Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Анализ основных причин изменения прочностных и деформационных характеристик лессовых грунтов в основании длительно эксплуатируемых зданий 9
1.1. Основные причины изменения свойств лессовых проса-дочных оснований при длительной эксплуатации зданий... 9
1.2. Факторы, которые обусловливают динамику изменения физико-механических характеристик лессовых оснований 13
1.3. Оценка существующих методов прогноза изменения свойств лессовых оснований при длительной эксплуатации 20
1.4. Задачи и методы исследований 29
ГЛАВА 2. Исследование изменений прочностных и деформационных характеристик лессовых оснований при их длительной эксплуатации 31
2.1. Обоснование выбора экспериментальной площадки 31
2.2. Описание исследуемых зданий 36
2.3. Приборы, оборудование и методика проведения лабораторных исследований 40
2.4. Изменения прочностных и деформационных свойств грунтов оснований длительно эксплуатируемых зданий ... 51
ГЛАВА 3. Структурно-текстурные изменения лессовых грунтов в основании длительно эксплуатируемых зданий и сооружений 71
3.1. Методика исследований, приборы и оборудование 71
3.2. Исследование структуры и микроструктуры лессового грунта в основаниях длительно эксплуатируемых зданий .. 81
3.3. Прочность индивидуальных контактов и ее математическая аппроксимация 101
3.4. Формирование новой структуры лессового грунта при длительной эксплуатации зданий и ее оценка 117
ГЛАВА 4. Зависимости изменения прочностных и деформационных характеристик лессовых оснований от длительности эксплуатации зданий 123
4.1. Отбор данных деформационных и прочностных характеристик лессовых грунтов оснований длительно эксплуатируемых зданий экспериментальной площадки 123
4.2. Статистическое обобщение деформационных и прочностных характеристик лессовых супесей в основании фундаментов исследуемых зданий с различными сроками эксплуатации 132
4.3. Зависимости изменения характеристик лессовых грунтов (супесей) в основаниях длительно эксплуатируемых зданий 146
Основные выводы 150
Литература 152
Приложение 169
- Факторы, которые обусловливают динамику изменения физико-механических характеристик лессовых оснований
- Изменения прочностных и деформационных свойств грунтов оснований длительно эксплуатируемых зданий
- Исследование структуры и микроструктуры лессового грунта в основаниях длительно эксплуатируемых зданий
- Статистическое обобщение деформационных и прочностных характеристик лессовых супесей в основании фундаментов исследуемых зданий с различными сроками эксплуатации
Введение к работе
Актуальность проблемы. В настоящее время значительная часть старого жилого фонда, массовых серий застройки 50 - 60 годов, исчерпала расчетный срок своей эксплуатации. Здания находятся на грани аварийных состояний. Количество таких зданий в городе Барнауле достаточно велико. Кладка стен, их толщина, имеющееся остекление оконных проемов не соответствует требованиям действующей сегодня нормативной документации. Учитывая выше сказанное встает вопрос реконструкции этих зданий, который требует проведения повторных инженерно-геологических изысканий под существующими зданиями. Основаниями этих зданий зачастую являются лессовые просадочные грунты, которые охватывают значительную часть территории Барнаула.
Сложность поведения лессовых грунтов в процессе их эксплуатации в качестве оснований зданий требует их комплексного изучения. Возникает необходимость в определении взаимосвязи прочностных и деформационных свойств лессовых грунтов с закономерностями внутренних процессов, происходящих в основаниях зданий при длительной эксплуатации.
К основным механическим воздействиям, имеющим наибольшее распространение при строительстве зданий, относятся статические воздействия фундаментов на грунты оснований. Необходимо отметить, что в регионе до настоящего времени практически не проводилось исследований по выявлению закономерностей изменения свойств лессовых просадочных грунтов в основаниях зданий при их длительной эксплуатации.
Учитывая выше сказанное, тема прогнозирования изменений прочностных и деформационных характеристик лессовых просадочных грунтов территории Барнаула в основании длительно эксплуатируемых зданий и сооружений является актуальной. Благодаря методам прогнозирования можно значительно уменьшить объем дорогостоящих повторных инженерно-геологических изысканий и выполнить реконструкцию, в том числе увеличение этажности, зданий и сооружений без усиления существующих фундаментов, что принесет существенный экономический эффект. Целью работы является комплексное исследование изменения прочностных и деформационных характеристик лессовых грунтов Приобского плато (г. Барнаул) на основе анализа формирования новой структуры лессового грунта с учетом морфометрических параметров его микроструктуры и сроков эксплуатации зданий.
