Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 2. Исследование изменения физико-механических и прочностных свойств
2.1 Характер деформаций просадочных грунтов в основании инженерных сооружений 21
2.2 Влияние химической суффозии на физические и деформационные свойства просадочных
2.3 Изменение прочностных свойств лёссовых просадочных грунтов при статических и
2.4 Влияние вибродинамической нагрузки на прочностные характеристики лёссовидных
2.7 Изменение коэффициента пористости неводонасыщенных лёссовидных грунтов во
ГЛАВА 3. Устройство грунтовых подушек на структурно-неустойчивых грунтах оснований
3.2 Региональные рекомендации по устройству подушек из мягкого материала 80
3.4 Внедрение рекомендаций для выполнения производственных испытаний устройства искусственного основания на конкретных объектах 89
ГЛАВА 4. Экспериментальные исследования несущей способности структурно
4.1 Вопросы исследования по применению метода уплотнения лёссовых грунтов тяжёлыми
PDF создан с пробной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com региональных условиях на стройплощадках
4.2 Влияние начальной плотности на эффект уплотнения просадочных лёссовидных грунтов
4.3 Региональные рекомендации консолидации просадочных лёссовидных грунтов тяжёлыми
4.4 Натурные испытания по уплотнению просадочных грунтов тяжёлыми трамбовками в
113
4.5 Повышение устойчивости устоев под переходную плиту мостовых переходов 121
Заключение.
Список литературы
- Влияние химической суффозии на физические и деформационные свойства просадочных
- Влияние вибродинамической нагрузки на прочностные характеристики лёссовидных
- Внедрение рекомендаций для выполнения производственных испытаний устройства искусственного основания на конкретных объектах
- Региональные рекомендации консолидации просадочных лёссовидных грунтов тяжёлыми
Введение к работе
Актуальность работы.
На юге Черноземной полосы и Краснодарском крае широкая сеть автомобильных дорог, которые нередко располагаются на просадочных лёссовидных грунтах в районах со сложными гидрогеологическими условиями. Поэтому в большинстве случаев нельзя возводить земляное полотно и инженерные сооружения без использования комплекса противопросадочных мероприятий.
Выявлено, что в первую очередь получают значительные деформации оголовки водопроводных сооружений, береговые опоры, просадки земляного полотна, а как следствие, разрушаются откосы, на дорогах появляются провалы, ямы и т.п., достигающие 1...2 м по глубине, из-за недостаточного уплотнения основания и насыпи земляного полотна.
Столь значительный технический и материальный ущерб требует дальнейшей разработки рассматриваемой проблемы.
Степень разработанности темы исследования.
Несмотря на широкие исследования, многие аспекты этой проблемы далеко ещё не решены, особенно на региональном уровне с разработкой конкретных рекомендаций по различным методам подготовки оснований.
Свидетельством этого является все ещё продолжающиеся затруднения с эксплуатацией транспортных сооружений. Научно-исследовательскими и проектными институтами проведены обследования тысячи инженерных сооружений на юге Черноземной полосы и Краснодарском крае.
Ежегодно на просадочных грунтах возводятся, в исследуемом регионе, сотни инженерных сооружений, срок службы которых в 2...5 раз меньше, а затраты на ремонт и восстановление в 4...9 раз больше, чем на грунтах непросадочных, и достигают 40... 90% от первоначальной их стоимости.
Цель исследования: разработка научных основ и практических методов, обеспечивающих эффективное уплотнение оснований инженерных сооружений и насыпей при строительстве автомобильных дорог на просадочных грунтах.
Задачи исследования:
-
Выполнить анализ изменения физико-механических свойств просадочных грунтов основания инженерных сооружений на автомобильных дорогах с учётом причин снижения их устойчивости.
-
Разработка практических методов оценки устойчивости инженерных сооружений на лёссовых просадочных грунтах.
-
Обоснование эффективности конструктивно-технологических решений при строительстве автомобильных дорог на просадочных грунтах.
-
Разработка и внедрение рекомендаций, по использованию механических методов консолидации просадочных грунтов, при возведении инженерных сооружений на автомобильных дорогах.
PDF создан с пробной версией p3 dfFactory Pro
Объект исследования: основание инженерных сооружений на лёссовых просадочных грунта, а также земляное полотно для региональных инженерно-геологических условий.
Научная новизна.
