Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса. Цель и задачи исследования 9
1.1. Характеристика инженерных условий и опыт строительства земляного полотна в криолитозоне. 9
1.2. Анализ современных методов повышения несущей способности оснований путем его армирования 22
1.3. Теоретические предпосылки. Цель и задачи исследований 30
2. Прогноз напряженно-деформированного состояния водонасыщенного основания 36
2.1. Современные расчетные модели грунтов и их анализ 36
2.2. Выбор расчетной модели консолидации грунтового основания 43
2.3. Усовершенствование модели фильтрационной консолидации для двумерного случая 52
Выводы по главе 59
3. Исследование процесса консолидации водонасыщенного основания 60
3.1. Грунтовые модели. Приборное обеспечение 60
3.1.1. Конструкции и способ создания грунтовых моделей 60
3.1.2. Измерительная и регистрирующая аппаратура 72
3.2. Результаты экспериментальных исследований на грунтовых моделях напряженно-деформированного состояния слабого водонасыщенного основания дорожной конструкции 82
3.3. Сопоставление результатов экспериментальных исследований и теоретического прогноза процесса консолидации водонасыщенного основания 94
3.4. Экспериментальные исследования напряженно-деформированного состояния слабых водонасыщенных грунтов методом одноосного сжатия : 103
3.4.1. Поисковые эксперименты 105
3.4.2. Экспериментальная установка для испытания водонасыщенных грунтов методом одноосного сжатия 109
Выводы по главе... 114
4. Использование результатов исследований в практике дорожного строительства 115
4.1. Пример прогноза осадки и оценки сдвигоустойчивости слабого водонасыщенного основания дорожной конструкции 115
4.2. Технология устройства вертикальных армирующих элементов в основании дорожной конструкции в криолитозоне 122
4.3. Технико-экономическая эффективность внедрения конструктивного решения в практику дорожного строительства 127
Выводы по главе 137
Заключение 139
Литература 141
Приложения 160
- Анализ современных методов повышения несущей способности оснований путем его армирования
- Усовершенствование модели фильтрационной консолидации для двумерного случая
- Результаты экспериментальных исследований на грунтовых моделях напряженно-деформированного состояния слабого водонасыщенного основания дорожной конструкции
- Технология устройства вертикальных армирующих элементов в основании дорожной конструкции в криолитозоне
Введение к работе
Актуальность темы. Экономическое развитие современной России во многом зависит от успешного - освоения минерально-сырьевых и энергетических ресурсов. Основные разведанные и прогнозируемые запасы расположены в зонах распространения многолетнемерзлых грунтов. В целом, криолитозона занимает 10,7 млн. км территории страны, что составляет более 70 %.. Крайне важным является наличие в данном регионе эффективно функционирующей инфраструктуры и ее неотъемлемой составляющей -развитой сети автомобильных дорог. Необходимо отметить, что зона распространения многолетнемерзлых грунтов, с точки зрения дорожного строительства, относится к категории сложных, вследствие экстремального сочетания инженерно-геологических условий. В связи с этим, обеспечение надежности и долговечности инженерных сооружений требует, как правило, усложнения конструкций и технологий, что влечет за собой существенное удорожание строительства.
Один из подходов, снижающих стоимость строительства дорожных конструкций на многолетнемерзлых грунтах, это допущение ограниченного протаивания грунтов основания. При этом в основании дорожной конструкции образуется слой слабого водонасыщенного грунта и возникает необходимость повышения его несущей способности. Это обстоятельство предопределяет актуальность и практическую значимость разработки методов инженерной подготовки и прогноза процесса фильтрационной консолидации оснований сооружений в криолитозоне.
Объект и предмет исследования. Объект - армированные сезоннопротаивающие водонасыщенные грунты криолитозоны. Предмет -влияние вертикального армирования на процесс консолидации сезоннопротаивающих водонасыщенных оснований в криолитозоне.
Цель и задачи исследований. Теоретическое и экспериментальное обоснование способа вертикального армирования водонасыщенных грунтов
5 деятельного слоя в основании дорожной конструкции на многолетнемерзлых грунтах.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
- провести анализ современных методов строительства земляного полотна
в криолитозоне и способов повышения несущей способности водонасыщенных
оснований;
- разработать конструкцию автомобильной дороги на многолетнемерзлых
. грунтах с вертикальным армированием сезоннопротаивающего слоя основания
и технологию ее внедрения;
усовершенствовать модель процесса фильтрационной консолидации водонасыщенных грунтовых оснований и выполнить оценку их несущей способности при вертикальном армировании;
определить экономическую эффективность вертикального армирования водонасыщенного грунта в основании дорожных конструкций.