В работе решались следующие задачи:
1. Проведение исследований изменения прочностных и деформационных характеристик лессовых просадочных грунтов (супесей) в основаниях зданий с различными (от 10 до 40 лет) сроками их эксплуатации.
2. Анализ микроструктуры лессовых просадочных грунтов непосредственно из под подошвы фундаментов, в ненагруженной зоне и при различных ступенях компрессионного уплотнения для зданий с различными сроками эксплуатации.
3. Определение средней прочности индивидуальных контактов между частицами грунта в основаниях длительно эксплуатируемых зданий в зависимости от сроков их эксплуатации.
4. Выявление формирования новой структуры лессовых грунтов в основаниях длительно эксплуатируемых зданий.
5. Получение зависимостей изменения прочностных и деформационных характеристик лессовых просадочных грунтов оснований от сроков эксплуатации зданий и прогнозирование этих изменений.
Методы исследований. Основные положения и выводы диссертационной работы основаны на теоретических и экспериментальных исследованиях лессовых просадочных грунтов при разных сроках эксплуатации зданий, проведенных в течение нескольких лет.
Деформационные, прочностные и другие физико-механические характеристики лессовых просадочных грунтов определялись с использованием автоматизированной системы инженерно-строительных изысканий АСИС - 18/4, а также по стандартным методикам.
Микроструктурные характеристики лессового грунта изучались с помощью комплекса растровой электронной микроскопии (РЭМ-микроЭВМ). Определение изменений прочности индивидуальных контактов между частицами грунта было выполнено согласно ГОСТ 310.4-81. «Цементы. Методы определения предела прочности при изгибе и сжатии» [36] методом испытания грунтовых балочек.
Зависимости изменения прочностных и деформационных характеристик лессовых грунтов и уравнения регрессии получены с использованием программы «Microcal Origin. Version: 3.5» Microcal Software, Inc. на ЭВМ.
Исходные данные и личный вклад автора. В основу работы положены материалы исследований, выполненных автором в период с 1997 по 2000 гг. Диссертационная работа выполнялась в составе временного научного коллектива кафедры «Основания, фундаменты, инженерная геология и геодезия» АлтГТУ по разработке проблемы «Совершенствование методов расчета оснований зданий и сооружений на лессовых грунтах Западной Сибири с учетом выявленных закономерностей их деформирования» (Регистрационный номер НИР: 1.3.96П).
Автором получены уравнения регрессии и зависимости изменения прочностных и деформационных характеристик лессовых грунтов с учетом морфо-метрических параметров микроструктуры оснований и сроков эксплуатации зданий с возможностью прогнозирования этих изменений.
Научная новизна. Экспериментальные и теоретические исследования позволили впервые дать комплексную оценку деформируемости лессового про-садочного грунта в основаниях длительно эксплуатируемых зданий на территории Барнаула.
Установлено, что при сроке эксплуатации зданий более 20 лет происходит формирование новой структуры лессового грунта в их основаниях. Микроструктурный анализ образцов лессового грунта позволил сделать вывод об основной причине структурных изменений - явлении синерезиса (процесса старения).
На основе анализа уравнений регрессии получены зависимости изменения характеристик лессовых грунтов естественной влажности. Результаты зависимостей рекомендованы для внедрения в практику проектирования фунда ментов длительно эксплуатируемых зданий и сооружений при их реконструкции. Использование полученных региональных зависимостей позволит значительно увеличить нагрузку на существующие фундаменты без их усиления и реконструкции и избежать повторных дорогостоящих инженерно-геологических изысканий. Для лессовых грунтов Западной Сибири это было сделано впервые.
Реализация и практическая ценность работы. Полученные зависимости одобрены и рекомендованы к внедрению Федеральным государственным унитарным предприятием - «Алтайский трест инженерно-строительных изысканий» (ФГУП «АлтайТИСИз»). Экономический эффект от использования зависимостей изменения характеристик лессовых грунтов при реконструкции одного пятиэтажного жилого дома в г. Барнауле в сравнении с проведением комплекса повторных инженерно-геологических изысканий согласно СП 11-105-97 «Инженерно-геологические изыскания для строительства» (п. 9.8-5.12) составляет 47326 (сорок семь тысяч триста двадцать шесть) рублей в ценах 2000 года. В настоящее время в городе более 60 аналогичных зданий находятся в аварийном состоянии и требуют реконструкции.