1. Разработаны методики для определения прочностных и
деформационных характеристик при статических и динамических нагрузках для
уплотненных грунтов в зависимости от плотности, вида нагрузки и влажности.
2. Разработаны методики расчета оценки устойчивости инженерных
сооружений на автомобильных дорогах, базирующиеся на закономерностях
движения фильтрационного потока воды.
3. Научно обосновано строительство инженерных сооружений с
маловодопроницаемыми контурными подушками (грунтовыми подушками) из
уплотненного лёссовидного грунта.
4. Изучены закономерности инфильтрации воды в двухслойной среде.
5. Разработаны рекомендации для определения толщины контурных
подушек, в зависимости от размеров подошвы фундамента и передаваемой
нагрузки, обеспечивающие снижение величины деформаций инженерных
сооружений на дорогах.
6. Теоретически и экспериментально обосновано строительство
инженерных сооружений с предварительным замачиванием строительных
участков на юге Черноземной полосы и Краснодарском крае.
-
Определены закономерности применения различных типов катков по уплотнению лёссовых просадочных грунтов.
-
При значительных горизонтальных нагрузках на переходную плиту мостовых сооружений рекомендовано устраивать фундаменты в вытрамбованных котлованах, с использованием эффективных конструкций.
Теоретическая и практическая значимость работы. На основании материалов теоретических и экспериментальных исследований, разработаны региональные рекомендации:
- по определению начального просадочного давления лёссовидных
грунтов;
по выбору оптимальных параметров уплотнения лёссовидных грунтов, механизированных грунтоуплотнительных средств, способов и средств уплотнения грунтов;
по устройству подушек из лёссовидной супеси и суглинков;
по проектированию грунтовых подушек из мягкого и жесткого материала, на основе разработанных математических и табличных зависимостей;
по уплотнению лёссовидных просадочных грунтов тяжёлыми трамбовками;
- по проектированию подушек, устраиваемых тяжёлыми трамбовками, с
использованием разработанных аналитических и табличных зависимостей;
- по устройству фундаментов в вытрамбовыванных котлованах для
переходных участков мостовых сооружений на лёссовидных просадочных
грунтах с учетом динамического воздействия;
PDF создан с пробной версией p 4 dfFactory Pro
- по выявлению закономерностей уплотнения лёссовидных грунтов и
вязких их свойств, а также взаимодействие пневматических колёс с
уплотняемым слоем.
Все предлагаемые методики и рекомендации позволяют обеспечить повышение устойчивости инженерных сооружений на автомобильных дорогах, сокращение сроков производства работ, уменьшение стоимости объектов, и, как следствие, трудовых затрат.
Методология и методы исследования. При проведении экспериментальных исследований была принята методика комплексных исследований факторов, влияющих на устойчивость инженерных сооружений и высоких насыпей на просадочных грунтах Юга Черноземной полосы России.
Общая методика исследований заключалась в последовательном решении поставленных задач. Экспериментальные и аналитические исследования проводились на конкретных площадках Белгородской области. Основное значение придавалось натурным исследованиям в полевых условиях. Результаты, выводы и инженерные рекомендации, содержащиеся в диссертации, базируются на экспериментальном материале, полученном при проведении натурных испытаний на строительных площадках.
В теоретических обобщениях и при разработке практических рекомендаций использовались современные представления теории механики грунтов.
На защиту выносятся:
-
Результаты экспериментально-теоретических исследований лёссовых просадочных грунтов юга Черноземной полосы и Краснодарского края.
-
Динамика изменения физико-химических свойств, прочностных и деформационных характеристик лёссовидного просадочного грунта в процессе его консолидации после замачивания, с разной степенью начального водонасыщения.
3. Научные основы технологии уплотнения оснований земляного
полотна и различных типов инженерных сооружений, возводимых на
лёссовидных грунтах при статических нагрузках и динамическом воздействии.
-
Инновационно-обоснованные рекомендации устройства подушек из лёссовидной супеси и суглинка под инженерные сооружения на автомобильных дорогах.
-
Научно-обоснованные и практически разработанные рекомендации по уплотнению лёссовых грунтов в активной зоне тяжёлыми трамбовками.
