Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь FAQ Написать работу КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Мерзлые дисперсные ледоминеральные – органоледяные грунтыСодержание книги
Поиск на нашем сайте
Подразделение, распространение и состав. К ледоминеральным мерзлым грунтам относятся малольдистые и льдистые песчано-глинистые и крупнообломочные грунты, в которых суммарное содержание льда составляет менее 40%. Этому содержанию льда в глинах соответствует влажность меньше нижнего предела пластичности. К минерально-ледяным мерзлым грунтамотносятся сильнольдистые и очень сильнольдистые грунты, в которых содержание льда составляет более 40%. В глинах этому содержанию льда соответствует влажность выше нижнего предела пластичности. Эти грунты распространены по всему району криолитозоны. Они представлены син-, эпи- и диакриогенными образованиями и наиболее широко развиты в пределах молодых платформ, в северных областях древних платформ. В горно-складчатых районах они в основном приурочены к речным долинам и склонам горных сооружений. Для этих грунтов помимо гранулометрического состава важнейшими показателями, определяющими их свойства являются: 1) температура грунтов на территории России изменяется от 0° до —15...— 18°С (особенно на подошве слоя годовых нулевых амплитуд), поскольку определяет количество незамерзшей воды; 2) суммарная льдистость (влажность) грунтов. Самые высокие значения влажности свойственны синкриогенным тонкодисперсным отложениям (пылеватые пески до 40—50%, супеси и суглинки до 80—100%). Самые низкие значения эпикриогенным плотным суглинкам и глинам с грубообломочным материалом и крупным пескам. Аналогично распределяется в этих грунтах и льдистость. Среди дисперсных минерально-ледяных многолетнемерзлых грунтов свойствами и строением принципиально отличаются глинистые и песчаные многолетнемерзлые грунты. Промежуточными свойствами характеризуются многолетнемерзлые суглинки и супеси. Среди дисперсных ледоминеральных и минерально-ледяных многолетнемерзлых грунтов в прибрежных районах Российской Арктики широко распространены засоленные грунты. Это связано с син- и эпигенетическим промерзанием морских и других слаболитифицированных отложений, насыщенных первичными или метаморфизованными морскими водами, реже водами континентального происхождения. Засоленность мерзлых грунтов находится преимущественно в пределах 0,05—2% и по составу относится к морскому типу засоления; сезонноталый слой, как правило, не засолен. Кровля многолетнемерзлых пород обычно отличается меньшей засоленностью, чем мерзлые грунты на глубине 5—10 м. Особенности состава, строения и свойств засоленных мерзлых пород Арктического побережья значительно отличаются от других мерзлых пород по ряду характеристик. Строение засоленных грунтов, в частности, отличается чередованием слоев льдистых мерзлых грунтов и находящихся в охлажденном состоянии талых засоленных грунтовых прослоев с разными физическими и физико-механическими свойствами.
Криогенное строение грунтов. В отличие от скальных мерзлых для дисперсных мерзлых грунтов наиболее характерны слоистые и сетчатые криогенные текстуры; в них очень редко встречаются жильные льды, здесь обычны повторно-жильные ледяные залежи. В эпикриогенных массивах льдистость обычно меньше, чем в синкриогенных. Но при близком залегании водоносных горизонтов и в эпикриогенных грунтах может содержаться значительное количество текстурообразующего льда и основными видами текстур являются толсто- и среднешлировые слоистые или сетчатые, а нередко здесь можно встретить залежи инъекционного и инъекционно-сегрегационного льда. Там, где породы, например пески или суглинки промерзали в условиях аэрации, к моменту промерзания они бывают обезвожены, поэтому здесь чаще можно встретить массивные или редкослоистые тонкошлировые текстуры. Криогенные текстуры, формирующиеся при эпигенетическом промерзании русловых или флювиогляциальных песчаных грунтов, обычно массивные с поровым или базальным льдом-цементом, а в галечниково-гравелистых грунтах корковые, иногда базальные текстуры. Криогенные текстуры и льдистость синкриогенныхгрунтов из-за наличия постоянного водоупора (мерзлого грунта снизу) существенно отличны от эпикриогенных. Синкриогенные грунты обычно характеризуются высокой (более 40%) или очень высокой (до 80—90%) льдистостью и равномерно-ритмичными криогенными текстурами. Это может быть и редкое чередование относительно мощных (высотой до 3—5 м) пачек, и частое чередование сравнительно маломощных (высотой до 1—2 м) пачек со сходным или одинаковым криогенным строением, перемежающихся с менее льдистыми слоями. Эти пачки являются результатом циклического прерывисто-повторяющегося режима осадконакопления. Солифлюкционным и делювиальным синкриогенным грунтам часто свойственны элементарные линзовидные, сложные волнисто-поясковые или вогнуто-параллельно-слоистые криотекстуры. Особый облик криогенному строению сингенетически промерзавших отложений придает наличие мощных залежей повторно-жильных льдов, часто многоярусных, вертикальной протяженностью до 40—55 м и шириной до 3— 3,5 м, увеличивающих льдосодержание синкриогенных пород до 85—90%.
