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

температур, распространяются до 10 м и несколько более (с точ-ностью±0,1°С).

Наконец, начиная с некоторой глубины наблюдается постепенное повышение температуры мерзлой толщи до 0°С, и далее температурная кривая переходит в область положительных температур. Следует заметить, что в нижней зоне температурной кривой некоторый слой грунтов вследствие значительных в нем давлений от веса вышележащей толпщ, хотя и имеет отрицательную температуру (не очень низкую), но не будет мерзлым, т. е. не будет содержать в своих порах льда вследствие понижения температуры замерзания воды с повышением давления. Этот слой грунтов будет содержать только переохлаженную и незамерзающую при данной температуре воду.

Расстояние от верхней до нижней границы Я вечномерзлой толщи и определяет ее мощность.

Глубина летнего оттаивания (величина h на рис. 12) для области вечномерзлых грунтов и соответствующая ей глубина зимнего промерзания для областей вне распространения вечномерзлых грунтов являются очень важными величинами, характеризующими зону сезонных изменений температуры грунтов от положительной к отрицательной и наоборот, т. е. зону, подвергающуюся периодическим промерзаниям и протаиваниям, что обусловливает возникновение и протекание в ней (иногда с огромной интенсивностью) целого ряда сложных физических и физико-механических процессов и явлений (что будет подробно рассмотрено в следующих главах) и определяет, в частности, выбор глубины заложения фундаментов сооружений и некоторые их конструктивные особенности. В инженерной практике слой ежегодного зимнего промерзания и летнего оттаивания носит название деятельного слоя грунтовой толщи.

Становление и развитие механики мерзлых грунтов в СССР. Исследование механических процессов, возникающих в деятельном слое при его промерзании и оттаивании и в толще вечномерзлых грунтов под влиянием внешних воздействий, особенно в верхних ее слоях, изучение прочности, устойчивости и деформируемости замерзающих, мерзлых и оттаивающих грунтов и напряженно-деформированного взаимодействия сооружений с вечномерзлыми грунтами- все это входит в задачи механики мерзлых грунтов. Механика мерзлых грунтов вызвана потребностями практики освоения Севера и Северо-Востока СССР при развертывании дорожного, гражданского, промышленного, гидротехнического и других видов строительства в районах вечномерзлых грунтов.

Границы периодов становления и развития механики мерзлых грунтов в СССР приняты несколько условными, но намечены нами на основе важных (по нашему мнению) граничных данных: установления фундаментальных закономерностей или выхода в свет научных трудов, освещающих те или иные вопросы механики мерзлых грунтов, обобщающие предыдущие исследования и подытоживающие достигнутые результаты, важные для решения ряда практических задач. При рассмотрении отдельных периодов мы будем обра-

щать внимание на развитие тех или иных понятий, положений и идей, способствующих дальнейшему прогрессу механики мерзлых грунтов.

Можно наметить следующие пять периодов становления и развития механики мерзлых грунтов в СССР.

Первый период (до 1927 г.) -начальный, включает и дореволюционное время. В этот период были лишь высказаны пожелания о необходимости исследований механических свойств мерзлых и вечномерзлых грунтов, но пз-за отсутствия каких-либо данных непосредственных испытаний прочность мерзлых грунтов приравнивалась средней прочности на сжатие речного льда (Н. С. Богданов, 1912 г., В. Н. Пинегин, 1924 г. и др.).

Второй период (с 1927 по 1937 г. вкл.) -период систематических экспериментальных исследований механических свойств мерзлых и вечномерзлых грунтов вызван развернувшимся в СССР в области вечномерзлых грунтов строительством капитальных сооружений: Петровск-Забайкальского металлургического завода, Байкало-Амурской железнодорожной магистрали и других объектов; при этом, как правило, применялись известные методы испытаний, разработанные в теории сопротивления материалов, рассматривая мерзлые грунты как сплошные однокомпонентные твердые тела.