Степень достоверности результатов исследований
заключается в том, что рекомендации, предложенные в работе, подтверждаются результатами теоретических, лабораторных и натурных исследований свойств грунтов при статических и динамических воздействиях. Достоверность защищаемых положений обеспечивается:
- использованием в работе методов исследования, основанных на
современных представлениях о механике деформирования грунтов;
PDF создан с пробной версией p5 dfFactory Pro
- выполнением экспериментальных исследований с помощью
современных апробированных контрольно-измерительных цифровых
комплексов, поверенных приборов;
сравнением полученных в работе результатов с данными других исследований;
сопоставлением результатов численных и аналитических решений с экспериментальными данными.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на заседаниях кафедры «Городского кадастра и инженерных изысканий» (БГТУ им. В.Г. Шухова, Белгород, 2012 - 2015), на заседаниях кафедры «Инженерная геология и геотехника» (МАДИ, Москва, 2015 - 2016 гг.), в проектных и строительных организациях: ГУП «Белгородоблпроект», ЗАО «Белгородгражданпроект», ООО «Проектное Управление ЖБК - 1», ООО «Трансюжстрой-Механизированная колонна – 105».
Реализация результатов работы. Научные результаты, полученные в диссертации, доведены до практического использования. Они представляют непосредственный интерес в области проектирования и строительства автомобильных дорог на просадочных грунтах. Разработанные региональные рекомендации внедрены для практического применения в таких организациях, как ООО «ТЮС-МК-105», ООО «Проектное Управление ЖБК -1».
Результаты теоретических и экспериментальных исследований внедрены и используются в учебном процессе в БГТУ им. В.Г. Шухова при подготовке студентов на кафедре «Автомобильные и железные дороги».
Публикации. Основное содержание диссертации отражено в семи статьях в журнале, рекомендованном ВАК России.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка используемых источников и приложения. Работа содержит 153 страницы машинописного текста, 41 рисунок, 61 таблица и список литературы из 152 наименований.
Влияние химической суффозии на физические и деформационные свойства просадочных
Относительная деформация просадочности от природных нагрузок у слабопросадочных толщ лёссовых грунтов в верхней зоне є = 0,002 - 0,008, при Р = 0,2 МПа - sl= 0,021 - 0,052, а у среднепросадочных толщ грунтов соответственно є = 0,004 - 0,01, є = 0,069 - 0,073. При этом начальное просадочное давление Psi для: - слабопросадочных толщ лёссовых грунтов составляет в пределах - 0,085 - 0,115 МПа; - среднепросадочных толщ - 0,06 - 0,075 МПа; - сильнопросадочных толщ - 0,035 - 0,055 МПа. Чаще всего Psi изменяется от 0,07 до 0,012 МПа. Следует особо подчеркнуть, что приведенные числовые значения по просадке имеют место при инфильтрации. При подъеме подземных вод абсолютная просадка лёссовых грунтов часто оказывается меньше. Это объясняется тем, что при подъеме подземных вод происходит повышение влажности грунта до полного водонасыщения, препятствующее проявлению просадочных свойств грунтов, а также не образуется расклинивающего упругого ядра (которое имеет место при инфильтрации).
Ю.М. Абелев и М.Ю. Абелев [142, 2] выделили три категории толщ лёссовых пород: устойчивая, малопросадочная и просадочная.
Балаев Л.Г. и Денисов Н.Я. [15, 53, 55] на основании многочисленных исследований установили, что естественная влажность оказывает значительное влияние на сжимаемость и сопротивления сдвигу лёссовых грунтов, что подтверждается и нашими лабораторными испытаниями. Особенно важным являются учёт первоначальной (естественной) и конечной влажности грунта, оказывающих существенное влияние на величину просадочных деформаций. На основании накопленного опыта установлено, что для просадочного грунта можно всегда подобрать такую влажность (называемую начальной или критической), которая при соответствующем давлении будет способствовать появлению просадочных деформаций. Состояние лёссовых грунтов редко описывают по весовой влажности. Основным их показателем является коэффициент водонасыщения [120].
Начальная просадочная влажность (Wsi) лёссовых пород, по В.И. Круто ву [142], представляет собой влажность, при которой просадочные грунты, находящиеся под давление собственного веса и их толщи или дополнительного давления сооружения, начинают проявлять просадку. За этот показатель принимают минимальное значение влажности, при котором под действующим давлением формируется относительная деформация просадочности, равная 0,01.