Криогенные текстуры, формирующиеся при диагенетическом промерзании, напрямую связаны с субаквальным промерзанием отложений. Их характер связан с рельефом дна водоема и направлением фронта промерзания. Поэтому здесь нередко можно встретить вогнуто-слоистые, ромбовидные сетчатые, косоугольные, конусо-линзовидные и косослоистые текстуры. При возможности интенсивного оттока влаги (так как нет подстилающих мерзлых пород), особенно в песчаных и супесчаных фунтах, формируются слабольдистые диакриогенные грунты с редкими ледяными шлирами. Свойства грунтов.
Плотность твердых частиц ледоминеральных и минерально-ледяных грунтов аналогична таким же по составу талым и немерзлым разностям. Плотность грунта и плотность скелета грунта у первых колеблется в большом интервале, причем по значениям они ниже по сравнению с аналогичными по составу немерзлыми грунтами. Например, плотность мерзлых песков Гыданского полуострова наиболее часто составляет 1,9—2,0 г/см3, в то время как плотность скелета чаще всего 1,40—1,70 г/см3. Пористость песков наиболее часто 35—45%. Плотность мёрзлых глинистых лагунно-морских грунтов того же района изменяется в пределах 1,22—2,08 г/см3, а плотность скелета — от 0,58 до 1,63 г/см3. Пористость их 40—60% и более. Ее величина уменьшается в ряду от супесей к глинам тяжелым.
Коэффициент пористости немерзлых глинистых и песчаных дисперсных грунтов редко превышает 1. В мерзлых же фунтах того же состава он часто выше этой величины, а в минерально-ледяных дисперсных фунтах может достигать 3—3,5 и более (Ершов и др., 1987).
Состояние и свойства мерзлых грунтов во многом определяются их температурой. В практике инженерных изысканий обычно выделяют твердомерз- лое, пластично-мерзлое и сыпучемерзлое состояние фунтов.
Наличие солей в мерзлых грунтах, в частности фунтах морского генезиса, также сказывается на их состоянии.
Физико-механические свойства ледоминеральных и минерально-ледяных грунтов существенным образом зависят от их состава, пористости и температуры. Модуль упругости этих образований изменяется в диапазоне 300— 30000 МПа, что существенно выше величины подобного показателя для талых и немерзлых дисперсных и многих разностей выветрелых скальных грунтов. Коэффициент Пуассона мерзлых песчано-глинистых грунтов изменяется от 0,13 до 0,45 (Н.А.Цытович, 1973). При понижении температуры грунтов коэффициент понижается, а при повышении увеличивается и стремится к максимальному значению 0,5, как у идеальных пластовых жил.
Модуль общей деформации мерзлых песчано-глинистых грунтов обычно составляет десятки и первые сотни мегапаскалей. Он возрастает при снижении температуры мерзлых грунтов, уменьшении значений и времени действия нагрузки и т.д.
Сжимаемость ледоминеральных и минерально-ледяных грунтов обусловлена деформируемостью и перемещениями всех компонентов: твердых минеральных, органоминеральных и органических частиц и льда, жидкой незамерзшей воды и газообразной. Сжимаемость возрастает в ряду пески — супеси — суглинки − глины, что объясняется последовательным увеличением количества незамерзшей воды в этих мерзлых грунтах.
Засоленность мерзлых фунтов резко увеличивает их сжимаемость. Увеличение содержания незамерзшей воды происходит за счет уменьшения доли льда, что приближает такие мерзлые грунты по свойствам к талым.
Наличие ледяных прослоек в мерзлом фунте существенно сказывается на величине осадок и их развитии во времени. Если ледяные прослойки находятся вблизи подошвы штампа, то вначале происходит их изгиб, а затем при больших нагрузках прослойки прорезаются уплотненным фунтовым ядром. Поскольку лед является вязкой средой, то осадка штампа при прорезании ледяной прослойки резко возрастает, уменьшаясь лишь после того как прослойка будет прорезана и ядро «упрется» в минеральный грунт. Если же ледяные прослойки расположены на большом расстоянии от подошвы штампа, то их влияние существенно уменьшается. Поэтому при устройстве фундамента с близким залеганием ледяных прослоек или непосредственно на подземном льду следует под подошвой фундамента укладывать защитный слой из промороженного грунта.
