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

ции>0,25 лж -93,0%, фракции 0,25-0,05 мм - Ъ%, фракции 0,05 мм-\,А% и средней суммарной влажностью 110=17-1970); мерзлым пылеватым грунтом (содержание фракции >0,05 мм - 35,6%; <0,005 мм -,2% и Гс = 26-297о) и мерзлой глиной (содержание фракции <0,005 мм более 50% и = 46-56%), а также с образцами вечномерзлых дисперсных грунтов ненарушенной структуры.

Наибольшей величиной модуля нормальной упругости обладает мерзлый песок (в опытах величина модуля нормальной упругости получена от 8200 кГ/см при температуре 6=-0,2° С до 225 000 кГ/см, при 0 = - 10,2"" С, наименьшей - мерзлые глины (от

6800 кГ/см при е=-1,2°С, до

E10iкГ/cм 100

27 800 кГ\см при 0=-8,4°C); величины же модуля нормальной упругости пылеватых суглинков и супесей имеют промежуточные значения.

Самое существенное влияние на величину модуля нормальной упругости мерзлых грунтов оказывает их отрицательная температура -9°. Средние результаты большого числа (более 200) определений модуля нормальной упругости для мерзлых песка, пылеватого грунта и глины нанесены в виде осредненных графиков на рис. 96. Обобщая данные этих опытов, а также другие материалы, подробно изложенные в цитируемых ранее работах автора о влиянии величины отрицательной температуры --6° на значения модуля нормальной упругости мерзлых грунтов Е, заключаем, что в самом общем случае зависимость jE=f( -9) криволинейна (см. рис. 96) и может быть аппроксимирована, как предлагалось ранее*, при значительной отрицательной температуре (порядка -10, -30С) полным многочленом третьей степени, т. е.

£• = a + p6 + тб2 + S0 (V.1)

где а, р, Y, б - параметры, определяемые опытным путем; 9 - аб- солютное значение величины отрицательной температуры мерзлого грунта, °С,

или же аппроксимирована степенной функцией

£=a + p0 (V,2)

где п-параметр нелинейности.

-2 -I -в -8 10

Рис. 96. Зависимость модуля нормальной упругости мерзлых грунтов Е кГ]с от величины отрицательной температуры -9° при одном и том же внешнем давлении 0=2 kFjcm:

1 - мерзлый песок; 2 - мерзлый пылеватый грунт; 3 - мерзлая глина

* См. сноски * на стр. 26 и 162.

при температуре мерзлых грунтов не очень низкой (до -5, -7С -для глин и пылеватых грунтов и, по крайней мере, до -10° С и несколько ниже - для песков) показатель степени п может быть принят равным единице (д~1), т. е. в указанных пределах можно принимать модуль упругости мерзлых грунтов зависящим линейно от величины отрицательной температуры, тогда

£ = а + р0. (V.3)

Для отмеченных выше мерзлых грунтов при величине сжимающего напряжения а=2 кГ/см было получено:

для мерзлого песка (при температуре до 0= -10° С)

[0,5 + 2,16]. 104 jrjcM; (V.3) для мерзлого пылеватого грунта (до 6 -5° С)

£=[0,4+1,40]. 104 Г1см2, (V.30 для мерзлой глины (до 6 -5° С)

Я = [0,5-1 0,230]. 104 j,r/cAA (V.30

Значения начального параметра а уравнения (V.3) для модуля нормальной упругости мерзлого песка практически постоянны при изменении внешнего давления в 5-10 раз, параметр же р, оценивающий влияние отрицательной температуры, зависит от величины действующего сжимающего напряжения сг кГ/см, при котором определялся модуль нормальной упругости.