PDF создан с пробной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com Глинистые грунты могут проявлять и набухание, которое обусловлено увеличением влажности и возникновением расклинивающего давления в пленках воды, которое является результатом действия сорбционных (адсорбция - поверхностное проникновение из газообразной среды) осмотических (явление медленного проникновения через перегородки) и капиллярных (способность поднимать воду по узким порам) сил. На основе экспериментальных исследований установлена величина расклинивающего давления Рр для набухающего до величины 8 грунта. .[l_5fe )J -ц/5 Рр=Рссе +Р1 где Рсс - структурная связанность природного грунта при набухании в кгс/см ; (1.4) Рн - давление набухания, численно равное внешней нагрузке кгс/см , при которой отсутствуют деформации набухания, б (1.5) где 8Н- набухание образца без нагрузок; \/ , а - коэффициенты, учитывающие изменение структурной связности и давления набухания при набухании грунта. Также, как и для просадочных грунтов, для набухающих грунтов существуют критические значения плотности и влажности, при которых возможны деформации набухания и просадки. Для региона исследований минимальное значение плотности, при которой возможно набухание должно превышать 1,08 -1,12 г/см , а для лёссовых грунтов, при которой возможна просадка, обычно составляет 1,57 -1,62 г/см .
Для набухающих грунтов степень влажности близка к единице, а для просадочных грунтов просадка возможна лишь при степени влажности не более 0,65 -0,82.
Для набухающих и просадочных грунтов существуют попарно критические или начальные давления и влажности, при которых проявляются деформации набухания и просадки. Набухание грунта происходит лишь в тех случаях, когда действующее на него давление меньше давления набухания G Psi, а естественная влажность меньше влажности набухания W WH. Просадка грунта происходит в том случае, если действующее давление на грунт превышает начальное просадочное давление G Psi, а повышенная влажность грунта - начальную (критическую) влажность Wsi. PDF создан с пробной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com PDF создан с пробной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com 1.3 Анализ методов ускорения консолидации просадочных грунтов Полевые исследования позволили изучить характер деформации просадочных грунтов в основании транспортных сооружений. Выявлено, что в общем случае просадочные грунты основания подразделяются на 3 характерные зоны:
Зона I - деформируемая (активная), в которой просадка проявляется при совместном действии нагрузки фундамента и собственного веса грунта; распространяется данная зона от подошвы фундамента до глубины, где вертикальное напряжение от нагрузки, передаваемой сооружением и весом грунта равно величине начального просадочного давления (PcyM=Psi) Зона II - нейтральная (пассивная) зона, в которой практически отсутствуют деформации грунта при замачивании, т.к. вертикальное напряжение в ней меньше начального просадочного давления, при котором начинается просадка.
Зона III - зона просадки от собственного веса грунта (когда Sp w = Psi)- В данных регионах процесс просадки от собственного веса протекает очень медленно. В зависимости от размеров фундаментов, нагрузки на них, толщи просадочных грунтов и других факторов, нами выявлено пять частных случаев: а - при небольшой толщине слоя зоны II и III могут отсутствовать, и просадка фундаментов будет происходить только в деформируемой зоне от совмещенного действия нагрузки фундамента и собственного веса грунта; б - при сравнительно небольших размерах фундаментов и ограниченной толщине слоя просадочных грунтов зоны III может отсутствовать, и просадка грунта происходит только в деформируемой зоне; в - при больших размерах фундаментов и нагрузок на них, зоны I и III сливаются; г - при сравнительно небольшой нагрузке от фундаментов или его отсутствии и ограниченной толще слоя просадочного грунта зоны I и III отсутствуют, и просадка грунта при его замачивании не наблюдается; д - при сравнительно небольшой нагрузке от фундаментов или его отсутствии, зона I отсутствует, и просадки грунта происходят только от собственного веса грунта. Грунтовые условия строительных площадок в зависимости от проявления просадки грунтов от собственного веса и при их замачивании подразделяются на тип I и тип II [134].
Влияние вибродинамической нагрузки на прочностные характеристики лёссовидных
Суммирование по формуле (2.7) производится в пределах всей деформируемой или просадочной толщи, начиная от низа уплотненного слоя (подушки).
Размеры уплотненных массивов на просадочных лёссовых грунтах рассчитывали с учетом типа грунтовых условий, характера развития просадки основания, конструкции и размеров фундаментов, нагрузки на них, физико-механических характеристик и несущей способности уплотненных и подстилающих их неуплотненных лёссовых грунтов, применяемых методов уплотнения и их технических возможностей.
