсовывания поверхностных слоев грунта.
С другой стороны, рассоление грунта происходит тогда когда атмосферные осадки, а также воды, поступающие из рек, каналов, оросительных канав, уменьшают концентрацию и количество солей и гипса в таких грунтах. В связи с этим, процесс миграции солей, поступающих в грунт, зависит от баланса достаточно сложного процесса засоления и рассоления.
Описанный механизм образования вторично засоленных грунтов подробно исследован и описан русским исследователем Ковдой (В А. Ковдой 1946г.). Грунт в основном задерживает и накапливает сульфаты Na и Са; накопление хлоридов Na и Ма обнаруживается, особенно сильно при высокой степени общего засоления подземных вод.
В общих чертах, решающим фактором механизма разделения солей карбоната Са, гипса и сульфатов Na от хлоридов Mg и Na и сульфатов Mg является относительно низкая растворимость сульфатов и карбонатов и высокая растворимость хлоридов. Появление этого фактора связано с сезонной динамикой подземных вод и грунтовых растворов, во многом определяет среднегодовой глубиной уровня подземных вод.
По мнению В.А.Ковды, происходит увеличение содержания в грунте легкорастворимых солей NaCl, MgC , Na2S04, а также гипса и карбонатов (CaS04, СаСОз) в процессе сезонного соленакопления, за счет притока подземной воды снизу вверх.
При движении грунтовых растворов и капиллярных вод к поверхности земли, по мере их расходования на испарение и увеличения общей концентрации растворенных в них солей, соленые растворы достигают предела насыщения в определенном порядке: соединения железа и кремния бикарбонаты Са выпадает (в осадок выпадает минерал кальцит СаСОз). Эти соли выпадают в осадок в относительно глубоких горизонтах грунта. Затем начинается насыщение растворов гипсом, который, выпадая в осадок вместе с СаСОз образует зону накопления гипса с образованием («гипсовых плит»). Легкорастворимые соли NaCl, MgS04 и Na2S04 перемещаются в верхние горизонты совместно с насыщенными растворами гипса и бикарбонатов Са выпадают в осадок, образуя третью по профилю зону соленакопления, представленную смесью всех указанных солей.
Процесс накопления наименее растворимых солей протекает в период максимального испарения и транспирации. На рис. 1-6 показано распределение концентрации гипса и легкорастворимых солей в зависимости от глубины уровня грунтовых вод.
Одной из характерных разновидностей засоленных грунтов является солончаки, представляющие собой бесструктурную соленосную почву. Солончаки могут быть карбонатными (СаСОз и МСОз ), сульфатными (CaS04- 2Н20 и Na2SO4.10H2O), галоидными (СаСЬ, MgC nNaCl), азотнокислыми (ЫаЫОз) и смешанными( по С. А. Яковлеву, 1948). Солончаки широко распространены в районах с сухим климатом.
Образование солончаков (тип засоленных почв) связано с испарением поднимающихся по капиллярам минерализованных подземных вод.
Следующим типом развития засоленных грунтов является солонцы, представляющие собой продукт рассоления натриевых солончаков, содержащих в своем составе соду (КагСОз).
В связи с большим разнообразием таких грунтов, распознать и классифицировать их по какому-либо одному признаку затруднительно, поэтому специалисты рекомендуют относить фунты к солончакам по морфологическим признакам, содержанию НСОз и преобладание этого иона над ионами О и SO4, содержащимися в водной вытяжке. Было установлено, что степень и характер засоления легкорастворимыми солями дают лишь ограниченную возможность. Для выявления солонцовых грунтов, где соли содержатся в очень малом количестве показателю дисперсности и по другим физико-химическим характеристикам.
В основном, фактором, от которого зависят классификационная характеристика загипсованных грунтов, является содержание гипса в этих грунтах. Ван Элфен и Ромеро, 1971г., предложили грунт, содержащий гипс в количестве 2 % по массе, рассматривать как загипсованный грунт. Они также классифицировали загипсованные грунты в зависимости от других факторов, включая глубину загипсованного слоя (гипсовые коры и плиты), твердости слоя, его мощности.