На защиту выносится:
1. Результаты экспериментальных исследований динамики изменения прочностных и деформационных характеристик лессовых просадочных грунтов (супесей) в основаниях длительно эксплуатируемых зданий.
2. Характер изменения микроструктуры лессовых просадочных грунтов в зависимости от сроков эксплуатации зданий.
3. Закономерности изменения прочности индивидуальных контактов частиц (агрегатов) лессовых грунтов в процессе эксплуатации оснований зданий.
4. Формирование новой структуры лессовых грунтов на базе изменения его морфометрических параметров и сроков эксплуатации зданий.
5. Региональные зависимости изменений характеристик лессовых супесей территории Барнаула в зависимости от сроков эксплуатации зданий. Практическое значение работы состоит в том, что в ней предложены зависимости для определения деформационных и прочностных характеристик лессового грунта оснований длительно эксплуатируемых зданий, которые могут быть использованы для предварительных, а также окончательных расчетов фундаментов реконструируемых зданий и сооружений II и III классов.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на Международной научно-практической конференции «Гуманизм и строительство на пороге третьего тысячелетия» (Барнаул, 1999), на Российской научной конференции «Экологические проблемы антропогенного воздействия на геологическую среду. Проблемы экологии и природопользования в Алтайском крае» (НИИ горного природопользования, Барнаул, 1998), на слете «Студенты и аспиранты малому наукоемкому бизнесу» в проекте «Геоэкологические аспекты освоения и эксплуатации урбанизированных территорий Алтайского края» с получением Российского Ползуновского гранта (Барнаул, 2000), на научно-технической конференции «Использование лессовых проса-дочных грунтов в качестве оснований зданий и сооружений» (Бийск, 1998) и научных семинарах кафедры «Основания, фундаменты, инженерная геология и геодезия» Алтайского государственного технического университета им. И.И. Ползунова (1997-2000).
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 6 работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка литературы и приложения. Общий объем работы составляет 183 страницы, в том числе 64 рисунка, 15 таблиц, 14 страниц приложений и список литературы из 161 наименования.
Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю, д.г.-м.н., профессору Г.И. Швецову, научному консультанту, к.т.н., доценту ИВ. Носкову; сотрудникам АлтГТУ: Т.А. Горбуновой, СБ. Пильбергу, Е.И. Вятки-ной, Б.Ф. Азарову, С.Г. Камаеву, Б.М. Черепанову, Н.В. Фалеевой, А.И. Тищенко; В.И. Наумушкину, СМ. Антонову; гл. инженеру ФГУП «АлтайТИСИз» А.Е. Сапегину за помощь, деловые советы, консультации и дискуссии.
Факторы, которые обусловливают динамику изменения физико-механических характеристик лессовых оснований
В настоящее время имеется ограниченное число работ, в которых бы вопросы проектирования оснований фундаментов реконструируемых и восстанавливаемых зданий рассматривались комплексно, с учетом особенностей изменения физико-механических характеристик грунтов при длительной эксплуатации зданий и фактического напряженно-деформированного состояния грунтов основания [103]. Но прогнозирование изменений физико-механических характеристик лессовых просадочных грунтов, и как следствие, возможность увеличения нагрузки на существующие фундаменты без их реконструкции проделано впервые.
Известны работы по исследованию факторов, обусловливающих изменение физико-механических характеристик грунтов оснований, выполненных в НИИОСПе им. М.М. Герсеванова, Фундаментопроекте, ПНИИСе, Гидропроекте им. С.Я. Жука, ВНИИГе им. Б.Е. Веденеева, МГАСУ, СПбГАСУ, Ростов-ГАСе, ДальНИИСе. Наибольшее количество работ посвящено совершенствованию методов инженерно-геологических изысканий и исследованию физико механических свойств грунтов для реконструируемых и восстанавливаемых зданий [103, 104, 106].
Работу основания под действием длительных нагрузок от сооружений было бы неправильно характеризовать одним лишь процессом уплотнения грунта, внешне проявляющимся в виде осадки сооружения. Наряду с уплотнением грунта в основании происходят и более сложные явления, приводящие к изменению прочностных свойств грунта. Установлено, что все процессы в основании как качественно, так и количественно зависят от времени действия нагрузки, ее интенсивности и ряда других факторов.