Так, для мерзлого песка (при llc = 16-20%) было получено:

При а=0,5 кГ/см.................. Р=3,3

» а =1,0 кГ/см................... Р = 2,3

» а=2,0 кГ/см................... Р = 2,1

» а=4,0 кГ/см................... Р=2,0

Из приведенных данных с очевидностью вытекает, что влияние отрицательной температуры на упругие свойства мерзлого песка тем больше, чем меньше внешнее давление, т. е. влияния отрицательной температуры и внешнего давления противоположны.

Для объяснения установленного факта влияния внешнего давления на упругие свойства мерзлых грунтов приходится предположить, что даже при температуре мерзлых грунтов ниже границы значительных фазовых переходов воды в лед (например, для мерзлых песков), вследствие остроугольности минеральных частиц и трансформации давлений в огромные величины сжимающих напряжений в точках контакта частиц внешнее давление существенно сказывается на упругих свойствах мерзлых грунтов. Конечно, при понижении температуры происходит упрочнение порового льда, но вряд ли оно так сильно будет сказываться на величине модуля упругости при не очень низких температурах.

Иные данные были получены для мерзлых глинистых грунтов, для которых коэффициент р (тангенс угла наклона кривой E = f{Q)

7* 195

к оси 9) при увеличении внешнего давления в два раза (с 1 до 2 кГ/см) оказался практически постоянным (в рассмотренных пределах независящим от величины внешнего давления) и равным р = =0,23~-0,24, тогда как начальный коэффициент а в выражении (V.3) уменьшился в 1,4 раза (с 0,7 при а=1 кГ/см до 0,5 при сг=2 кГ/см)у что показывает на иной характер воздействия внешнего давления на глинистые грунты, имеющие значительно большее число плоских чешуйчатых минеральных частиц но сравнению с грунтами песчаными, по-видимому, обусловивших большую начальную льдистость этих грунтов. Отметим также, что более длительное пром.ораживание глины сказалось лишь на увеличении параметра а при неизменной величине р.

Влияние внешнего давления на величину модуля нормальной упругости Е мерзлых грунтов особенно сильно сказывается при незначительной величине отрицательной температуры (выше границы фазовых переходов воды в лед) и преимущественно у грунтов с жесткой минеральной составляющей. Сказанное подтверждается следующими данными: для мерзлого песка (Ис= 16-20%) при изменении внешнего давления (сжимающего напряжения, при котором определялся модуль упругости) с 1 до 3 кГ/см, т. е. на 2 кГ/см модуль нормальной упругости уменьшился:

При е= -0,5° с ... с 13,2-103 до 8,0-10 кГ/см\ т. е. на -При е= -2,Г С ... с 71,4-10» до 45,0-10 кГ/см т. е. на 37% При 6= -10,0° С ... с 200-103 до 190.10» кГ/см\ т. е. на 5%

При ЭТОМ последние данные относятся даже к большему диапазону изменения внешнего давления - с 2 до 10 кГ/см,

Отметим, что полевые опыты с образцами вечномерзлых грунтов ненарушенной структуры (района Якутска) подтвердили полученные в лаборатории закономерности изменений модуля нормальной упругости мерзлых грунтов, так же как и абсолютные значения модуля упругости.

Так модуль упругости образца пылеватого вечномерзлого грунта ненарушенной структуры равнялся от 2780 до 5100 кГ/см при 9=-0,1°С, а модуль упругости того же грунта, но искусственно замороженного при 9=-0,1° до -1,4° С, был определен равным 3200-5900 кГ1см\

Точно так же модуль нормальной упругости чистого песка, определенный в полевой обстановке, при 9=-1°С был равен 29 500 кГ/см, а полученный в лаборатории при той же температуре для искусственно замороженного образца равнялся около 30000 кГ/см,

Таким образом, для образцов мерзлых грунтов естественной ненарушенной структуры и искусственно замороженных значения модуля нормальной упругости получились одного и того же порядка, причем модуль нормальной упругости вечномерзлых грунтов уменьшается с увеличением внешнего давления и возрастает с понижением температуры, особенно интенсивно для мерзлых песчаных грунтов.