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

Отмеченные работы по исследованию осадок мерзлых грунтов при оттаивании (за период 1937-1942 гг.) получили дальнейшее развитие как в работах автора настоящей книги, так и ряда других исследователей (В. П. Ушкалова, М. Ф. Киселева и др.)- Ценный вклад в теорию и практику прогноза осадок фундаментов на оттаивающих и оттаявших грунтах внесли работы последнего десятилетия группы научных сотрудников НИИоснований, работавших под руководством автора (Ю. К. Зарецкий, М. В. Малышев, а в экспериментальной части - В. Г. Григорьева, В. Д. Пономарев и др.), которыми на основании более чем пятилетних подробных экспериментальных исследований (лабораторных и полевых) и аналитических расчетов составлены «Указания по расчету осадок оттаивающих и оттаявших грунтов во времени» (1967-1970 гг.), нашедшие применение на практике.

§ 2. Изменение сжимаемости грунтов при промерзании и последующем оттаивании

Изучению влияния цикла промерзания и оттаивания на свойства грунтов был посвящен ряд работ М. Н. Гольдштейна, X. Ф. Вин-теркорна, А. М. Пчелинцева, Н. К. Захарова, Е. П. Шушериной, наших совместно с В. Г. Григорьевой, В. Д. Пономаревым и др.

Здесь мы остановимся лишь на результатах исследований деформативных свойств, главным образом сжимаемости грунтов,* подвергнутых заморажив(анию и последующему оттаиванию, как имеющих наибольшее практическое значение при прогнозе осадок мерзлых грунтов при оттаивании.

Как было показано ранее (гл. I и П), при промерзании влажных грунтов происходят весьма существенные изменения их текстуры и структуры и формирование новой сложнейшей криогенной текстуры, что связано с миграцией воды и дисперсных минеральных частиц в процессе промерзания грунта и последующего замерзания воды с увеличением ее объема, дифференциацией грунта по отдельностям, образующимися включениями льда, с обжатием минеральных агрегатов и отдельных слоев грунта кристаллами льда и пр. и пр. Особенно сложное строение мерзлых грунтов имеет место при промерзании их с подтоком воды извне с избыточным льдовыделением в виде ледяных линз, прослойков и пр., когда формируется слоистая текстура мерзлых грунтов, а также при неодностороннем промерзании водонасыщенных грунтов, когда формируется сетчатая (ячеистая) текстура с многочисленными тонкими прослойками и ячейками льда, расположенными в различных направлениях. При быстром промораживании влажные грунты приобретают в мерзлом состоянии массивную текстуру с более или менее равномерным распределением норового льда по объему мерзлого грунта. Следует также отметить, что промерзание разжиженных глинистых грунтов сопровождается рядом физико-химических процессов, как то: свертыванием грунтовых коллоидов, агрегатированием глинистых частиц и пр., причем плотность грунтовых агрегатов может

быть весьма значительной, достигая плотности (консистенции) глин на границе пластичности Wp.

Строение мерзлых грунтов (их текстура и структура) существенно сказывается на свойствах оттаивающих грунтов (их сопротивлении сдвигу, что будет рассмотрено во второй части книги при оценке несущей способности оттаивающих грунтов, и особенно нэ величине показателей их деформируемости).

Как отмечалось ранее (гл. I), лед в порах грунтов начинает таять при любом повышении температуры грунта, причем сцепление между минеральными частицами, обусловленное льдоцемент-ными связями, уменьшается при приближении температуры грунта к нулю и наконец резко скачкообразно падает до совершенно незначительных величин при полном оттаивании грунта.

При оттаивании мерзлых грунтов в них возникает два противоположных процесса *: уплотнение, т. е. уменьшение пористости при отжатии талой воды, и набухание агрегатов, которое может обусловить при незначительной нагрузке на грунт увеличение его пористости после оттаивания. Результирующим эффектом может быть как увеличение пористости грунтов после промерзания-оттаивания (что наблюдается особенно часто у дисперсных грунтов слоистой структуры), так (в отдельных случаях) и уменьшение ее.

Если после промерзания и последующего оттаивания пористость грунта увеличивается по сравнению с первоначальным ее значением (до промерзания), то коэффициент сжимаемости оттаявшего грунта (равный отношению изменения коэффициента пористости грунта к производимому давлению) значительно увеличивается по сравнению с коэффициентом сжимаемости того же грунта, но не подвергавшегося замораживанию; при уменьшении пористости грунта (в особых условиях отжатия воды из переувлажненного грунта при его промерзании) наблюдается уменьшение коэффициента сжимаемости (табл. 34). Однако наиболее характерным явлением, почти всегда имеющим место в натуре, будет значительное увеличение коэффициента сжимаемости оттаявшего грунта (до нескольких раз), особенно при первых ступенях нагрузки на грунт; при уплотнении же оттаявшего грунта давлением примерно в 2- 7 кГ/см изменения сжимаемости грунтов становятся незначительными.

По нашим специальным опытам **, поставленным по исследованию изменений сжим1аемости грунтов при промерзании и последующем оттаивании, во всех случаях наблюдалось увеличение коэффициента пористости грунтов при их замерзании и значительное увеличение их сжимаемости при оттаивании по сравнению с сжимаемостью тех же грунтов при той же величине уплотняющей нагруз-

* Е. П. Шушерина. Исследование изменений физико-механических свойств грунтов в результате их промерзания и последующего оттаивания. Автореферат кандидатской диссертации под руководством Н. А. Цытовича, Москва, 1965.

** См. сноску * на стр. 42.

8-1362 225

Таблица 34

Влияние цикла промерзания - оттаивания на сжимаемость покровного суглинка (по опытам Е. П. Шушериной)

ки, но не подвергавшихся замораживанию (табл. 35), что объясняется резким изменением строения (текстуры) мерзлых грунтов при оттаивании.

Таблица 35

Изменение сжимаемости грунтов при промерзании и оттаивании

Наименование грунта

При оттаивании и давлении р = 1 кПсм

При положительной температуре и давлении /7 = 1 кПсм

Песок (содержание фракции 1-0,25 мм - 93%).........

Пылеватый суглинок (содержание фракции 0,05-0,005 мм -72%) . .

Глина (содержание фракции 0,005 мм - 8%)..........

Примечание. £о - начальный коэффициент пористости; - коэффициент пористости при давлении; а - коэффициент сжимаемости.

Наибольшее увеличение пористости мерзлых грунтов, а следовательно, и наибольшая их сжимаемость при оттаивании имеет место у грунтов, промерзающих в условиях открытой системы с подтоком воды, когда формируется слоистая и сетчатая текстура со значительным количеством ледяных включений. Эти виды мерзлых грунтов при оттаивании всегда дают значительные осадки, а при