Исследование природы деформаций глинистых грунтов показало, что их прочность определяется прочностью и числом связей между слагающими грунты частицами в единицы объема. Эти связи между частицами рассматриваются как сцепление, разделяющееся на две части. Ту часть сцепления, которая отображает способность частиц глинистого грунта вступать во взаимодействие между собой вследствие проявления молекулярных сил и интенсивность которой зависит от размеров частиц и расстояния между ними, называют первичным сцеплением. Вторая часть сцепления оказывает суммарное влияние на прочность грунта путем развития многообразных процессов изменения физического состояния, минералогического и химического состава грунта, протекающих в стадии диагенеза, и названа сцеплением упрочнения.
Первичное сцепление при перемещении частиц сохраняется, постоянно уменьшаясь при удалении частиц друг от друга (пучение, набухание грунта) и возрастая при их сближении (уплотнение грунта). Сцепление упрочнения в процессе движения частиц проявляться не может, наоборот, движение частиц может начаться лишь после устранения влияния сцепления упрочнения. Таким образом, несущая способность грунтов основания при длительном обжатии их нагрузкой повышается, вероятно, вследствие увеличения лишь первичного сцепления. Однако сцепление между глинистыми частицами осуществляется не только в результате взаимодействия между ними при непосредственном контакте в точках со слабыми или нулевыми гидратациями, но и под влиянием сил взаимодействия между поверхностью частиц: катионами диффузных слоев и анионами почвенного раствора. Не исключено также участие в возникновении сцепления ориентированных диполей воды, водородные концы которых могут создавать так называемые водородные связи. Участие диполей воды в образовании сил сцепления можно объяснить особенностями влияния связанной воды на сцепление в грунте, а также тиксотропных явлений. Сцепление упрочнений подразделяется на тиксотропное и цементационное. Первое из них является обратимым, второе - необратимым [109].
Обычно полагают, что упрочнение грунта вследствие увеличения сцепления в основании сооружения происходит одновременно с его уплотнением, а не после многих лет работы сооружения. При этом считается, что несущая способность глинистых грунтов может достичь больших значений, если темпы повышения внешнего давления будут соответствовать темпам упрочнения грунтов. Однако анализ результатов кратковременного обжатия грунтов штампами с интенсивностью давлений 0,3-1 МПа, а также исследование состояния грунтов в основании длительно эксплуатирующихся зданий показывает, что плотность грунтов возрастает в среднем на 10-25%. При этом увеличивается также влажность и степень заполнения его пор водой, но незначительно. Все это свидетельствует о том, что очень большого увеличения несущей способности грунтов основания после длительного обжатия их нагрузкой ожидать не следует.
Вместе с тем многочисленные эксперименты по выявлению изменения прочностных свойств грунтов при уплотнении показывают, что прочность грунта значительно увеличивается. При этом установлено, что угол внутреннего трения ф просадочного грунта при уплотнении практически не изменяется и уменьшается лишь при повышении его влажности. В то же время удельное сцепление возрастает в 2-3 раза [108].
При замачивании просадочных грунтов, сопровождающемся нарушением их структурных связей, угол внутреннего трения уменьшается в 1,5 раза, а удельное сцепление в 10 раз и более [139]. После прекращения просадки угол внутреннего трения постепенно восстанавливается, удельное сцепление также увеличивается, но гораздо медленнее. Грунты с примесью растительных остатков и загорфованные, характеризующиеся в естественном состоянии большой пористостью и повышенной способностью к влагоудержанию за счет гидрофильности органических веществ, при длительном уплотнении под нагрузкой приобретают большее сцепление, чем обычные грунты. При этом угол внутреннего трения в процессе уплотнения остается постоянным. Эти качества рассматриваемых грунтов объясняются от-жатием рыхло связанной и свободной воды из пор грунта и водных оболочек вокруг органических и минеральных частиц грунта, уменьшением его прочности и увеличением площади контактов между частицами [31, 32, 33].
Сцепление может считаться величиной постоянной только в кристаллически связанных грунтах. В грунтах, где сцепление является результатом развития молекулярного взаимодействия, сцепление зависит от степени взаимного сближения частиц скелета друг с другом и определяется в основном уплотнением скелета под действием сжимающих сил. Очевидно, что в таких грунтах неизменность сцепления может быть сохранена только до тех пор, пока они подвергаются нагрузкам, не превышающим наибольшей из предшествующих нагрузок. При передаче на грунт дополнительных нагрузок будет происходить новое сближение грунтовых частиц с соответствующим возрастанием сцепления.