На просадочных грунтах I типа достаточно устранить просадочные свойства грунтов в пределах деформируемой зоны.
Величина деформируемой зоны и, следовательно, максимально необходимая глубина уплотнения для полного устранения просадки грунта от нагрузки фундамента определялась методом последовательного приближения по формуле: hsl , p Psl-p0-h-(l+a)-R-a ро (2.8) где ро - плотность грунта в уплотненном слое, г/см ; h - глубина заложения фундамента, м; Psi - величина начального просадочного давления, МПа; а - коэффициент уменьшения дополнительного давления от фундамента на глубине, соответствующей кровле неуплотненного слоя лёссового грунта; R - расчетное давление на уплотненный грунт равное принятому давлению на грунт по подошве фундамента, МПа.
При величине просадочной толщи грунта, меньше глубины деформируемой зоны, глубина уплотнения или толщина грунтовой подушки принималась равной мощности просадочных грунтов. При уплотнении с целью устройства сплошного маловодопроницаемого экрана глубина уплотнения принималась не менее 1,5 м.
Уплотнение просадочных грунтов II типа предварительным замачиванием осуществлялась на всю величину просадочной толщи. Размеры уплотненной зоны в плане при устройстве грунтовых подушек, уплотнении тяжёлыми трамбовками рассчитывались из условия
PDF создан с пробной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com исключения деформации окружающих уплотненную зону неуплотненных лёссовых грунтов от нагрузки фундаментов. Если размеры уплотненной зоны в плане оказывались недостаточными, происходили дополнительные деформации вследствие бокового перемещения частиц в сторону неуплотненного грунта.
Таким образом, устойчивость фундаментов и оснований, возводимых на уплотненных грунтах, зависит от размеров уплотненной зоны в плане.
Размеры уплотненной зоны в плане, исходя из условий работы её как основания фундаментов, назначались в зависимости от размеров фундаментов и оснований, их конфигурации в плане, принятого давления на грунт, целевого назначения процесса уплотнения и удобства производства работ.
Во всех случаях при консолидации грунтов тяжёлыми трамбовками или устройстве грунтовых подушек ширина уплотняемой зоны принималась шире не менее чем на 40 см по верху и 30 см по низу, в каждую сторону от наружной грани фундаментов.
Размеры грунтовых подушек и уплотненной зоны в плане для тех случаев, когда они являются сплошным водонепроницаемом экраном, предохраняющим от замачивания нижележащие просадочные грунты, принимали из расчета отвода вод за пределы возможного их влияния. Уширение уплотненной зоны от нагруженной грани фундаментов в этих случаях принимали равным не менее 1,2 м.
При строительстве транспортных сооружений необходимо избегать (нарушение естественного стока, устройства планировочных насыпей, изменения условий аэрации и т.д.), чтобы не было дополнительны осадок (замедленных просадок).
Чтобы оценить возможность проявления просадки, определяли начальное давление просадочности, а также учитывали, что длительное воздействие воды на лёссовые просадочные грунты постепенно ослабляет прочность структурных связей (переводя часть переходных контактов в коагуляционные, частично растворяя цементационные контакты и т.д.). Это один из видов проявления эффекта Ребиндера - понижения прочности дисперсных систем при внедрении в них жидких прослоек [141].
Величина относительной деформации просадочности при природном давлении существенно увеличивается, что приводит к снижению и начального давления и вовлечение в просадочное уплотнение лёссовых суглинков, относимых ранее к непросадочным. Число структурных связей в грунте быстро ослабевает.
Сохранившиеся связи под действием воды продолжают терять свою прочность, и поэтому процесс полного уплотнения растянут во времени (послепросадочные деформации), иногда длится годами. Разница в величине просадки между опытно-полевым и лабораторным исследованием лёссового грунта тем больше, чем больше мощность просадочной толщи. В
PDF создан с пробной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com связи с этим необходимо вводить поправочные коэффициенты, которые будут различными для разных стройплощадок (объектов).
