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

Следует все же иметь в виду н отличие течений мерзлых грун-тоБ от течений льда, так как мерзлые грунты обладают пределом длительной прочности (т. е. предельным напряжением, до дости; жения которого еще не возникает пластично-вязкого течения), тогда как лед длительной прочностью не обладает.

Весьма существенное влияние реологические процессы могут иметь и на рост общей неупругой деформации оснований сооружений, возводимых на вечномерзлых грунтах при сохранении их отрицательной температуры (особенно, если мерзлые грунты сильнольдистые и высокотемпературные), даже при давлениях, не превосходящих длительной прочности мерзлых грунтов.

При давлениях же больших длительной прочности, будет иметь место пластично-вязкое течение мерзлых грунтов, которое со временем приведет основание сооружений к прогрессирующему течению, т. е. к разрушению, что может быть прогнозировано, если будут известны параметры пластично-вязкого течения и величина разрушающих предельных деформаций основания. Особенно опасны реологические течения при повышении температуры мерзлых грунтов до величин, близких к 0° С, когда вязкость rpynrOiB уменьшается значительно и появляется опасность быстрого развития прогрессирующего течения.

Местные пластично-вязкие течения льда, содержащегося в мерзлых и вечномерзлых грунтах, возникают в местах концентрации напряжений под нагрузкой и обусловливают изменение структуры мерзлых грунтов, вызванное пластическим выдавливанием льда из более напряженных мест в места менее напряженные с частичным таянием льда под нагрузкой и последующим замерзанием образовавшейся воды, как то показывают результаты лабораторных опытов, и особенно, результаты специальных полевых опытов (в подземной лаборатории), проведенных в Игарке с длительным выдерживанием нагрузки, о чем упоминалось ранее.

Кроме того, как отмечалось ранее, в напряженных зонах происходит переориентация кристаллов ледяных включений и минеральных частиц, обусловленная, в первую очередь, текучестью льда и наличием незамерзшей воды, в результате чего наблюдается значительное понижение сопротивляемости мерзлых грунтов действию внешних сил.

На основании изложенного приходим к следующим выводам.

Изучение механических свойств и механических процессов, протекающих в мерзлых грунтах, должно производиться с учетом текучести их под нагрузкой: определяются ли прочностные свойства мерзлых грунтов или деформативные свойства, фактор времени всегда должен учитываться, так как он исключительно сильно влияет на все показатели механических свойств и механических про-цессо>в. Без учета фактора времени можно придти при исследовании мерзлых грунтов к совершенно неправильным выводам о поведении мерзлых грунтов под нагрузкой.

На значение текучести (в широком смысле слова) мерзлых грунтов нами обращалось внимание еще в 1941 г., когда текучесть

мерзлых грунтов под нагрузкой рассматривалась как важный фактор, который всегда необходимо учитывать при исследовании мерзлых грунтов, как некоторое «начало» механики мерзлых грунтов *. Последующие исследования автора (1952 г.) **, развившего эту идею и давшего описание всех видов текучести (неустановившейся, установившейся, прогрессирующей), и дальнейшие работы в этой области С. С. Вялова (1959 г.) ***, К. Ф. Войтковского (1959 г.) С. Е. Гречищева (1963 г.) *****, Ю. К. Зарецкого

(1965 г.) ****** и других подтвердили первостепенное значение текучести для оценки механических процессов и механических свойств .мерзлых и вечномерзлых грунтов.

Таким образом, текучесть мерзлых грунтов, всегда имеющая место в мерзлых грунтах при действии постоянной нагрузки, действительно является одним из основных начал, без знания которого не представляется возможным исследовать механические процессы и механические свойства мерзлых грунтов как при рассмотрении мерзлых и вечномерзлых грунтов в качестве оснований сооружений, так (по нашему мнению) и при изучении ряда физико-геологических явлений в различных условиях рельефа области распространения вечномерзлых пород.

В дальнейшем при изложении результатов исследования механических свойств мерзлых грунтов (гл. IV) текучесть мерзлых грунтов будет учтена в полной мере. Следует, однако, отметить, что в настоящее время опытных данных о количественном значении характеристик текучести мерзлых грунтов (например, величины параметров различных стадий их ползучести), особенно при температурах мерзлых грунтов, близких к 0°С, т. е. для условий, наиболее опасных для развития нежелательных процессов, совершенно недостаточно. Последнее вызывает необходимость дальнейшего исследования деформативных и прочностных свойств мерзлых грунтов во времени с определением их параметров при различной температуре и особенно для температур мерзлых грунтов, близких к 0° С, т. е. для высокотемпературных вечномерзлых грунтов.

* Н. А. Цытович. Начала механики мерзлых грунтов. Монография. Архив Института мерзлотоведения АН СССР, 1941.

См. сноску на стр. 42 (гл. II, п. 5). *** См. сноску на стр. 69. **** К. ф. Войтковский. Расчет сооружений из льда и снега. Изд-во АН СССР, 1959.

***** См. сноску на стр. 140. ****** См. сноску* на стр. 137.

ГЛАВА IV

прочностные свойства мерзлых грунтов

И величины Критических и расчетных сопротивлений

§ 1. Нестабильность механических свойств мерзлых грунтов и причины изменения их прочности

При использовании вечномерзлых грунтов в качестве оснований или среды для сооружений инженер встречается с совершенно своеобразным природным материалом, не похожим по своим свойствам на другие материалы, настолько чувствительным к внешним воздействиям, что даже незначительное изменение их величины, характера и времени действия сказывается на его механических свойствах. Поэтому весьма важно знать, какие изменения механических свойств следует учитывать при проектировании сооружений (например, их оснований и фундаментов или подземных коммуникаций и т. п.) на вечномерзлых грунтах и к каким следствиям ведут эти изменения, т. е. весьма важно установить методику определения величины расчетных характеристик механических свойств мерзлых грунтов с учетом их нестабильности и прогнозировать изменения, которые могут произойти за срок эксплуатации сооружений *.

Необходимо заранее оценить значение для практики изменений прочности мерзлых грунтов и предельную ее величину, неоднородность деформируемости мерзлой грунтовой толщи по глубине и другие показатели механических свойств, из которых основными следует считать: прочностные показатели (сопротивление сжатию, сдвигу, смерзанию) и модули деформируемости грунтов в мерзлом и оттаявшем состоянии.

К факторам, обусловливающим нестабильность механических свойств промерзающих, мерзлых и протаивающих грунтов, относятся:

а) изменение температуры грунтов в естественных условиях и под влиянием возведенных сооружений;

б) изменение напряженного состояния в замерзающих, мерзлых и протаивающих грунтах под влиянием внутренних и внешних воздействий;

в) время действия нагрузки, обусловливающее релаксацию напряжений и ползучесть мерзлых и протаивающих грунтов.

Изменение температуры вечномерзлых грунтов в естественных условиях незначительно, но распределение температур по глубине, как правило, неравномерно. Эта неравномерность обусловливает неоднородность вечномерзлых грунтов, так как хорошо известно, что чем ниже температура мерзлых грунтов, тем больше их сопротивление внешним силам, а деформируемость меньше. Однако ин-

* Н. А. Цытович. Нестабильность механических свойств мерзлых и оттаивающих грунтов. «Труды I Международной конференции по мерзлотоведению» (США), 1963.