К категории длительно действующих уплотняющих нагрузок могут быть отнесены 1) нагрузки на основание от веса возводимых на них сооружений; 2) нагрузки от собственного веса грунта, которые являются основными при рассмотрении явлений уплотнения разнообразных земляных сооружений, например, намывных плотин, дамб, и т. п.; 3) нагрузка от воздействия фильтрационных сил.
Изменения прочностных и деформационных свойств грунтов оснований длительно эксплуатируемых зданий
Между структурными характеристиками и физико-механическими свойствами грунта существует тесная взаимосвязь. Это позволяет по комплексу структурных показателей оценивать основные характеристики грунтов. Многие исследователи отмечают важность комплексного изучения микроструктуры для научного обоснования прогноза прочностного и деформационного поведения глинистых пород, а также изменения их свойств под воздействием различных факторов.
Остановимся в начале на современных представлениях о структуре и микроструктуре грунтов. Структура - это важнейшее качество породы, которое отражает условия ее формирования и определяет ее физические, механические и другие свойства. Благодаря этому изучение структуры грунтов началось практически с самого основания грунтоведения и механики грунтов. Большой вклад в исследование структур грунтов внесли К. Терцаги, А. Казагранде, М.М. Филатов, В.И. Осипов [88, 89, 90, 91, 92, 93], В.В. Охотин, И.В. Попов, Е.М. Сергеев [114, 115, 116, 117, 118, 119], А.К. Ларионов [73, 74, 75], В.Н. Соколов [122, 123, 124, 125], Дж. Митчел и многие другие. Без учета структурных особенностей не возможно объективно рассматривать вопросы природы прочностных и деформационных свойств различных грунтов, разрабатывать физические модели грунтов и описывать их поведение под нагрузками.
При выделении структур грунтов в геологии сложились два основных подхода - морфометрический и энергетический. Наибольшее признание получил морфометрический метод в котором в понятие «структура» положены морфометрические особенности структурных элементов и их соотношение. Наибольшее распространение получило определение структуры, которое сформулировал А.Н. Заварицкий в 1955 г.: структура - это особенности горных пород, обусловленные размером, формой и взаимным отношением составных частей [89, 93]. При энергетическом подходе за основу понятия структуры берутся такие ее признаки, как характер взаимодействия структурных элементов и энергия всей структуры в целом, что нашло наибольшее отражение в физико-химической механике дисперсных систем. Здесь структуры подразделяются по характеру контактных взаимодействий [71, 72, 91, 92].
Учитывая выше сказанное, у специалистов в области инженерной геологии в 1940 -60 годах сложилось понятие «структура грунта», которое включает в себя размер, форму, характер поверхности, количественное соотношение его элементов и характер их связи друг с другом. Все это нашло отражение в работах Е.М. Сергеева, В.А. Приклонского. Но данное определение не отражает таких признаков структуры как ее геометрия, т.е. ее пространственная композиция, называемых текстурой породы. Выделение «текстуры» как самостоятельной характеристики по мнению целого ряда ученых В.А. Приклонского [108], Е.М. Сергеева [115], В.И. Осипова [89] и др. нецелесообразно.
С учетом сказанного, В.И.Осипов [89] формулирует понятие структуры следующим образом: "Структура - это пространственная организация всего вещества грунта, характеризующаяся совокупностью морфометрических, геометрических и энергетических признаков и определяющаяся составом, количественным соотношением и взаимодействием компонент груята \
Структуры пород, и в частности лессовых просадочных глинистых грунтов, являются чуткими индикаторами условий образования и их дальнейшего преобразования. Используя структурные показатели, в которых "закодирована" генетическая информация, можно находить их корреляционные зависимости с физико-механическими, прочностными и деформационными свойствами и на этой основе прогнозировать дальнейшее поведение грунтов оснований. Для этого необходимы современные методы количественной оценки структурных показателей грунтов.