Для полной реализации просадки размеры площади замачивания принимались вдвое больше мощности лёссовой толщи. Нормативы по строительству на просадочных грунтах требуют водозащитных мероприятий по обеспечению надежной и долговечной эксплуатации инженерных сооружений на транспортных магистралях при неполной прорезке подстилающей их просадочной толщи, но на грунтах II типа просадочности водозащитные мероприятия, предусмотренные в СП 34.13330.2012 [137] и СП 78.13330.2012 [136], не дают положительных результатов, т.е. не обеспечивают полной защиты просадочных лёссовых оснований от замачивания, и не редко через несколько лет эксплуатации проявляются неравномерные осадки земляного полотна и оснований инженерных сооружений. Такие участки автомобильных дорог имеют многолетние деформации и, как следствие, повышенные расходы на содержание дорог. Установлено, что постоянными источниками замачивания являются различные водоводы.
При строительстве определенное время бывают открытыми котлованы для инженерных сооружений, что приводит к возможному скоплению атмосферных осадков, особенно в искусственных понижениях рельефа. Идет постоянная миграция воды со стороны незастроенных участков, в связи с нарушением застройкой температурно-влажностного режима в зоне аэрации. Перепад температур в подстилающих грунтах под дорожной одеждой в центральной части автодороги и по краям (обочинах) составляет 4-8С, в результате чего за счет передвижения в сторону более низких температур образуются дополнительные купола подземных вод, причем интенсивность роста таких куполов возрастает с увеличением ширины дорожного полотна.
Внедрение рекомендаций для выполнения производственных испытаний устройства искусственного основания на конкретных объектах
Параллельно изучалась степень просадочности при замачивании образцов лёссового грунта дистиллированной водой. Производилось сравнение полученных результатов по каждому метру и каждому участку. Общее число испытаний составило более 300. Одновременно проводились определения состава обменных катионов и емкости поглощения на 100 г породы. Отмечены существенные различия в содержании Na, К, Са, и Mg по глубине, в образцах: а- до замачивания, б- после замачивания, в- профильтровавшейся через грунт водой. Емкость поглощения на глубине 2,0 м составила: а - 12,52 мГэкв. (Na+ К - 6,26 мГэкв., Са - 1,06 мГэкв., Mg - 5,2 мГэкв.); б - 9,23 мГэкв. (Na+ К-3,8 мГэкв., Са - 0,98 мГэкв., Mg - 4,45 мГэкв.); в - 10,86 мГэкв. (Na+ К-4,2 мГэкв., Са - 1,06 мГэкв., Mg - 5,6 мГэкв.) На глубине 10 м соответственно: а - 1,6 мГэкв. (Na+ К-6,5 мГэкв., Са- 1,3 мГэкв., Mg - 4,1 мГэкв); б - 8,2 мГэкв. (Na+ К-3,5 мГэкв., Са- 1,1 мГэкв., Mg - 3,6 мГэкв); в - 12,7 мГэкв. (Na+ К-4,0 мГэкв., Са - 3,8 мГэкв., Mg - 4,9 мГэкв). PDF создан с пробной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com Исследованиями установлено, что при замачивании образцов грунта водой из каналов оросительной сети, содержание солей по глубине возрастает в среднем на 1 м - 0,9 + 0,35% по сравнению с естественным состоянием. В большей степени увеличивается содержание Са, a Na и К даже несколько уменьшается. В связи с этим и степень просадочности у образцов, увлажняемых профильтровавшейся через грунт водой, меньше, чем при увлажнении дистиллированной. На основании статической обработки полученных результатов были составлены таблицы по определению коэффициентов, учитывающих степень засоленности увлажняющей жидкости Кз таблица 2.8.
При сравнении общей величины просадки, вычисленной с использованием коэффициентов Кз, в результатом просадки, определяемой в натурных условиях с помощью натурных моделей в открытых котлованах при интенсивном замачивании, а также с учетом степени влажности грунта в лёссовой толще после окончания испытаний, были получены очень хорошие результаты, а именно: для толщи в 16-18 м просадка в натурных условиях от природных нагрузок составила 25,8 см, по результатам лабораторных испытаний 25,4 см (использовалась канальная вода). А при использовании только дистиллированной воды, просадка составила 34,2 см. Все это говорит о необходимости использования предложенной методики испытаний в лабораторных условиях.
Можно заключить, что засоленные супесчаные и суглинистые грунты, как просадочные, так и непросадочные, претерпевают суффозионную осадку, которая достигает 6-8%, в лёссовых просадочных грунтах 18-20% и более в обычных сильнозагипсованных суглинках и супесях, на что указывает и ряд авторов [17, 54, 72, 95].