Для применения грунтов в строительстве в качестве оснований, материала земляных сооружений и других целей важны не только химические признаки засоленных грунтов, но и показатели их физических свойств. (А.А. Мустафаев, 1985).
Использованные методики лабораторных исследований состава и свойств грунтов
Гранулометрический анализ выщелоченных и невыщелоченных образцов грунта производился по методике, описанной в ASTM (40),
Образцы грунта содержали значительное количество гипса, и во время эксперимента происходила флоккуляция. Поэтому все образцы были обработаны раствором 0,2 EDTA, (см. Бодин и Фернальд (46); см. п.1.2.) Процесс обработки образцов грунта включал в себя следующие операции:
1 .Растворение 74,45г грунта двунатриевой EDTA соли в дистиллированной воде; добавление гранул NaOH в полученный раствор для доведения уровня рН до 11; разбавление смеси до 1 л.
2. Определение содержания гипса; взвешивание 100 г сухого грунта для обработки EDTA.
3.Добавление требуемого объема EDTA к грунту с уровнем растворимости гипса 43 гм/л; взбалтывание грунтов и EDTA; фильтрование полученной суспензии для удаления растворимых солей и гипса; обработка по методике, описанной в ASTM (40). Общее содержание растворимых солей Общее содержание растворимых солей определялось на выщелоченных и не выщелоченных образцах грунтов, по методике, описанной в Earth Manual (75). Содержание гипса Содержание гипса определялось до и после выщелачивания по методике, описанной в Agricultural Handbook № 60 USDA (77). Химический анализ грунта Химический анализ выщелоченных и невыщелоченных образцов грунта был произведен на цементном заводе в Бадуше в провинции Ниневия. Этот анализ был произведен с целью определения влияния выщелачивания на химический состав грунта.
Минералогический состав твердой фазы образцов
Целью этого анализа является определение минералогического состава грунта, методом дифракции рентгеновских лучей. Этот анализ производился на геологическом факультете Мосульского университета. 2.3.8. Содержание органических веществ.
Содержание органических веществ в выщелоченных и не выщелоченных грунтах определялось согласно B.S. 1377 (49); было произведено по два определения для каждой пробы и рассчитаны средние величины. На выщелоченных и невыщелоченных образцах грунта был произведен ряд испытаний на уплотнение. При этом использовался консолидометр Казагранде по методике, описанной в ASTM, D 2435 - 70 (40). При обработке данных использовался метод «пригонки» квадратного корня (Vt), (47).
Испытание на уплотнение производится с целью изучения влияния выщелачивания на:
1-коэффициент консолидации (Cv); 2.коэффициент сжатия (Сс); 3 .давление предугаготнения (Рс). 2.3.10. Испытание на просадочность
Испытание на просадочность производился на выщелоченных и невыщелоченных образцах грунта с использованием консолидометра. (компрессионного прибора). Процесс обработки грунта был сходен с описанием в пункте 2.3.4., но пористые камни компрессионного прибора были высушены на воздухе; естественное содержание воды в грунтах сохранялось. Когда была достигнута заданная нагрузка и максимальное уплотнение, к образцу грунта была добавлена вода. В течение 24 часов наблюдалось изменение объема, происходившее из-за насыщения грунта водой и уплотнения. Затем давление снова увеличивалось, просадка происходила при давлениях в 56 кН/м2; 64 кН./м2; 78 кН/м2; 106 кН/м2; 212 кН/м2; 248 кН/м2 и 424 кН/м2. 2.3.11. Испытание на сопротивление сдвигу
Испытание на сдвиг производилось с целью определения влияния выщелачивания на показатели сопротивления сдвигу, т.е. на удельное сцепление (с) и угол внутреннего трения (ф). Для этого использовалась установка для испытания на сдвиг WF 2000, изготовленная Wykeham Farrance
Engineering Ltd., Slough, England. Эта установка обеспечивает постоянную заданную скорость сдвига. Были подготовлены образцы выщелоченного и невыщелоченного грунта размерами 596 мм х 596 мм х 20 мм. Они помещались в установку и к ним прикладывалось заданное давление: 90 кН/м2; 130 кН/м2 и 175 кН/м2. Затем осуществлялся сдвиг, причем скорость была небольшой - 0,036576 мм/мин, чтобы снять избыточное давление поровой воды. Такое значение скорости было выбрано согласно рекомендациям Бишопа и Хенкеля (44).