При инженерной деятельности человека грунты оснований зданий подвергаются различным воздействиям. Главное место среди них занимают механические воздействия от статических нагрузок, создаваемых зданиями. На необходимость изучения микроструктуры глинистых грунтов при оценке их прочностного и деформационного поведения впервые обратили внимание К.Терцаги в 1925 г. и М.М.Филатов в 1936 г. В последующие годы большой вклад в исследование структур грунтов внесли И.В.Попов, М.М.Филатов, В.В.Охотин, И.Розенквист, Е.М. Сергеев, А.К. Ларионов, Дж.Митчелл, Г.Г.Ильинская, В.И.Осипов, В.Н.Соколов и др.
Применение растровой электронной микроскопии (РЭМ) с большой разрешающей способностью дает возможность изучать структурные особенности лессовых пород от макро- до микроуровня [93]. На первом выделяют все особенности строения породы в образце визуально, а на втором, с помощью оптических и растровых электронных микроскопов, устанавливают тонкие детали строения породы. Чтобы подчеркнуть, что исследования ведутся на определенном масштабном уровне, при описании структур используется "макроструктура" и "микроструктура". Поэтому слово микроструктура объединяет структурные и текстурные особенности породы [75, 89, 93].
Микроструктура грунта является очень чувствительной к физико-механическим условиям осадконакопления и последующим преобразованиям. Поэтому естественно, что микроструктурные показатели глинистых грунтов оснований зданий, в том числе и лессовых, коррелируются с важнейшими прочностными свойствами глинистых образований.
Согласно приведенному выше современному представлению структуры ее оценка основывается на целом ряде показателей, характеризующих структурные элементы, типы структурных связей и типы микроструктур.
Микроструктура природного лессового просадочного грунта сложена преимущественно агрегатами округлой формы (глобулами), имеющими сложное строение [80, 81]. Их размер меняется от 20 до 150 мкм. Преобладают глобулы со средними диаметрами 20-50 мкм. Контактирование твердых структурных элементов происходит через глинистое вещество, которое располагается на поверхности глобул в виде глинистых рубашек.
Исследование структуры и микроструктуры лессового грунта в основаниях длительно эксплуатируемых зданий
Согласно СНиП 2.02.01-83 [120] расчет оснований зданий и сооружений по второй группе предельных состояний должен производиться с использованием достоверных величин деформационных и прочностных характеристик грунтов.
В настоящее время инженерно-геологическими организациями выполнен значительный объем исследований деформационных и прочностных свойств лессовых грунтов в различных районах нашей страны, в том числе на юге Западной Сибири. Обобщение результатов этих исследований позволили создать региональную таблицу нормативных и расчетных характеристик лессовых пород Верхнего Приобья [144]. Эта таблица включает в себя два типа лессовых грунтов (суглинки и супеси) разделенных по степени влажности на три группы (Sr 0,5; 0,5-0,8; 0,8). По ней можно определить значения модуля деформации (Е), удельного сцепления (с) и угла внутреннего трения (ф) при коэффициенте пористости ео от 0,601 до 1,000. При более низких значениях коэффициента пористости таких данных не было, так как в природном сложении грунты с коэффициентом пористости ео 0,6 в данном регионе практически отсутствуют. Однако, с проведением в последнее время ряда экспериментальных работ по уплотнению лессовых просадочных грунтов трамбовками повышенного веса Б.М. Черепановым [135] выполнено обобщение результатов этих исследований и создана региональная таблица характеристик уплотненных лессовых грунтов, но только для суглинков разделенных по степени влажности на три группы (Sr 0,5; 0,5-0,8; 0,8) при коэффициенте пористости ео от 0,390 до 0,700.
Проведение комплексных исследований изменений свойств лессовых грунтов в основаниях длительно эксплуатируемых зданий экспериментальной площадки, грунтами оснований которой являются супеси, позволило обобщить результаты этих исследований с получением корреляционных зависимостей изменений прочностных и деформационных характеристик в зависимости от сроков их эксплуатации. Тем более, что они отсутствуют для лессовых пород Западной Сибири. Образцы для этого отбирались на экспериментальной площадке, в ненагруженной зоне и из под подошвы исследуемых зданий с различными сроками эксплуатации и, следовательно, имели различные характеристики. Методы отбора образцов подробно изложены во второй главе, а изменения характеристик - третьей.
Ценность таких зависимостей заключается в том, что они отражают инженерно-геологические особенности региона и позволяют значительно уменьшить объем дорогостоящих инженерно-геологических изысканий при проведении реконструкции длительно эксплуатируемых зданий.