Существующие классификации засоленных грунтов по количественному содержанию солей [123, 139, 148], предложенные дорожниками, гидротехниками или почвоведами, применяемые главным образом к глинистым грунтам, нижний предел содержания солей, принят в существующих классификациях от 0,3 до 0,5%. Тогда как исследования показывают, что суффозионная осадка наблюдается в лёссовых грунтах уже при содержании легкорастворимых солей выше 0,2%, или свыше 1% (при условии, что е 0,7, и количество глинистых частиц 40%). Для непросадочных грунтов это предел может быть повышен до 5%, при использовании PDF создан с пробной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com просадочных суглинков и супесей в качестве оснований, обычно применяются различные мероприятия (предварительное замачивание, и т.д.), практически ликвидирующие возможность развития во времени суффозионной осадки. В связи с этим, основное внимание должно быть уделено изучению непросадочных засоленных грунтов с коэффициентом пористости е 0,7.
Засоленные грунты в природном залегании нередко сцементированы до прочности полускальных пород. Компрессионные испытания этих грунтов с замачивание в течение 1-2 суток дают результаты, практически не отличающиеся от испытаний в воздушно сухом состоянии при проведении опытов с длительной фильтрацией. При содержании Ca 7 - 9% в них развивается суффозионная осадка, а величина прочностных характеристик уменьшается.
Для установления величины суффозионной осадки засоленных супесчаных и суглинистых грунтов рекомендуется проведение штамповых или компрессионно-фильтрационных испытаний с длительной фильтрацией растворов. После окончания длительных испытаний следует определить гранулометрический состав, пластичность и удельный вес испытанного образца грунта. Для общей характеристики засоленности грунтов в лабораторных условиях следует выполнять определение солей с помощью водных и соляно-кислых вытяжек с дополнительным определением карбонатности. Это даст достаточную характеристику содержания в грунте легко, средне и труднорастворимых солей. Специфика засоленных грунтов должна учитываться при инженерно-геологических изысканиях, проектировании, строительстве и эксплуатации инженерных сооружений, при чем, они должны быть охарактеризованы не только количественным содержанием и качественным составом солей, но и характером распределения в массиве.
Прочностные свойства лёссовых просадочных грунтов характеризуются, как отмечалось рядом исследователей [38, 53, 76, 78, 82], двумя показателями: углом внутреннего трения «ф» и сцепления «С». С повышением влажности просадочного грунта до полного водонасыщения с учётом динамических нагрузок сцепление в наших экспериментах снижалась в 3 - 10 раз, а угол внутреннего трения в 1,1 - 1,4 раза. С повышением степени плотности сцепление и угол внутреннего трения возрастают.
Учитывая сложные гидрогеологические условия: сейсмичность района, постоянное динамическое воздействие на транспортные сооружения, а также возможность постоянной инфильтрации (по всей площади и локально), и практически ликвидации зоны аэрации под дорогами. При проектировании следует принимать в расчетах ф и С для грунтов при
Региональные рекомендации консолидации просадочных лёссовидных грунтов тяжёлыми
С целью разработки поставленной задачи были проведены экспериментальные работы в глинистых грунтах в неводонасыщенном состоянии в Белгородском районе Белгородской области. Физические показатели этих грунтов таковы: гранулометрический состав (процентное содержание фракций, мм) 0,50 -0,25 - 4,8%; 0,25 -0,10 - 10,2%; 0,10 -0,05 - 16,5%; 0,05 -0,01 -15%; 0,01 -0,005 - 22,5%; 0,005 -0,001 - 13,5%; 0,001 - 17,5%; естественная влажность W -17,5%; гигроскопическая влажность Wr - 2,86%; плотность грунта р = 1,74 г/см ; плотность частиц грунта ps= 2,72 г/см ; плотность сухого грунта pd= 1,56 г/см ; коэффициент пористости е =0,743; коэффициент водонасыщения Sr = 0,419; пористость п = 42,7%; максимальная молекулярная влажность WMM= 16,27%; граница текучести Wi=31,3; граница раскатывания Wp = 16,6%; число пластичности 1р = 14,7%.