Опыты на выщелачивание
Выщелачивание призматических образцов 1. Цель эксперимента: Этот эксперимент производился с целью изучения характеристик потока воды при выщелачивании растворимых солей. Были взяты образцы выщелоченного грунта с целью изучения влияния выщелачивания на уплотнение, сопротивление сдвигу и химический состав. Также изучалось общее содержание растворимых солей и гипса во время испытания.
Используемое в эксперименте устройство описано ал-Хашабом (35) и показано на рис. (2.2) и (2.3). При подготовке эксперимента в конструкцию установки были внесены следующие усовершенствования: 1.Добавлена подвижная выпускная труба для контроля гидравлического градиента. 2. Дня сохранения структуры грунта прямоугольный образец помещается в нижний объем установки в пробоотборнике. Пространство между пробоотборником и стенками нижнего объема заполняется жидкой глиной с очень низкой водопроницаемостью, покрытой слоем раствора исследуемого грунта.
Фильтрационные и деформационные свойства
На рис.(3-5) показаны характеристики фильтрации воды через образцы грунта. Проницаемость увеличивается до определенного предела, затем постепенно начинает уменьшаться, пока не достигнет постоянного значения. Итак, (Кг) уменьшается от 2,8 10 2 см/сек до 1,1 10 2 см/сек для грунта с содержанием гипса 30 %, так же для грунта с содержанием гипса 41 % от 1,86 10 до 0,6 10 см/сек. Отсюда коэффициент фильтрации демонстрируется выражением во времени по следующему уравнению: Kr=atb (3-4) где Kf, коэффициент фильтрации, см/сек; а и b, константы;
Это изменение проницаемости грунтов АН1 и АН2 может быть объяснено выщелачиванием растворимых солей, приводящим к увеличению пустот в грунте. Из-за удаления связующих материалов структура грунта начинает разрушаться, а, следовательно, начинает уменьшаться и ее проницаемость. Это происходит примерно через 7 часов (для грунта АН1) или 12 часов (для грунта АН2) после начала протекания процесса выщелачивания. Бьшо также замечено, что осадка образцов грунта начинается еще до того, как начинает уменьшаться проницаемость, как показано на рис. (3.6). Увеличение размеров пустот из-за удаления растворимых солей и разрушение структуры грунта происходят одновременно.
Однако на ранних стадиях протекания процесса выщелачивания значительно увеличиваются количество и размеры пустот, на последних стадиях наиболее интенсивно проходит разрушение структуры грунтов. Общая осадка грунтов во время выщелачивания составляет 0,43 % и 0,41 % для грунта АН1 и АН2 соответственно.
По химическому анализу фильтрата, изменение степени выщелочиности гипса во времени и изменение содержания гипса при время выщелачивания представлены на рис.(3-8) и на рис.(3-9), соответственно.
На рис.(З-ІО) и (3-11) представлены обе зависимости относительной суффозионной осадки от степени выщелочиности {Р) и остального содержания гипса (d)e грунте при выщелачивании. Такие зависимости определяются по формулам 3-7, 3-8, 3-9 и 3-10.