Методология и методы проведения исследования. Метод -теоретически-экспериментальный с использованием современных технических . средств для испытания водонасыщенных грунтов, с применением численных методов вычислений и аппарата механики грунтов.
Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем:
- проведены экспериментальные исследования процесса консолидации
водонасыщенного грунта, армированного вертикальными синтетическими
, элементами;
- предложена методика прогноза процесса фильтрационной консолидации
водонасыщенных оснований сооружений, подтверждена ее адекватность
результатам экспериментальных исследований;
- обоснован способ вертикального армирования деятельного слоя
основания дорожной конструкции на. многолетнемерзлых грунтах.
Достоверность защищаемых положений обеспечивается применением
в теоретической части работы положений механики грунтов, выполнением экспериментальных исследований с использованием современных контрольно-измерительных приборов и первичных преобразователей, сопоставлением полученных результатов с известными теоретическими и экспериментальными исследованиями.
Теоретическая значимость работы обусловлена возможностью оценки напряженно-деформированного состояния армированных водонасыщенных грунтов в основании сооружений.
Практическая значимость (экономическая, социальная) работы состоит в том, что ее результаты могут быть использованы в практике проектирования, строительства, ремонта и реконструкции автомобильных дорог в криолитозоне.
Апробация результатов исследований. Основные результаты исследований докладывались и обсуждались на следующих семинарах и научно-практических конференциях: научные семинары (ТюмГАСА, ТюмГАСУ 1998-2006 г.г.), факультета «Мосты и тоннели» ПГУПС (Санкт-Петербург, 2003 г.), КГУ (Казань, 2005, 2006 г.г.), ТГУ (Тюмень, 2005, 2006 г.г.); 6-ой Международной научно-технической конференции (Санкт-Петербург, 2004 г.); XVII сессии Международной школы по моделям механики сплошной среды (Казань, 2004 г.); всероссийской научно-практической конференции «Актуальные проблемы строительства и экологии в Западной Сибири» (Тюмень, 2005 г.); всероссийской научно-практической конференции «Энергосберегающие технологии, оборудование ' и материалы при строительстве объектов в Западной Сибири» (Тюмень, 2005 г.); 63-ей научной конференции СПбГАСУ, кафедра Геотехники (Санкт-Петербург, 2006 г.); всероссийской научно-практической конференции «Проблемы строительства, экологии и энергосбережения в условиях Западной Сибири» (Тюмень, 2006 г.); I всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Проблемы проектирования, строительства и эксплуатации
7 транспортных сооружений» (Омск, 2006 г.). Получены патенты РФ на изобретение и полезную модель. На защиту выносятся.
1. Результаты экспериментальных исследований и расчетов напряженно-
деформированного состояния водонасыщенного основания и их анализ.
2. Методика прогноза процесса фильтрационной консолидации
водонасыщенного грунтового основания инженерного сооружения.
3. Конструкция автомобильной дороги на многолетнемерзлых грунтах.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения,
четырех глав, заключения, библиографического списка из 169 наименований, в том числе иностранных, и 3 приложений. Работа изложена на 175 страницах машинописного текста, содержит 57 иллюстраций, 12 таблиц.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано одиннадцать статей и получено два патента РФ.
В первой главе анализируется современное состояние вопроса, относящегося к теме диссертации. Приведена характеристика инженерных условий и опыт дорожного строительства в криолитозоне. Рассмотрены современные методы повышения несущей способности слабых водонасыщенных оснований инженерных сооружений. Выдвинута рабочая гипотеза исследования. Сформулированы теоретические предпосылки, цель и задачи исследований.
Во второй главе проведен анализ известных моделей механики грунтов и обоснована необходимость совершенствования метода прогноза избыточных поровых давлений и осадки сооружений в процессе консолидации на водонасыщенном основании. Проведен анализ полученных результатов и сформулированы выводы.
В третьей главе описаны экспериментальные стенды, измерительная и регистрирующая аппаратура, изложена методика проведения опытов, приведены результаты экспериментальных исследований и их анализ.
