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

где л - коэффициент Пуассона; со - коэффициент формы и жесткости штампа (фундамента) *; f -площадь подошвы штампа.

Если, например, для толщи мерзлых грунтов принять значения коэффициента Пуассона р = 0,3 и величину со как для средней осадки жесткого штампа, то будем иметь:

(Аз) = 0,86456, (V.7)

где b - ширина штампа.

Для определения модуля нормальной упругости слоистой толщи мерзлых грунтов Ет, на всю глубину активной зоны сжатия, максимальное значение которой, как показано ранее автором**, в случае действия местной нагрузки равно удвоенной мощности эквивалентного слоя, т. е. (2/1э)у, приравняем упругую деформацию всего массива (равновеликую упругой деформации эквивалентного слоя) сумме упругих деформаций отдельных слоев до глубины (2/гэ)у, причем при вычислении Ет будем принимать уменьшение давлений с глубиной по эквивалентной эпюре***, т. е. приближенно пропорциональными величине -(где Zi - расстояние от се-

(2Дэ)у

редины рассматриваемого слоя до глубины (2/1э)у).

В результате получим следующее выражение для вычисления среднего модуля упругости слоистой толщи мерзлых грунтов:

. = -4. (V.8)

Проверим применимость полученной зависимости для определения упругих деформаций слоистой толщи мерзлых грунтов при действии местной нагрузки, например для условий опыта 4 и 5 (рис. 99).

В результате непосредственных измерений было получено, что при температуре 6=-1,7°С и напряжении а=6 кГ/см модуль упругости мерзлого песка равен £п = 21 600 кГ/см, а модуль упругости льда = 12 500 кГ/см.

Для условий опыта 4 (рис. 100) при действии нагрузки /? = = 6 кГ/см на штамп размером 5X5 см (что для очень вязких и прочных тел, какими являются мерзлые грунты, дает вполне достоверные результаты) было получено, что величина деформации слоистой толщи мерзлых грунтов при действии нагрузки на штамп

равна ****

опыты S =0,013 .1ш=0,00130 см.

* См. сноску на стр. 202. ** См. сноску на стр. 127. *** См. там же.

**** Подробные таблицы результатов опытов по изучению упругих деформаций толщи мерзлых грунтов при действии местной нагрузки приведены в работах Н. А. Цытовича (см. сноски на стр. 26 и 42).

Определим расчетом для условий опыта 4 величину упругих деформаций мерзлой толщи грунтов.

Имеем: (Аэ)у=0,8645-б=4,32 см и 2(Аэ)у=8,64 см, а по схеме напластований (опыт 4) находим: hi=2,5 см и 2i=7,39 см (мерзлый песок); h2-\,0 см и 22= = 5,64 см (лед) и /гз=5,14 см и 2з=2,57 см (подстилающая толща мерзлого песка). Тогда

2(Лэ)у

2(4,32)2

,39.2,5 5,64-1 2,57.5,14

: 19 600 kFIcm.

21 600

12 500

21600

Величину упругой осадки определяем по известной формуле Буссинеска - Шлейхера:

(1 р,2)а)/? Yf 0,9 о,95-6.5

расч Sy ~

19 600

= 0,00132 см.

6нГ/см

W flecoH

Опыт 4

S#:Ш

Опыт 5

Рис. 100. Схемы действия местной нагрузки к расчету среднего модуля упругости слоистой толщи мерзлых грунтов

Найденная расчетная величина упругой деформации (0,00132 см) весьма близка к полученной в результате непосредственных опытов (0,00130 см).

Для условий опыта 5 (см. рис. 100), который был проведен при температуре 0=-2,1° С (ранее было получено при этой температуре для мерзлого песка £п=22600 kFIcm и для мерзлой глины £гл=8800 kFIcm) средний модуль упругости слоистой толщи мерзлых грунтов до глубины 2-(/la)y при li = 0,3 и 6=5 CJW

будет равен

2(4,32)2 -= 7.34.2.5 3.07.6.14

22 600

8800

Тогда величина упругой деформации мерзлого грунта под штампом будет равна

о 9 о 95-6 5

расчу= -0,0021 СМ,Ш ММ,

что весьма близко к найденной опытом величине - опыты. 5,,=0,022 мм.

Таким образом, формула (V.8) дает средние значения модуля упругости слоистой толщи мерзлых грунтов с точностью, достаточной для практических расчетов.

Полученные данные о величине модуля нормальной упругости и коэффициенте Пуассона мерзлых грунтов могут быть с успехом использованы при сейсмической и ультразвуковой инженерно-геологической разведке условий залегания вечномерзлых толщ грунтов, а также при расчете сооружений и их фундаментов на динамические воздействия (импульсы большой силы, строительные и другие взрывы, сейсмические удары, вибрации неуравновешенных машин и пр.). Кроме того, знание упругих постоянных мерзлых и вечномерзлых грунтов (Ей р) позволяет обоснованно рассчитывать (проектировать) и гибкие фундаменты как балки и плиты на упругом полупространстве и по теории «местного упругого основания».

В последнем случае коэффициент местного (равномерного) упругого сжатия мерзлых грунтов может быть определен по следующей зависимости, вытекающей из уравнения осадок Буссинеска - Шлейхера *:

с,=-(V.9)

Как показывают последние исследования автора, формула (V.9) (применима лишь для не очень больших площадей подошвы фундаментов (примерно до 50 м). При больших площадях F необходимо учитывать уменьшение сжимаемости грунтов с увеличением 1ГЛубИ(НЫ.

§ 4. Деформации уплотнения мерзлых грунтов

Среди инженеров до сих нор распространено мнение, что мерзлые трунты при отрицательной их температуре и давлениях, имеющих место в основаниях сооружений, следует рассматривать как тела, практически несжимаемые. Однако это положение приближенно соответствует лишь низкотемпературным мерзлым грунтам. Для грунтов же высокотемпературных (при температуре их, близкой к 0° и не ниже границы значительных фазовых превращений воды в лед) оно будет неверно.

Как показано еще в 1953 г. в опытах С. С. Вялова** и независимо- в опытах Н. А. Цытовича***, высокотемпературные мерзлые грунты обладают довольно значительной сжимаемостью (уп-лотняемостью) под нагрузкой, с чем необходимо считаться при возведении сооружений на высо1котемпературных вечномерзлых грунтах при сохранении их отрицательной температуры. Большие исследования сжимаемости мерзлых и вечномерзлых грунтов были выполнены под руководством автора А. Г. Бродской****.

* Н. А. Цытович. К вопросу о коэффициенте упругого сжатия грунтов. Бюлл. ЛИС, 1932, № 46.

** С. С. Вялов. Отчет Игарской научно-исследовательской станции за 1953 г. Институт Мерзлотоведения АН СССР.

*** Н. А. Цытович. О сжимаемости (компрессии) мерзлых грунтов. Отчет по Институту Мерзлотоведения АН СССР, 1953, а также см. сноску на стр. 147.

**** А. Г. Бродская. Сжимаемость мерзлых грунтов. Изд-во АН СССР, 1962.