Для изучения закономерности деформации сжатия грунтов во времени использовали устройство статического нагружения 500У ГТ 1.0.2 «Стабилометр» (пКОл= 35 мм и SK0Ji= 40 см ). Чтобы не было потери влажности при длительном испытании, цилиндрический корпус приборов покрывался полиэтиленовой плёнкой, что обеспечивало условие постоянство влажностного режима во время длительного опыта. Отсчёты деформации образцов замерялись индикаторами с точностью до 0,01 мм, при этом брались в одно и тоже время.
На основе экспериментальных данных строились графики е (p,t)=f(t). Можно допустить (для практических целей), что кривые изменения деформаций во времени под различными постоянными нагрузками взаимоподобны и описываются единым законом, и относительные деформации можно представить в виде: е(р,о=/(р)-Ф(0, здесь /(Р) - функции напряжения были приняты линейно, т.е. /(Р)=Р; (2.34) PDF создан с пробной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com ф(/) - изменение относительной деформации образца грунта при единичной нагрузке («меры ползучести»). Математическая обработка показала, что изменение относительной деформации образцов исследованного грунта во времени выражается по обменному закону в виде [73]: е(Р, t)= Р -a p, (2.35) где а - параметр, равный отрезку, отсекаемому кривой деформации ползучести грунта на оси ординат при t=l и Р =1; Р - угол наклона кривой lg e(P,t) - lgt к оси абсцисс, изменяющейся в пределах 0 Р 1. Если принять Р=1, то получим е(Р = 1, t)= a . (2.36) Учитывая выражение (2.36) в формуле (2.33), получим зависимость между изменением коэффициента пористости и временем неводонасыщенного глинистого грунта в виде: е(Р = 1, t)= ео - а -/р. (2.37) Изменение относительной деформации неводонасыщенного глинистого грунта можно выразить изменением коэффициента вязкости грунта.
Исследованиями установлено, что изменения и относительные деформации во времени неводонасыщенного глинистого грунта при единой нагрузке описывается следующей зависимостью:
Как видно из рисунка 2.10, сопоставление экспериментальных (сплошная линия) и теоретических (пунктирная) кривых, полученных по выражению (2.39), дает удовлетворительную сходимость. PDF создан с пробной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com Дифференцируя выражение (2.39) по t, получим скорость изменения коэффициента пористости образцов неводонасыщенных глинистых грунтов во времени:
Как видно из выражений (2.39) и (2.40), изменение коэффициента пористости неводонасыщенного глинистого грунта во времени зависит от коэффициента вязкости, изменяющегося во времени и являющего прямой физико-механической характеристикой грунта. Величина г) в любом состоянии может быть определена непосредственными опытами в лаборатории (метод «шарика») или косвенным путем на основании данных опытов по изучению деформируемости испытуемого грунта во времени в лабораторных условиях. Входящие в выражение (2.39) значения начального коэффициента вязкости г\нач определяется опытным путем, т.к. измеряется величина относительной деформации Ае - сжатие образца за начальный промежуток времени At. Затем, принимая изменение скорости относительной деформации образца за указанный период времени постоянным, определяем значение ее
Значения коэффициента вязкости испытуемого грунта соответствует времени t= со, что исключает возможность его прямого экспериментального определения. Величина г\кон может быть найдена по следующему выражению: PDF создан с пробной версией pdfFactory Pro www.pdffactory.com Здесь величина коэффициента вязкости г\ ), r\2(t) соответствуют времени ti, t2, t3 и значение их определяется экспериментальной кривой зависимости r\yt) = f\t) на некотором её участке. Величина т\кон может быть определена иным путем, в частности при соблюдении условия:
При определении коэффициента вязкости на время t исследованного грунта были использованы методы «длительного опыта». Пределы г) по Карауловой З.М. [102]: -грунты в мягкопластичной консистенции а-1010 + а-10п пуаз;
При сейсмическом и динамическом воздействии на просадочные и сильносжимаемые грунты, наблюдается резкий скачок в развитии деформаций, которые протекают весьма быстро, и в значительной степени оказывают влияние на устойчивость сооружений.
Кроме вышеперечисленных показателей, влияющих на степень просадочности лёссовых грунтов, установлено, что при увеличении содержания глинистой фракции на 9-10% просадочность снизится в 1,15-1,55 раз. Также существенную роль на степень просадочности оказывает структура лёссовых пород. Наибольшая величина просадочности проявляется при зернисто-пленочной структуре, а наименьшая при агрегативной.