В четвертой главе рассмотрены пример прогноза процесса консолидации основания дорожной- конструкции на' многолетнёмерзлых грунтах в период образования слабой толщи, технологические аспекты внедрения предлагаемого способа армирования в практику дорожного строительства и экономическая .эффективность внедрения результатов исследования.
В заключении изложены основные выводы, полученные в ходе исследований, и защищаемые в диссертации положения.
В приложениях приведены патенты на изобретение и полезную модель, акт о внедрении методики прогноза процесса консолидации деятельного слоя в основании дорожной конструкции, результаты ' экспериментальных исследований.
Анализ современных методов повышения несущей способности оснований путем его армирования
Повышение несущей способности оснований инженерных сооружений , путем армирования применяется достаточно широко, в связи с этим накоплен . большой опыт практического решения такого рода задач.
В практике армирования оснований инженерных сооружений также достигнуты значительные результаты [31, 32]. Широко известна монография И.Е. Евгеньева и В.Д. Казарновского [33], в которой приводится систематиза ция конструктивных решений переходов через болота. В нее включены вариан ты с использованием армирования водонасыщенного основания. Среди них можно выделить следующие основные типы:
Жесткие бетонные конструкции, где слабый грунт полностью исключа ется из работы. Сваи забивают в подстилающие слабую залежь минеральные грунты. Известен второй вариант жесткой бетонной конструкции, согласно ко торому сооружение опирают на висячие сваи или висячие оболочки. Традици онным примером является дорога на свайной эстакаде. Грунтовые насыпи на свайном основании. В этом варианте использует ся арочный эффект слабого фунта, но вес сооружения и транспортной нагрузки передается полностью на сваи. Коллективом авторов предложено усиление основания под жесткое дорожное покрытие со швами, содержащее грунт земляного полотна и подшов-ные несущие элементы из плавленого грунта, где несущие элементы имеют цилиндрическую форму с заданным диаметром и высотой [34]. Конструкция основания под жесткое дорожное покрытие [35] отличается от вышеуказанной тем, что в нижней части несущие элементы сплавлены друг с другом. При этом внутри земляного полотна несущие элементы должны образовывать сплошную конструкцию. Оптимальные, с точки зрения авторов, параметры конструкции рассчитываются по соответствующей формуле. Экспериментальная работа по исследованию напряженно-деформированного состояния просадочных лессовых оснований.с использова-. нием горизонтального и вертикального армирования представлена в работе Х.А. Турсунова [36]. В качестве горизонтальных армирующих основание элементов автором рассмотрены стальная сетка, стальная проволока, нетканый материал «Дорнит», солома и стальные полоски. Вертикальное армирование было осуществлено микросваями размером 15х15х300лш с уклоном острия 45. Были проведены экспериментальные исследования в лабораторных и натурных условиях. Анализ результатов испытаний показывает, что просадочные свойства лессового основания уменьшаются при любом типе армирования. Горизонтальное армирование приводит к увеличению боковых размеров и уменьшению глубины активно сжимаемой толщи. Улучшение деформационных свойств ос-. нований зависит от типа, ориентации в толще грунта, количества рядов и длины армирующих элементов. Вариант усиления устоя моста посредством армирования подходной на-сыпи системой вертикальных и горизонтальных стержней, образующих пространственный каркас с заключенным в него грунтом, представлен в работе Г.Ф. Новожилова [37]. Предложенный способ позволяет воспринимать про дольные горизонтальные усилия, а также осуществлять стяжку насыпи арма турными стержнями, что повышает ее устойчивость. Необходимо отметить, что предусмотрена технология проведения работ в условиях непрерывной эксплуа . тации сооружения. Результаты исследования работы песчаных подушек с геотекстилем на слабых водонасыщенных грунтах приведены в работе А.А. Тажигулова [38]. По результатам экспериментальной работы можно заключить, что эпюра контактных напряжений под подошвой фундамента существенно меняется в случае применения в песчаной подушке прослоек из геотекстиля. Сжимаемость песча ной подушки зависит от материала геотекстильной, прослойки. Основания штампов на песчаной подушке, армированной геотекстильными прослойками, оказались существенно устойчивей, по сравнению с вариантом подушки без . армирования. Изменение коэффициента устойчивости и величины предельной нагрузки на основание зависит от физико-механических характеристик и раз меров, применяемых геотекстильных материалов. Материал «Дорнит» может быть использован в качестве эффективных вертикальных дрен в слабых водо насыщенных глинистых грунтах, но необходимо учитывать срок кольматации глинистыми частицами. В работе Ху Нара рассматривается решение повышения несущей способности оснований при помощи внедрения распорных стенок [39]. Было рассмотрено основание, сложенное однородными с кварцевыми частицами воздушно сухими песками средней крупности. Экспериментальные исследования прово-дились в лотке на моделях фундаментов (имитация штампом) и распорных стенок. В опытах рассматривались разные углы наклона распорных стенок по отношению к горизонтальной оси (90, 75 и 60").