Прочность ледоминеральных и минерально-ледяных грунтов, как и другие физико-механические свойства, сильно зависит от их температуры: в большинстве случаев она возрастает с понижением температуры (рис. 1, Приложение 1). Это обусловлено тем, что с понижением температуры уменьшается количество незамерзшей воды и одновременно увеличивается количество приконтактного льда, усиливается льдоцементационное сцепление и упрочняется сам лед.
При уменьшении дисперсности в ряду глина—песок прочность мерзлых пород увеличивается. Однако такое соотношение прослеживается лишь до определенной температуры. Так, при температуре —50°С и ниже прочность мерзлой глины стала превышать прочность мерзлого песка (Ершов, 2002).
Существенное влияние на сопротивление сдвигу оказывает криогенное строение мерзлых грунтов. При высоких отрицательных температурах мерзлый грунт с большим количеством незамерзшей воды в случае массивной криогенной текстуры характеризуется, по Э.Д.Ершову, меньшими величинами сопротивления быстрому сдвигу, сцепления и трения, чем в случае сетчатой криогенной текстуры, для которой с ростом толщины шлиров льда прочность грунта возрастает, если плоскость сдвига расположена перпендикулярно к ее слоистости. При этом сопротивление сдвигу грунта со слоистой криогенной текстурой тем больше, чем больше площадь сдвига проходит через лед.
Прочность мерзлых грунтов в большей степени зависит от времени воздействия на них нагрузки, снижаясь по мере его увеличения. Так, при t=-100C максимальное сопротивление сдвигу мерзлого глинистого грунта было равно 1,8 МПа, а длительная прочность — 0,68 МПа, т.е. уменьшилось почти в три раза. Понижение сопротивления сдвигу в этом случае происходит главным образом за счет сил сцепления мерзлой породы и частично — угла внутреннего трения. Прочность понижается до некоторого предельного значения, так называемого предела длительной прочности (Ершов, 2002).
Сопротивление ледоминеральных мерзлых песчано-глинистых фунтов одноосному сжатию и разрыву в целом подчиняется описанным закономерностям (рис. 19.18). При увеличении суммарной влажности до величин, превышающих величину полного водонасьпцения таких же по составу немерзлых грунтов, сопротивление одноосному сжатию для всех мерзлых грунтов возрастает, а при полном их льдозаполнении и распучивании льдом, как правило, уменьшается. Характер зависимости сопротивления разрыву мерзлых фунтов от величины суммарной влажности при низких температурах (от —10 до -55°С), подробно исследованный Е.П.Шушериной, принципиально одинаков для всех видов мерзлых грунтов: при неполном влагонасыщении и рыхлом сложении сопротивление разрыву возрастает, что обусловлено появлением льдоцементационного сцепления. При полном же льдонасьпцении и криогенном распучивании сопротивление мерзлого грунта уменьшается, стремясь к сопротивлению разрыву льда.
Засоление мерзлых грунтов существенно снижает их прочность. Это объясняется тем, что увеличение концетрации растворенных солей вызывает (при постоянной температуре) соответствующее увеличение незамерзшей воды и уменьшение содержания льда в мерзлом грунте. Кроме того, от концентрации порового раствора зависят структура и прочность образовавшегося льда.
Величина сцепления, получаемая в ходе определения сопротивления мерзлых грунтов сдвигу, была использована А.М.Фишем и Р.В.Максимяк для подразделения мерзлых грунтов на четыре группы — очень прочные (I), прочные (II), средней прочности (III) и малопрочные (IV)- Принадлежность грунтов разного гранулометрического состава, льдистости и температуры к этим группам охарактеризована в табл. 1.(Приложение 2)
Для засоленных грунтов значения величин сопротивления нормальному давлению существенно ниже.
Совместный анализ экспериментальных реологических кривых для талых и мерзлых грунтов, проведенный Л.Т.Роман, показал, что независимо от состояния грунтов (талое или мерзлое), гранулометрического и минерального состава, а для мерзлых грунтов — независимо от температуры, льдистости, вида криогенной текстуры, зависимость между скоростью течения и напряжением имеет общий характер — реологические кривые мерзлых фунтов аналогичны таковым для твердого тела, с четким прослеживанием критических значений напряжения. С увеличением льдистости при неполном заполнении пор вязкость породы повышается и достигает максимальной величины при степени влажности 0,8—0,9. Далее вязкость снижается по мере увеличения льдистости и стремится к вязкости льда.