В этот период впервые были получены данные о сопротивлении мерзлых грунтов сжатию, растяжению, сдвигу и кручению в зависимости от их состава, влажности и величины отрицательной температуры, а также проведены первые опыты по исследованию общих осадок мерзлых грунтов при оттаивании без возможности бокового расширения и при действии местной нагрузки (опыты автора в ЛИСИ и АН СССР). Была также доказана необходимость учета при тепловых расчетах оснований фазовых превращений воды в замерзающих и протаивающих грунтах (С. С. Ковнер, 1933 г. и др.).

В конце этого периода, на основе обобщения большого числа экспериментальных исследований физико-механических свойств мерзлых грунтов была опубликована монография Н. А. Цытовича и М. И. Сумгина «Основания механики мерзлых грунтов» (объемом 27 печ. л., Изд-во АН СССР, 1937 г.).

Третий период (1937-1947 гг.) * -период обобщения экспериментальных исследований и установления физических основ механики мерзлых грунтов.

Здесь следует отметить в первую очередь монографию В. П. Вейнберга (1940 г.), обобщающую многолетние исследования физических и механических свойств льда - этого основного компонента мерзлых грунтов, а также монографию коллектива авторов во главе с М. И. Сумгиным (1940 г.) по естественно-историческому, общему мерзлотоведению.

* Здесь мы несколько уточняем периодику развития механики мерзлых грун-. тов в СССР по сравнению с ранее нами предложенной. Труды С.О.НИИОСПа, цып. 3, 1967.

в этот же период, на основании анализа весьма многочисленных испытаний механических свойств мерзлых грунтов, исследования природы их прочности и специально поставленных опытов, было впервые установлено (Н. А. Цытович, 1940 г.) «весьма важное положение о том, что в любом мерзлом грунте, при любой его отрицательной температуре всегда содержится некоторое (иногда значительное, а иногда весьма небольшое) количество незамерзшей воды, находящейся при неизменных внешних условиях в этом состоянии сколь угодно длительное время.

В 1945-1947 гг. автором была предложена теория динамического равновесия незамерзшей воды и льда в мерзлых и вечномерзлых грунтах, объясняющая и, в основном, позволяющая оценить изменения механических свойств мерзлых грунтов под влиянием внешних воздействий; эта теория является одной из фундаментальных физических положений современной механики мерзлых грунтов.

В конце эгого периода на базе результатов многолетних натурных наблюдений и многочисленных публикаций в технических журналах был опубликован ряд монографий, обобщающих предыдущий опыт строительства по возведению различного рода сооружений в условиях вечномерзлых грунтов (Н. И. Быкова и П. И. Кап-терева, 1940 г., А. В. Ливеровского, 1941 г., Н. А. Цытовича, 1941 г. и др.).

Четвертый период (1947-1959 гг.) - период подытоживания результатов с пересмотром позиций на новой физической основе (теории равновесного состояния воды и льда в мерзлых грунтах, структурного льдоведения и др.).

В начале этого периода в интересной докторской диссертации И. А. Тютюнова (1947 г.) была установлена в полевых условиях миграция воды не только в замерзающих почво-грунтах, но и в мерзлых грунтах (под влиянием температурного градиента), что и подтвердило ранее предложенную теорию равновесного состояния воды и льда в мерзлых грунтах.

В 1952 г. в монографии Н. А. Цытовича (Изд-во АН СССР) были сформулированы основные принципы механики мерзлых грунтов и, в частности, обращено внимание на важность исследования текучести мерзлых грунтов под нагрузкой.

Текучести мерзлых грунтов, их реологическим свойствам и несущей способности была посвящена (1957 г.) докторская диссертация С. С. Вялова (издана позднее отдельной книгой «Реологические свойства и несущая способность грунтов», Изд-во АН СССР 1959 г.).

Выход в свет в этот же период монографии П. А. Шумского лЮсновы структурного льдоведения» (Изд-во АН СССР, 1955 г.) позволил по-новому подойти к исследованию механических процессов в замерзающих грунтах и, в частности, к образованию в мерзлых грунтах подземных льдов, что имело существенное практическое значение.

В конце этого периода коллективом научных сотрудников Ин-