При выщелачивании давление предуплотнения для грунта АНІ снижается с 140 кН/м2 до 80 кН/м2 и с 220 кН/м2 до 45 кН/м2 для грунта АН2.. Необходимо отметить, что давление предуплотнения грунта АН1 выше, чем давление предуплотнения фунта АН2 что может объясняться эффектом усадки, характерным для грунтов с меньшим содержанием глинистых фракций. Степень сжатия (Сс) возрастает от 0,200 до 0,340 размерность для грунта АН1 и от 0,188 до 0,350 для грунта АН2. Удаление связующих веществ из грунтов приводит к уменьшению давления предуплотнения и увеличению сжимаемости грунтов
Давление предуплотнения, определяемое во время испытания на затвердевание невыщелоченных грунтов, зависит не только от приложенной максимальной нагрузки, но определяется также наличием глинистых фракций. На рис.3-14, видно, что зависимость между суффозионной деформацией и напряжением (нагрузкой),(Р), связана уравнениями (3.11) и (3.12) є = 0,084 LnP - 0,06 3. для грунта, содержащего гипса меньше 30 % и = ОЛЬпР + 0,04 3.12 для грунта, содержащего гипса больше 30 % (до 40 %). и нагрузкой при выщелачивании.
При выщелачивании коэффициент консолидации (Cv) уменьшается. Такие результаты совпадают с результатами, которые испытаний грунтов на фильтрацию из которых следует, что в процессе фильтрации водопроницаемость загипсованных грунтов падает, ( см. рис.3-15). разрушение структуры (внутренних связей) грунта происходит при начальном просадочном давлении 65 кН/м2 или выше, что объясняется большим коэффициентом пористости этих образцов; для образцов грунта АН2 разрушение структуры (внутренних связей) грунта происходит при начальном просадочном давлении 250 кН/м или выше. Значительная разница в свойствах двух типов образцов объясняется высоким содержанием в грунте АН2 гипса и других солей, скрепляющих частицы грунта.
Для определения характеристик разрушения структуры грунтов используется и другой метод, предложенный Дженнингсом и Найтом (55), согласно которому при давлении в 200 кН/м2 определяется относительная просадочность (esl), см. таблицу (3.7).
Показатели сопротивления сдвигу (сцепление и угол внутреннего трения) при выщелачивании уменьшаются, что объясняется удалением гипса и других растворимых солей, являющихся связующими материалами. Это приводит к ослаблению грунта и уменьшению сопротивления сдвигу, за счет уменьшения сцепления.
Уменьшение прочностных характеристик грунтов при выщелачивании описывалось Михеевым и др. (58), Моором и др. (60), которыми получены аналогичные результаты. 3.6. Результаты Испытаний выщелачивания способом Роува:
С помощью прибора Роува исследуются водопроницаемость грунта при различных вертикальных давлениях. 3.6.1. Водопроницаемость.
На рис. (3.20) и (3.21) водопроницаемость грунта показана как функция, зависящая от времени при различных давлениях. Из графиков видно, что со временем водопроницаемость грунта уменьшается, пока не достигает определенного уровня. Водопроницаемость также уменьшается с увеличением давления уплотнения. Это может объясняться разрушением структурных связей в грунте из-за выщелачивания гипса и ослабления связей между частицами грунта. Показано, что чем больше нагрузка, тем активнее происходит разрушение структуры грунта. Этот процесс продолжается до тех пор, пока характеристики потока воды не приобретают постоянного значения.
Варианты конструкций фундаментов, предлагаемых для уменьшения осадки
Строительство зданий и сооружений на загипсованных грунтах, требует особо тщательного и научно-обоснованного подхода к проведению инженерно-геологических изысканий, расчету и проектированию оснований и фундаментов, поскольку инженерно- геологическая обстановка на таких площадках таит в себе реальную угрозу опасных деформаций и аварий возводимых и эксплуатируемых сооружений.
Устройство фундаментов зданий и сооружений на таких грунтах требует специальных мероприятий по обеспечению устойчивости и ограничении деформаций, как при строительстве здания, так и при его эксплуатации. Учет геометрии напластования грунтового массива, изменение гидрогеологических условий, использование различных конструкционных материалов на стадии проектирования позволяют существенно снизить окончательную стоимость объекта и обеспечить его надежность.