Проведенные эксперименты позволяют выделить следующие основные закономерности. Геометрические параметры распорных стенок, а именно: угол наклона к горизонтальной оси, ширина стенок, расстояние от края фундамента - оказывают существенное влияние на несущую способность основания. При этом раепорные стенки изменяют напряженно-деформированное состояние песка в основании и увеличивают предельно допустимую нагрузку на грунт. Автором при некоторых постоянных геометрических соотношениях оптимизированы параметры расположения стенок.
Исследовательская работа О.А. Ещенко посвящена разработке прогрессивных конструкций, методов расчета и технологий возведения насыпей, армированных геосетками [40]. Для изучения влияния ориентации арматуры и технологии строительства на устойчивость и механизм разрушения откосов, армированных геосетками, автором была проведена серия опытов. Моделирование проводилось методом эквивалентных материалов. В связи с отсутствием реального прототипа материал-эквивалент подбирался так, чтобы при пересчете на натуру его характеристики удовлетворяли международному стандарту на ар-могрунтовые сооружения BE 3/78. Этим требованиям отвечает смесь чугунной дроби и солидола (3%). В качестве модельных армирующих сеток использовалась капроновая сетка. Эксперименты проводились во вращающемся лотке.
Усовершенствование модели фильтрационной консолидации для двумерного случая
Анализ современных расчетных моделей грунта показал, что прогноз кинетики избыточных поровых давлений остается актуальным и определяющим элементом при прогнозе процессов фильтрационной консолидации.
Для прогноза осадки дорожных конструкций на слабых водонасыщен-ных грунтах усовершенствована модель фильтрационной консолидации водо-насыщенных грунтовых оснований, которая описана системой модифицированных дифференциальных уравнений сплошности и компрессии.
В результате упрощений общего решения получена зависимость, которая соответствуют теоретическим представлениям о механизме фильтрационной консолидации водонасыщенного грунта и раскрывает влияние напряжений, .. пористости, фильтрационных свойств грунта и времени кбнсолидаций на кинетику изменения избыточных поровых давлений и величину осадки. конструкции на многолетнемерзлых грунтах достигается армированием вертикальными элементами, размещенными в деятельном слое симметрично относи тельно продольной оси автомобильной дороги по всей ее протяженности и за щемленными нижними краями в толще многолетнемерзлых грунтов. Влияние такого способа армирования на напряженно-деформированное состояние деятельного слоя основания дорожной конструкции было проверено на грунтовых моделях. Приведем общие черты грунтовых моделей. Экспериментальная установка представляет собой стальной лоток с жесткими стенками размерами в плане 1250х1250лш и высотой 1250лш. Нагрузка от дорожной конструкции и земляного полотна на основание имитировалась жестким стальным штампом пря моугольной формы. На него была установлена треугольная ферма, в центр ко торой передавалось давление при помощи консольно-рычажной системы. На перпендикулярные к загружающей пластине стенки лотка были помещены два слоя легкодеформируемой полиэтиленовой пленки, в качестве смазки исполь зовался литол. Двойная пленка применялась для снижения сил трения, возни , кающих между грунтом и стенками лотка. Наличие смазки между .