Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 [ 13 ] 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148

Таблица 4

Влияние внешнего давления на содержание незамерзшей воды в мерзлом подмосковном покровном суглинке (содержание глинистых частиц 20,8%) по опытам Н. А. Цытовича

Установленная автором (в 1940 г.) зависимость содержания незамерзшей воды в мерзлых грунтах от величины действующего внешнего давления подтверждается и новейшими (1969 г.) опытами П. Хекстра *, согласно которым для нижних (слабых) лондонских глин получены следующие изменения (AWn) количества незамерзшей воды (в долях от веса глины) при увеличении внешнего давления на 100 кГ/см:

При температуре -ГС изменение А1н = 0,071

» » -1,2° С » А1Гн = 0,067

» » -1,5° С » А1н = 0,026

» » -3,0° С » AWh = 0,018

» » -10,0° С » А1Гн = 0,005

П. Хекстра подтверждает также высказанное нами положение о том, что ползучесть мерзлых грунтов в большой степени связана с наличием незамерзшей воды в мерзлых грунтах и ее перемещениями под влиянием градиента напряжений.

Таким образом, на основании всего вышеизложенного приходим к следующему положению, которое автор считает одним из основных принципов или начал механики мерзлых грунтов: ** количество, состав и свойства незамерзшей воды и льда, содержаиихся в мерзлых грунтах, не остаются постоянными, а изменяются с изменением внешних воздействий, находясь в динамическом равновесии с последними.

Этот принцип, получивший название принципа равновесного состояния воды и льда в мерзлых грунтах, устанавливает динамическое равновесие между количеством незамерзшей воды и льда в мерзлых грунтах и величиной внешних воздействий: температурой, давлением и пр.

* Р. Hoekstra. The Phisics and Chemistry of Frozen Soils. «Highwav Research Board» Spec. Rep. № 103, p. 78-80, 1969.

** H. A. Цытович. Новый принцип механики мерзлых грунтов, ж. АН СССР «Мерзлотоведение», т. 1, 1946, № 1.

принцип равновесного состояния воды и льда в мерзлых грун-т)ах объясняет и физическую сущность основных воздействий, обусловливающих изменения физико-механических свойств мерзлых rjiyHTOB.

Этот принцип, по мнению автора, является тем началом, которое с успехом может быть применено при исследовании мерзлых и вечномерзлых грунтов. Так, например, в механике мерзлых грунтов хорошо известны такие факты, как увеличение прочности мерзлых грунтов с понижением их отрицательной температуры, уменьшение модуля нормальной упругости мерзлых грунтов с увеличением внешнего давления (что будет подробнее рассмотрено далее), зависимость пластических свойств мерзлых грунтов от величины отрицательной температуры и т. п. Все перечисленные явления (а также и многие другие) объясняются, в основном, принципом равновесного состояния воды и льда в мерзлых грунтах, особенно, если изменения физико-механических свойств происходят в области интенсивных фазовых превращений или в переходной области.

Отметим, что принцип динамического равновесия воды и льда в мерзлых грунтах следует рассматривать лишь как закономерность, отражающую главнейшие взаимодействия в фазовом составе мерзлых грунтов, как-то: с температурой, давлением и пр. В отдель- . ных же случаях необходимо учитывать влияние на фазовый состав воды и механические свойства мерзлых грунтов и других факторов, например миграцию пленочной влаги, изменение подвижности атомов водорода в структурной решетке льда, вязкость поровой воды и содержание в ней растворенных солей и пр. Однако мы считаем, что эти воздействия не изменят основной зависимости, устанавливаемой принципом равновесного состояния воды и льда в мерзлых грунтах.

§ 6. Физические свойства мерзлых грунтов

Как отмечалось ранее, мерзлые грунты являются четырехком-понентной системой взаимно связанных между собой частиц (твердых - минеральных, пластичных - льда, жидких - незамерзшей воды и газообразных). Поэтому, если для определения основных физических свойств однокомпонентных (например, массивных скальных пород) или квазиоднокомпонентных (например, сыпучих тел, если пренебречь соединяющимся с атмосферой воздухом) систем достаточно одной характеристики-удельного веса, для двух-компонентной (дегазированной грунтовой массы) двух показателей- удельного веса и влажности, для трехкомпонентной трех характеристик -удельного веса, объемного веса и влажности, то для мерзлых и вечномерзлых грунтов, как для четырехкомпонент-ной системы частиц, при оценке физических свойств и состояния опытным путем как минимум необходимо определить четыре основных показателя:

1) объемный вес мерзлого грунта естественной ненарушенной структуры Y, Г/см;

2) суммарную весовую влажность грунта Wc (в долях единицы); /

3) удельный вес твердых частиц Yya, Г/см; I

4) весовое содержание незамерзшей воды (в долях един11-цы), или заменяющую ее относительную льдистость мерзлого грунта i, равную отношению веса льда к весу всей воды, содержащейся в мерзлом грунте.

Определение объемного веса мерзлого грунта у - этой важнейшей характеристики природной уплотненности мерзлых грунтов, производится но монолитам мерзлого грунта, взятым специальным грунтоносом, или с помощью гидростатического взвешивания куска мерзлого грунта ъ охлажденном керосине, или, наконец, что мы считаем наилучшим способом - с помощью небольшого шурфа, вырубленного на данной глубине (например, на уровне заложения фундаментов), с тщательным собиранием всего вырубленного грунта и с последующим взвешиванием его (например, !В ящике или бочонке) и замером с помощью метра сторон вырубленного параллелепипеда. Конечно, определение объемного веса мерзлых грунтов должно производиться при отрицательной температуре воздуха.

Тогда, для всех рассмотренных способов объемный вес мерзлого грунта

7--. (...)

где gfrp - вес образца мерзлого грунта ненарушенной структуры; - объем того же образца грунта.

Определение суммарной влажности лучше всего производить способом «бороздки»: в шурфе с помощью кайлы снимают бороздку мерзлого грунта на всю толщу слоя грунта, суммарную влажность которого необходимо определить, и по ней определяют суммарную влажность Оплошные ледяные прослойки, выдержанные в плане (не линзообразные) и имеющие толщину >0,5 см, замеряют отдельно.

Отметим, что ОНиП П-Б.б-66 и «Пособие» к нему рекомендуют определять .влажность мерзлых и вечномерзных грунтов дифференцированно: влажность за счет включений льда W; влажность прослоек мерзлого грунта, расположенных между слоями льда, W.: влажность за счет цементирующего минеральные частицы перового льда \ц; влажность за счет незамерзшей ©оды и, наконец, суммарную влажность Wy которая будет равна

W,=W/3 + \r, = W3 + (r + M7J. (1.2)

Влажность Wj, определяется по тщательно отобранным пробам минерального грунта (между нрослойками льда), а влажность включений льда Wb - по опытным замерам прослойков льда или, пользуясь формулой (1.2), если найдены величины и W,.

Мы считаем, что последние рекомендации пригодны лишь для научно-исследовательских работ, так как весьма сложно вьшол-