Загипсованные грунты обладают хорошими физико-механическими свойствами при естественной влажности. С другой стороны фундаменты, возведенные на таких грунтах, получают просадочнные и суффозионные деформации при кратковременном и длительном замачивании их основания.
Как сказано в главе I, большое количество объектов, построенных в Ираке на загипсованных грунтах, получили дополнительные деформации из-за выщелачивания гипса из грунта. Грунты на одной из территорий Ирака, на которых проведены разносторонние лабораторные исследования, классифицируются как пылевато-глинистые загипсованные грунты.(см. главу 3).
Поскольку опыт строительного освоения территорий с загипсованными грунтами еще не обобщен, не разработаны четкие строительные приемы, обеспечивающие устойчивость загипсованных оснований и развитие деформаций при выщелачивании гипса в допустимых пределах, был предпринято математическое моделирование работы фундаментов разного типа на основании, содержащегося в твердой фазе грунта.
Изучение технической литературы, выполнение соответствующих сопоставлений, позволяет, в первом приближении, считать, что процесс выщелачивания гипса по своим последствиям во многом аналогичен просадке при замачивании лессов. Обширная литература в этой области позволяет выделить несколько основных случаев обводнения толщи грунтов в аридной зоне. 1. обводнение территории с общим и относительно равномерным поднятием уровня грунтовых вод; 2. местное (локальное) замачивание, при утечках воды из коммун икаци й; 3. возникновение подземного потока, понижение уровня грунтовых вод при устройстве дрен.
В отличии от просадочных грунтов, деформации грунтов, подверженных суффозионным деформациям, могут выщелачиваться при любом из перечисленных случаем, при их сочетании или просто при поднятии и опускании уровня грунтовых вод.
Для исследования процесса и характера работы разнотипных фундаментах при развитии выщелачивания гипса рассмотрен случай понижения уровня грунтовых вод, который сопровождается развитием вертикально направленного потока фильтрующейся воды.
При математическом моделировании рассмотрены: а) фундамент мелкого заложения; б) свайный фундамент; в) противофильтрационная завеса.
Таким образом, в данной главе диссертации, анализируются результаты выполненного численного анализа напряженно-деформационного состояния грунтового основания, сложенного загипсованным грунтом, на котором возводится указанные фундаменты. Для выполнения такого расчета применялся программный продукт PLAXSIS, права использования которого имеет проектно-изыскательская и исследовательская фирма ООО «ПЕТЕР-ГИБ». При выполнении расчетов автор пользовался консультацией сотрудников фирмы - Размер фундамента 2,4x2,4 метра; - Толщина фундамента 0,5 метра; - Нагрузка от здания на фундамент, Р=680 кН/м2; -Грунтовое основание представлено одним слоем загипсованного пылевато-глинистого грунта (см. таблицу 3.1), в которой представлены характеристики свойств этого грунта, определенные при разработке диссертации (см. гл.З).
Исходный уровень грунтовых вод находится на глубине 1,5 метра от дневной поверхности. Предполагается, что указанное положение уровня грунтовых вод обусловлено недавним обводнением территории (пуск оросительной системы), понижением уровня - функционированием закрытого дренажа. Данная ситуация вполне реалистична.
Рассматриваются три градации понижения уровня фунтовых вод, с учетом соответствующего изменения характеристик свойств грунта в результате суффозии: уровень грунтовых вод понижается на один метр; то же на два метра; то же на три метра.
Расчетная схема рассматриваемого варианта, включающая указанные выше этапы понижения уровня грунтовых вод, представлена на рис.(4-1). Отметим, что программа PLAXIS позволяет рассматривать ситуации понижения уровня грунтовых вод в рамках одной расчетной схемы, путем изменения гидрогеологических условий, и фильтрационного расчета для каждого этапа водопонижения.