пленками и стенками лотка позволяет испытуемому грунту совместно с пленками переме t і щаться под действием нагрузки, в результате чего достигается требуемый эффект. В результате была реализована возможность экспериментального исследования плоского напряженно-деформированного состояния основания, находящегося под действием равномерно распределенной полосовой нагрузки. В качестве основания использовался водонасыщенный суглинок нарушенной структуры, который послойно равномерно укладывался в лоток (высота слоя 150- 200лш). Каждый слой консолидировался нагрузкой, соответствую щей природному давлению от собственного веса грунта. Высота основания бы ла принята равной \м. Для поддержания влажности испытуемого грунта на по верхность модели наливался слой воды высотой Зсм, уровень которого сохра нялся до конца эксперимента. Значения физико-механических характеристик грунта определены согласно [141, 142], приведены в приложении 3. Испытуемый грунт по своей при-роде относится к классу дисперсных грунтов, а по физическим характеристикам к водонасыщенным мягкопластичным пылеватым (песчанистым) суглин кам. Одновременно с укладкой грунта устанавливались датчики для определения полных (общих) и избыточных поровых давлений в грунте. Для этой цели использовались тензорезисторные мембранные месдозы и пьезометры. Избыточные поровые давления замерялись на вертикальных и горизонтальных пло-. щадках. Провода от месдоз укладывались «змейкой» для предотвращения натяжений и обрывов, а выводились в равном количестве к боковым стенкам лот-ка, таким образом, уменьшалось неравномерное влияние проводов месдоз на характеристики исследуемого грунта. В качестве регистрирующей тензометрической аппаратуры использовалось независимо друг от друга два типа приборов: автоматический измеритель деформаций (АИД-4) и измерительный регистрирующий комплекс (ИРК). Производилось дублирование полученных сигналов тензорезисторных датчиков. Показания по всем приборам снимались после приложения нагрузки. После завершения процесса укладки грунта и установки датчиков на во-донасыщенное основание передавалась равномерно распределенная полосова нагрузка. Осадка штампа замерялась при помощи датчиков измерения перемещений с точностью измерений 0,01лш, установленных в четырех угловых точках. На первом этапе исследований был проведен поисковый эксперимент. При этом были решены следующие задачи: - исследовано напряженно-деформированное состояние водонасыщенно-го основания, армированного вертикальной полосой из синтетического водонепроницаемого материала; - отработана методика проведения эксперимента, проверена работоспособность измерительной и регистрирующей аппаратуры. В эксперименте в качестве армирующего элемента использовался синтетический водонепроницаемый материал, не имеющий изгибной жесткости, но обладающий жесткостью на растяжение (полиэтиленовая пленка толщиной ЮОмкр). Она была размещена по краю загружающего штампа параллельно ее продольной оси, при этом нижний край полосы жестко защемлен, а верхний заведен под штамп. Загружающий штамп имел размеры в плане 1210х500лш. Продольное и поперечное сечения, схема загружения грунтовой модели с указанием конструктивных элементов приведены на рис. 3.1. На рис. 3.2 представлен общий вид экспериментальной установки. Местоположение датчиков показано нарис. 3.3. К грунтовой модели была приложена полосовая равномерно распреде ленная нагрузка равная а0 = 4,6кПа. Время длительности эксперимента соста вило 75 суток. Результаты эксперимента приведены в приложении 3 и парагра фе 3.2. На втором этапе экспериментальной работы было исследовано и сопоставлено напряженно-деформированное состояние водонасыщенных оснований, армированных вертикальными элементами, и без применения армирования.