Статистическая обработка выполнялась следующим образом. Статистическому обобщению подвергались природная плотность грунта - р, коэффициент пористости - е, модуль деформации в диапазоне давлений Р = 0,1 до 0,3 (МПа) - Ео,і-о,з, удельное сцепление - с, угол внутреннего трения - ср и как производная этих характеристик расчетное сопротивление грунта - R в зависимости от сроков эксплуатации зданий экспериментальной площадки.
Определение величин природной плотности грунта, удельного сцепления, угла внутреннего трения и модуля деформации выполнялось по результатам лабораторных (компрессионных и сдвиговых) испытаний, выполненных в лаборатории кафедры «Основания, фундаменты, инженерная геология и геодезия» Алтайского государственного технического университета им. И.И. Ползу-нова на автоматизированной системе для инженерно-строительных изысканий АСИС - 18/4 и приборах «Гидропроекта» по стандартным методикам, приведенным во второй главе.
При определении величины модуля общей деформации грунта из компрессионных испытаний (формула 3.2) большое влияние оказывают два фактора: диапазон напряжений и коэффициент р. Поскольку испытание грунтов статическими нагрузками рассматривается как метод, обеспечивающий получение достоверных характеристик деформируемости грунтов, необходимо определять диапазон напряжений из условия сравнительно одинаковой работы грунта основания под воздействием фундаментов зданий и в компрессионном приборе. Такое условие выполняется при равенстве относительных деформаций и соответственно модулей общей деформации. Для лессовых пород Верхнего Приобья таким рекомендуемым интервалом является диапазон напряжений от ОД до 0,3 (МПа). Следовательно, для статистической обработки результатов был принят диапазон напряжений равный 0,1 - 0,3 (МПа) как наиболее часто используемый при проектировании зданий и сооружений, и близкий к рекомендуемому в данном регионе [ 144].
Для статистического обобщения прочностных характеристик отбирались значения углов внутреннего трения и удельного сцепления лессовых грунтов оснований эталонного (начального) и из под подошвы фундаментов исследуемых зданий экспериментальной площадки с различными (от 10 до 40 лет) сроками их эксплуатации. Для решения этой задачи были отобраны результаты сдвиговых испытаний, выполненных в грунтовой лаборатории кафедры по методике консолидированного сдвига. Расчет прочностных характеристик выполнялся согласно требованиям ГОСТ 12248-78[35] с применением ЭВМ по программному комплексу «Sdvig», который входит в комплекс программного обеспечения автоматизированной системы для инженерно-строительных изысканий АСИС-18/4.
Определение значений природной плотности грунта и ее изменений в зависимости от сроков эксплуатации исследуемых зданий выполнялось весовым способом по требованием ГОСТ 5180-84 [42].
Определение расчетного сопротивления грунта - R, как производной от перечисленных выше характеристик, выполнялся по СНиП 2.02.01-83 [120].
Полученные результаты прочностных и деформационных характеристик лессовых грунтов оснований начальных и из под подошвы фундаментов зданий экспериментальной площадки с разными (от 10 до 40 лет) сроками эксплуатации приведены в таблицах 4.1 - 4.6.
Статистическое обобщение деформационных и прочностных характеристик лессовых супесей в основании фундаментов исследуемых зданий с различными сроками эксплуатации
Согласно СНиП 2.02.01-83 [120] расчет оснований зданий и сооружений по второй группе предельных состояний должен производиться с использованием достоверных величин деформационных и прочностных характеристик грунтов.
В настоящее время инженерно-геологическими организациями выполнен значительный объем исследований деформационных и прочностных свойств лессовых грунтов в различных районах нашей страны, в том числе на юге Западной Сибири. Обобщение результатов этих исследований позволили создать региональную таблицу нормативных и расчетных характеристик лессовых пород Верхнего Приобья [144]. Эта таблица включает в себя два типа лессовых грунтов (суглинки и супеси) разделенных по степени влажности на три группы (Sr 0,5; 0,5-0,8; 0,8). По ней можно определить значения модуля деформации (Е), удельного сцепления (с) и угла внутреннего трения (ф) при коэффициенте пористости ео от 0,601 до 1,000. При более низких значениях коэффициента пористости таких данных не было, так как в природном сложении грунты с коэффициентом пористости ео 0,6 в данном регионе практически отсутствуют. Однако, с проведением в последнее время ряда экспериментальных работ по уплотнению лессовых просадочных грунтов трамбовками повышенного веса Б.М. Черепановым [135] выполнено обобщение результатов этих исследований и создана региональная таблица характеристик уплотненных лессовых грунтов, но только для суглинков разделенных по степени влажности на три группы (Sr 0,5; 0,5-0,8; 0,8) при коэффициенте пористости ео от 0,390 до 0,700.
