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

ных данных следует предположить, что согласно принципу динамического равновесия незамерзшей воды и льда в мерзлых грунтах, основное влияние на напряженность силового поля оказывают про-

О 0,2 OA 0,6 0,8 10 ЦА£

6 8J мм 6 = 18 мм

-5»

О 0,2 Ofi 0,6 0,8 1,0 1,2 !,А 1,6 1,8 2,0

Рис. 74. Неравномерность уплотнения (изменения коэффициента пористости Ае) и распределения по глубине у суммы главных напряжений 0 в оттаивающей глинистой толще (по опытам В. Д. Пономарева)

исходящие в промерзающих и мерзлых грунтах фазовые превращения воды: при изменении отрицательной температуры мерзлых грунтов изменяется не только их льдистость, но и напряженность, что, в свою очередь, влияет и на механические свойства мерзлых грунтов.

Влияние внешнего давления на свойства мерзлых грунтов проявляется различно: во-первых, с увеличением давления в мерзлых грунтах увеличивается содержание незамерзшей воды и, во-вторых, значительно возрастают местные давления в точках контакта минеральных частиц.

Так, согласно опытам автора*, глинистый грунт при температуре -1,7°С содержал 42% незамерзшей воды, а будучи подвергнут внешнему давлению в 2 кГ/см при той же температуре он содержал 58% незамерзшей воды. Такое значительное изменение содержания незамерзшей воды сказалось как на уменьшении предельной прочности, так и на уменьшении модуля деформируемости

/1е1:йцы

Рис. 75. Изменение давлений в мерзлом грунте в процессе его промерзания и охлаждения:

1 и 2 - давление на глубине 0,4 и 1 л1; Л и 4 - температура на глубине 0,5 и \ м

мерзлого грунта. Например, опытами автора получено, что модуль нормальной упругости Е супесчаного вечномерзлого грунта ненарушенной структуры, содержащего 8% глины, при влажности Wc = = 40% и температуре 9= -4° С, при давлении в 1 кГ/см был равен £i = 100.103 кГ/см\ при давлении в 2 кГ/см £2 = 60-10 кГ/см и при давлении в 3 кГ/см £з = 47 • 10= kFjcm.

Влияние внешнего давления на содержание незамерзшей воды в очень плотных грунтах, а следовательно, и на их деформируемость меньше, чем в грунтах неплотных, что объясняется большей связанностью поровой воды в плотных грунтах.

Причина влияния внешнего давления на механические свойства мерзлых грунтов, как указывалось ранее, заключается в трансформации внешнего давления в точках и областях контакта минеральных частиц в огромные местные напряжения, обусловливающие таяние льда, его течение и перемещение воды в менее напряженные области.

кроме того, в прослойках льда под действием напряженного поля наблюдаются перекристаллизация льда, уменьшение крупности кристаллов льда и изменение их ориентировки в соответствии с направлением действующих напряжений. Эти изменения происходят,, как показывают специально поставленные опыты, достаточно медленно.

Таким образом, под влиянием напряжений изменяется количество незамерзшей воды в мерзлых грунтах, а следовательно, и сце-ментированность их льдом.

Время действия нагрузки является одним из первостепенных факторов, влияющих на нестабильность механических свойств мерзлых грунтов.

При мгновенном приложении нагрузки и неизменной температуре механические свойства мерзлых грунтов меняются незначительно, так как процесс таяния норового льда в точках контакта под нагрузкой и последующее замерзание воды в менее напряженных точках происходят не мгновенно, а требуют некоторого времени для своего развития.

При длительном же действии внешней нагрузки, как было показано в предыдущей главе, возникает релаксация (расслабление) напряжений и при определенных условиях - затухающая и незатухающая ползучесть. Эти процессы, конечно, изменяют и свойства мерзлых грунтов, так как происходит постепенное нарушение контактных связей, формирование микро- и макротрещин, их развитие, переориентировка частиц с перекристаллизацией льда, а также некоторая более компактная упаковка минеральных частиц (уменьшение пористости грунта), причем, чем больше время действия нагрузки, тем влияние ее на свойства мерзлых грунтов будет большее. Однако перестройка структуры мерзлых грунтов (приспособление ее к направлению действующих усилий) не будет происходить неопределенно долгое время, так как и релаксация напряжений и ползучесть при давлениях, меньших определенного предела для данного состояния грунта, имеют затухающий характер, а при пластично-вязком течении (установившейся ползучести) возникает некоторое равновесие между нарушениями структуры и ее упрочнениями.

Нестабильность механических свойств мерзлых грунтов и чувствительность их к внешним воздействиям обусловливают неоднородность мерзлых и оттаивающих грунтов по глубине, что наряду с нелинейностью для них зависимости между деформациями и напряжениями и свойством ползучести обусловливает сложность расчетов мерзлых грунтов как оснований и среды для сооружений. Однако в некоторых случаях учет отмеченных зависимостей позволяет более экономично рассчитывать фундаменты сооружений, возводимых на вечномерзлых и оттаивающих грунтах, и с достаточной точностью прогнозировать поведение вечномерзлых и оттаивающих: грунтов в природных условиях и в основаниях сооружений.

Учет нелинейной ползучести и переменности модуля деформации мерзлых грунтов по глубине ниже подошвы фундаментов (его