Результаты экспериментальных исследований на грунтовых моделях напряженно-деформированного состояния слабого водонасыщенного основания дорожной конструкции
В ходе экспериментальных исследований напряженно-деформированного состояния водонасыщенного суглинка в условиях плоской деформации на грунтовых моделях варьировались следующие факторы: ширина загружающего штампа (50см и 20см), величина полосовой нагрузки (4,6кПа, 7,2кПа, 9,2кПа), основание дорожной конструкции (армирование одной пленкой, двумя пленками, без армирования), местоположение датчиков для измерения общих и избыточных поровых давлений относительно продольной оси полосы нагружения. В результате были получены опытные данные, характеризующие напряженное состояние в разных точках сжимаемой толщи, кроме этого были замерены осадки загружающих штампов в процессе койсолидации. Для эксперимента с армированием одной пленкой конечная осадка загружающего штампа при нагрузке 4,6кПа равна = 6,89см. Для грунтовой модели с армированием двумя пленками при нагрузке сг0 = 1,2кПа конечная величина осадки составила S = S,\CM, при сг0 = \9,2кПа соответственно . S = 3,%см. Для основания без применения армирования при рабочем давлении а0 = 1,2кПа конечная осадка равна S = $,28CM, а при т0 =\9,2кПа значение S = 4,29см. Основные результаты опубликованы в статьях [147.. .151]. Измерения величин избыточных поровых давлений на горизонтальных и вертикальных площадках подтверждают принятое в механике грунтов положение - давления в поровой воде по всем направлениям одинаковы. В ходе проведения испытаний, то есть осуществления комплекса условий, которые можно воспроизвести сколь угодно большое число раз [152], было получено поле событий. Очевидно, что как ни стараться сохранить неизменны ми условия опыта, его результаты всегда имеют некоторый разброс, соответст венно предсказать точное числовое значение результата предстоящего наблюдения практически невозможно. Тем не менее, из сказанного не следует, что результаты наблюдений не подчиняются никакому закону. При анализе поля со-бытии можно выделить две основные тенденции: «...1) большинство результатов наблюдений тесно группируются около среднего значения всей серии наблюдений; 2) чем большее отклонение результата от среднего значения, тем меньшая частость (вероятность) его появления» [152 : 9]. Во второй главе диссертационной работы предложена математическая модель консолидации водонасыщенного грунта. На основе экспериментальных данных были получены значения параметров kx{y,z), k2(y,z) и A(y,z), входящих в уравнения (2.12, 2.19, 2.20). Для определения указанных характеристик модели было разработано программное обеспечение в виде приложения, вы . полненного в Delphi 6 (рис.3.14). Программный продукт позволяет проводить определение неизвестных параметров в автоматическом режиме, интерактивном, а также в заданном интервале в случае прямого перебора. Также предусмотрен вариант, позволяющий работать только с частью экспериментальных данных любого временного промежутка. Для получения эмпирических зависимостей указанных параметров модели от тех или иных факторов был проведен статистический анализ найденного поля событий.
Параметр k\{y,z) в рассматриваемой модели консолидации водонасыщенного грунта характеризует сжимаемость грунтовой толщи под действием нагрузок, приложенных к дневной плоскости. Физика процесса предполагает зависимость данного коэффициента от суммы нормальных напряжений в рас . сматриваемой точке сжимаемой толщи. Возможны другие варианты - угол видимости, радиус, квадрат радиуса, .соотношения координат местоположения рассматриваемой точки. При проведении парного линейного корреляционного и регрессионного анализа была рассмотрена эмпирическая зависимость коэффициента k{(y,z) от суммы нормальных напряжений 0{y,z), действующих в рассматриваемой точке грунтовой толщи.
На первом этапе статистического анализа была проведена предварительная обработка результатов наблюдений. Это мероприятие позволит в дальнейшем с наибольшей эффективностью, а главное корректно использовать статистические методы.
Распределение Стьюдента относится к категории распределений, связанных с нормальным распределением, поэтому была проверена гипотеза о нормальности распределения [153].
Проверка однородности результатов измерений, то есть гипотезы о том, , что все элементы выборки получены из одной и той же генеральной, совокупности, проведена в соответствии с [154].
На следующем этапе математической обработки был проведен парный линейный регрессионный и корреляционный анализ. Процедура проведения . линейного парного регрессионного анализа осуществлялась методом наименьших квадратов, так как наилучшее .уравнение приближенной регрессии дает функция, для которой сумма квадратов отклонений имеет наименьшее значение (принцип Лежандра).
Задача состоит в том, чтобы определить, что произойдет с функцией от-. клика [ордината Y, в нашем случае параметр kx(y,z)\, если изменить независимую переменную [фактор X, для данного анализа - сумма нормальных напряжений в рассматриваемой точке в(у,г)].
Между независимой переменной и функцией отклика возможно наличие двух видов связи: функциональной (когда все значения зависимой переменной лежат на прямой регрессии) и стохастической (вероятностной). Для вероятностной связи большое значение имеет коэффициент корреляции г, по величине которого можно судить о тесноте связи. Чем ближе коэффициент корреляции к единице, тем ближе изучаемая зависимость к функциональной.
Технология устройства вертикальных армирующих элементов в основании дорожной конструкции в криолитозоне
На начальном этапе работы была проведена серия поисковых экспериментов, целью которых было исследование напряженно-деформированного состояния слабых водоиасыщенных грунтов методом одноосного сжатия. Некоторые результаты, с нашей точки зрения, заслуживают внимания, поэтому, на- рушая хронологическую последовательность изложения материала диссертации, кратко представим их.