Для грунтов с массивной криогенной текстурой щведовский предел текучести при прочих равных условиях оказывается больше, а граница практически неразрушенной структуры ниже, чем для пород со слоистой криотекстурой. Соответственно в первом случае нижний участок реологической кривой течения развит в меньшей степени, чем во втором случае, в котором отмечается более резкий характер перегиба на реологической кривой у пород с массивной криогенной текстурой.
Значительные изменения вязкости грунта происходят при замерзании и понижении температуры грунтов. Появление льда приводит к увеличению вязкости в 100—1000 раз и более. Это вызвано общим упрочнением породы в результате формирования льдоцементационных связей. Радикальные изменения при этом отмечаются и в характере реологических кривых. В интервале отрицательных температур реологическая кривая приобретает характерный изгиб, возрастают абсолютные значения коэффициентов вязкости и одновременно происходит общее увеличение области развития вязкопластического течения для данного диапазона скоростей деформации, т.е. реологические кривые как бы растягиваются. Что же касается чистого льда, то для него реологическая кривая получается еще более вытянутой.
Массивы ледоминеральных и минерально-ледяных многолетнемерзлых грунтов благодаря наличию в них льдоцементных связей при сохранении отрицательной температуры являются достаточно прочными и устойчивыми природными образованиями. Однако при повышении и понижении их температуры (даже в области отрицательных температур) происходят существенные изменения свойств грунтов, а при оттаивании порового льда структурные льдоцементные связи разрушаются и возникают значительные деформации. Для маловлажных (слабольдистых) массивов мерзлых фунтов оттаивание порового льда, разрушающего льдоцементные связи между частицами, уменьшает устойчивость структуры значительно увеличивает сжимаемость и водопроницаемость оттаявших массивов и во много раз снижает их прочность. При оттаивании же льдистых и сильнольдистых грунтов наблюдается лавинное разрушение их структуры, скачкообразное изменение пористости, возникают местные просадки (в местах локального оттаивания), часто сопровождающиеся выдавливанием разжиженных масс оттаивающего грунта в стороны от нагруженной поверхности, например из-пол фундаментов сооружений.
В качестве одной из характеристик деформационных свойств грунтов при оттаивании (обычно называемой в геокриологии просадочностью) при- нята относительная осадка мерзлого фунта при переходе его в оттаявшее сос- тояние, и рассчитывается по формуле:
δ=∆hfh/hfn
где ∆hfh — осадка при оттаивании слоя грунта мощностью hfh. В зависимости от этого показателя мерзлые фунты подразделены на четыре категории: I мерзлые непросадочные; II — мерзлые среднепросадочные; III — мерзлые просадочные; IV — мерзлые сильнопросадочные (табл. 2 Приложение 3).
Таким образом, ледоминеральные и минерально-ледяные грунты являются чрезвычайно сложными грунтами. При их инженерно-теологическом изучении важно знать (как и для других типов мерзлых грунтов) серию показателей прочностных и деформационных свойств не только для мерзлого их состояния, но и при неполном или полном оттаивании (в талом состоянии). Для мерзлого состояния важнейшими показателями, согласно Н.А.Цытовичу, служат: длительная прочность грунтов при сжатии, предельная величина эквивалентного сцепления и определенное по ней нормативное расчетное давление на массив мерзлого грунта в основаниях сооружений, суммарный коэффициент относительной сжимаемости массива грунтов на уровне подошвы фундаментов. В оттаивающем состоянии к категории таких показателей относятся: параметры основного уравнения осадок мерзлых грунтов при оттаивании (именно коэффициент оттаивания и коэффициент уплотнения при оттаивании) и коэффициент консолидации. Коэффициент оттаивания в особо сложных грунтах и в наиболее ответственных случаях определяется методом пробной нагрузки в шурфах при послойном оттаивании и непосредственном загружении горячего штампа размером не менее 0,5x0,5 м. Для оттаявшего грунтового массива важными являются: параметры сопротивления сдвигу для состояния, приобретенного грунтом непосредственно после оттаивания, угол внутреннего трения в недренированном и недоуплотненном состоянии грунта, определяемый методом быстрого сдвига. С этими величинами связана несущая способность оттаивающих грунтов в наиболее опасном и неустойчивом их физическом состоянии, когда они еще не успели уплотниться под нагрузкой.
|
||||
Последнее изменение этой страницы: 2016-04-26; просмотров: 794; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 18.225.56.233 (0.014 с.) |