Проведение комплексных исследований изменений свойств лессовых грунтов в основаниях длительно эксплуатируемых зданий экспериментальной площадки, грунтами оснований которой являются супеси, позволило обобщить результаты этих исследований с получением корреляционных зависимостей изменений прочностных и деформационных характеристик в зависимости от сроков их эксплуатации. Тем более, что они отсутствуют для лессовых пород Западной Сибири. Образцы для этого отбирались на экспериментальной площадке, в ненагруженной зоне и из под подошвы исследуемых зданий с различными сроками эксплуатации и, следовательно, имели различные характеристики. Методы отбора образцов подробно изложены во второй главе, а изменения характеристик - третьей.
Ценность таких зависимостей заключается в том, что они отражают инженерно-геологические особенности региона и позволяют значительно уменьшить объем дорогостоящих инженерно-геологических изысканий при проведении реконструкции длительно эксплуатируемых зданий.
Статистическая обработка выполнялась следующим образом. Статистическому обобщению подвергались природная плотность грунта - р, коэффициент пористости - е, модуль деформации в диапазоне давлений Р = 0,1 до 0,3 (МПа) - Ео,і-о,з, удельное сцепление - с, угол внутреннего трения - ср и как производная этих характеристик расчетное сопротивление грунта - R в зависимости от сроков эксплуатации зданий экспериментальной площадки.
Определение величин природной плотности грунта, удельного сцепления, угла внутреннего трения и модуля деформации выполнялось по результатам лабораторных (компрессионных и сдвиговых) испытаний, выполненных в лаборатории кафедры «Основания, фундаменты, инженерная геология и геодезия» Алтайского государственного технического университета им. И.И. Ползу-нова на автоматизированной системе для инженерно-строительных изысканий АСИС - 18/4 и приборах «Гидропроекта» по стандартным методикам, приведенным во второй главе. При определении величины модуля общей деформации грунта из компрессионных испытаний (формула 3.2) большое влияние оказывают два фактора: диапазон напряжений и коэффициент р.
Поскольку испытание грунтов статическими нагрузками рассматривается как метод, обеспечивающий получение достоверных характеристик деформируемости грунтов, необходимо определять диапазон напряжений из условия сравнительно одинаковой работы грунта основания под воздействием фундаментов зданий и в компрессионном приборе. Такое условие выполняется при равенстве относительных деформаций и соответственно модулей общей деформации. Для лессовых пород Верхнего Приобья таким рекомендуемым интервалом является диапазон напряжений от ОД до 0,3 (МПа). Следовательно, для статистической обработки результатов был принят диапазон напряжений равный 0,1 - 0,3 (МПа) как наиболее часто используемый при проектировании зданий и сооружений, и близкий к рекомендуемому в данном регионе [ 144].
Для статистического обобщения прочностных характеристик отбирались значения углов внутреннего трения и удельного сцепления лессовых грунтов оснований эталонного (начального) и из под подошвы фундаментов исследуемых зданий экспериментальной площадки с различными (от 10 до 40 лет) сроками их эксплуатации. Для решения этой задачи были отобраны результаты сдвиговых испытаний, выполненных в грунтовой лаборатории кафедры по методике консолидированного сдвига. Расчет прочностных характеристик выполнялся согласно требованиям ГОСТ 12248-78[35] с применением ЭВМ по программному комплексу «Sdvig», который входит в комплекс программного обеспечения автоматизированной системы для инженерно-строительных изысканий АСИС-18/4.
Определение значений природной плотности грунта и ее изменений в зависимости от сроков эксплуатации исследуемых зданий выполнялось весовым способом по требованием ГОСТ 5180-84 [42]. Определение расчетного сопротивления грунта - R, как производной от перечисленных выше характеристик, выполнялся по СНиП 2.02.01-83 [120].
Полученные результаты прочностных и деформационных характеристик лессовых грунтов оснований начальных и из под подошвы фундаментов зданий экспериментальной площадки с разными (от 10 до 40 лет) сроками эксплуатации приведены в таблицах 4.1 - 4.6.