На современном этапе развития опытных исследований в этом направлении разработано достаточно много экспериментальных стендов для фиксации напряжений и деформаций в испытуемых образцах грунта в процессе консоли- дации [98, 142, 155, 156]. На основе результатов наблюдений предложены методики определения прочностных и деформационных характеристик грунтов, которые затем используются в проектных расчетах. Общей чертой большинства экспериментальных установок является то, что исследуемые образцы грунта имеют относительно малые размеры - Яоб/7 \2см, Do6p 1,\см. Это влечет за собой несоответствие полученных экспериментальных данных результатам натурных исследований для соответствующих грунтов, что неоднократно отмечалось [157, 158].
В.А. Флорин отмечает, что для грунтов с достаточно высокими значениями начального- градиента напора по результатам компрессионных испытаний с малыми образцами нельзя судить об условиях сжатия этого же грунта в случаях слоев большей толщины [58]. По мнению Л.С. Амаряна [135], торфяные грунты в естественном залегании обладают неоднородной структурой, содержат различные включения, пустоты, водяные мешки и др. При определении характеристик водонепроницаемости, сжимаемости и прочности грунта по образцам стандартных размеров (от 104 40 до 80лш в диаметре) можно говорить лишь о точечном отображении. Характер изменения порового давления при проведении экспериментальных исследований в лабораторных условиях зависит от размеров исследуемого образца. При относительно малых диаметре и высоте, кинетика избыточных поровых давлений существенно отличается от натурных условий. Автором предлагается для определения значений характеристик деформируемости использовать крупногабаритные монолиты диаметром 200 - ЗООлш и высотой 400 - 500лш.
П.А. Коноваловым и С.Я. Кушниром проводились испытания водонасы-щенных торфов нарушенной и ненарушенной структуры, в установке, высотой 1200лш и диаметром 500лш [159]. При этом искусственно регулировались фильтрационные условия на верхней границе испытуемых образцов. Полученные результаты свидетельствуют о том, что в характер развития осадок и избыточных поровых давлений в процессе фильтрационной консолидации зависит от физических свойств на верхней кровле.
М.Ю. Абелев отмечает, что «...исследования слабых водонасыщенных глинистых грунтов позволили установить, что возникающее в образце поровое давление существенно изменяет характеристики прочности водонасыщенных грунтов. Этот неожиданный результат противоречит общепринятому, мнению, что поровое давление в грунтах является нейтральным при определении характеристик деформируемости и прочности. Если на деформируемость грунтов поровое давление действительно почти не влияет,, то во всех опытах это влияние было существенным при определении прочностных характеристик» [ПО : 18].
М.Б. Лисюком приведены результаты компрессионных и трехосных испытаний водонасыщенных грунтов (ила, торфа, суглинка) с различными условиями дренирования. Проведено сопоставление полученных данных по измерению поровых давлений с результатами натурных исследований. На основании проделанной работы автор заключает, что необходимо разрабатывать методики и аппаратуру для испытания образцов в лабораторных условиях с учетом реальных условий дренирования и сопротивления отжатию поровой воды, существующих в полевых условиях [160].
Коллектив авторов предлагает конструкцию экспериментальной- установки для исследования напряженно-деформированного состояния образцов водо-насыщенного грунта, удаленных от дневной поверхности, методом одноосного сжатия [161]. В испытательном стенде заглубленность имитируется при помощи столба воды, находящегося над исследуемым образцом грунта. Это позволяет более адекватно отобразить поведение поровой воды в процессе консолидации. Соответственно полученные характеристики деформируемости будут определены с учетом избыточных поровых давлений.
По результатам экспериментов, проводимых на образцах водонасыщен-ного грунта малых размеров, можно судить о прочностньгх и деформационных свойствах слоев, находящихся вблизи от дневной поверхности. В то время как высота сжимаемой толщи грунта в реальных условиях много больше, соответственно много больше путь фильтрации поровой воды и время рассеивания избыточных поровых давлений, влияющих на процесс уплотнения. Под словосочетанием «дневная поверхность» подразумевается поверхность, на которую действует нагрузка от инженерных сооружений.
