Диссертация (1141548), страница 8
Текст из файла (страница 8)
Хоменко, Е.П. Маханько, Е.И. Исаева и др. [65, 112,115]. Ее общий вид показан на рисунке 2.13. Лабораторная установка состоит израбочей камеры размером 32х20х17 см, которая заполняется материалом модели,имитирующем покровную толщу грунтов.
В качестве материала модели выбранпесок мелкий, однородный. Его укладка производилась послойно, с уплотнениемкаждого слоя. Плотность песка определялась методом режущего кольца объемом50,27 см3, а его влажность – весовым способом. Остальные физические свойстваматериала модели получены на основании расчетов по ГОСТ 25100-2011 [18].Результаты лабораторных испытаний и расчетов представлены в таблице 2.2.
Впервых трех экспериментах пески являются маловлажными (Sr = 0,32-0,34 < 0,5),в четвертом – их можно считать водонасыщенными (Sr = 0,78 ≈ 0,8).Во всех экспериментах водоносные горизонты не моделировались, т.е. былопринято, что карстовая полость заданной ширины образуется на нижнейповерхности(границе)зоныаэрации.Вдальнейшихисследованияхцелесообразно рассмотреть и другие инженерно-геологические условия.43а)б)Рисунок 2.13. Экспериментальное оборудованиеУсловные обозначения: а) Установка конструкции В.П.
Хоменко,Е.П. Маханько, Е.И. Исаева и др. [65, 112, 115]: 1– рабочая камера; 2 – боковыеводоприемные камеры, не имеющие функциональной нагрузки в настоящихэкспериментах; 3 – водопроницаемые перегородки; 4 – нижняя камера; 5 –верхние створки; 6 – нижние створки; 7 – выпадающая деревянная вставка; 8 –устройства для перемещения створок. Микрореперная установка М.М. иМ.В. Уткиных: 9 – пластина, выполняющая функцию кондуктора и опоры; 10 –микрореперы; 11 – фиксаторы микрореперов; 12 – опорные стойки; 13 –индикаторы часового типа ИЧ-10. б) Элементы микрорепера (10): 14 – штанга, вверхней части которой нанесена мерная шкала; 15 – анкер; 16 – обсадная трубка;17 – оголовок штанги44Таблица 2.2. Физические свойства материала модели по каждому изэкспериментов№эксп.Плотностьгрунта, ρ,г/см3Влажностьгрунта, W,%12341,651,621,631,919,89,49,319,4Плотностьчастицгрунта, ρs,г/см32,652,652,652,65Плотностьскелетагрунта, ρd,г/см31,501,481,491,60Коэффициентпористостигрунта, e, д.е.0,760,780,780,66Степеньвлажностигрунта, Sr,д.е.0,340,320,320,78Дно рабочей камеры оборудовано двойными раздвижными створками, спомощью которых создается отверстие необходимой ширины.
В него помещаласьдеревянная вставка, последующее выпадение которой имитирует стадию выходакарстовой полости на контакт с подошвой покровной толщи грунтов. При этомнижняя рабочая камера является потенциальной полостью-приемником дляматериала модели в случае его обрушения. Ширина вставок в каждом из четырехопытов была подобрана таким образом, чтобы в первом из них при выпадениивставки образовалась полость шириной (b) 4 см, во втором и четвертом – 8 см, втретьем – 12 см.Для возможности проведения настоящих исследований диссертантом быларазработана специальная микрореперная установка, которая также показана нарисунке 2.13.
Первый ряд микрореперов (№1-5) расположен у передней стенкирабочей камеры, а второй ряд (№6-10) – у задней стенки. При этом дляминимизации влияния стенок камеры на результаты экспериментов оба рядазапроектированы с некоторым отступом от них. Первый ряд микрореперовпогружался в покровную толщу грунтов на глубину равную ½ ее мощности(9 см), второй ряд – на ¾ ее мощности (13,5 см). Плановое и глубинное ихрасположение показано на рисунке 2.14. Диаметр штангимикрореперовсоставляет 4 мм, непосредственно самого анкера – 14 мм. Их монтаж в покровнуютолщу производился в пробуренные сверлом скважины.
После этого ранееизвлеченным грунтом выполнялась ликвидация пустотного пространства,45образовавшегося между обсадными трубками и стенками скважин, путемпослойной его засыпки с уплотнением. Следует отметить, что вышеприведеннаяпоследовательностьдействийпоподготовкеэкспериментальноймоделипрактически полностью соответствует очередности действий по устройствуглубинных реперов на практике. Иными словами, в проводимых опытах былаучтенастадийностьмонтажареперныхконструкций,чтосоответствуеттребованию СП 22.13330 [77, 78]. Благодаря этому обстоятельству получаемыерезультаты экспериментов будут более достоверными.Рисунок 2.14. Плановое и глубинное расположение микрореперовДля обеспечения планового (проектного) положения микрореперов, а такжевозможности крепления соответствующих приборов, была предусмотренаспециальная пластина, выполненная из утолщенного органического стекла (см.рисунок 2.13).Проведение экспериментов в каждом из опытов начинается с моментавыпадения утяжеленной деревянной вставки, в результате чего происходит выходкарстовой полости заданной ширины на контакт с подошвой покровной толщигрунтов (рисунок 2.15).
Регистрация результатов экспериментов производилась с46помощью индикаторов часового типа ИЧ-10 (цена деления 0,01 мм – при осадкахот 0 до 1 см), которые были смонтированы в оголовке штанг микрореперов, атакже с помощью мерной шкалы (цена деления 1 мм – при осадках свыше 1 см),нанесенной на штанги микрореперов. На протяжении всех опытов выполняласьвидеосъемка.Результатыэкспериментовпредставленынарисунках 2.15-2.18иподробно описаны ниже. На рисунке 2.16 (в) не показаны осадки микрореперов,которые расположены внутри свода обрушения (эксперименты №3 и 4).Эксперименты №1 и 2.
Как видно из рисунка 2.15 (а, б) после выпадениядеревянной вставки обрушения материала модели в полость не происходит. Здесьнеобходимоотметитьследующиепрактическизначимыевыводыиобстоятельства:1. Подземные микрореперы, в результате ослабления покровной толщигрунтов, сработали, т.е. получили осадки, хотя и незначительные.
Например,максимальное значение осадки микрорепера №3 в первом эксперименте непревышает 0,2 мм, во втором – 1,0 мм (см. рисунки 2.16 (в) и 2.18). При этомбо́льшая часть осадки происходит в момент выпадения деревянной вставки.2. Осадки микрореперов во втором эксперименте получены больше, чем впервом эксперименте (см. рисунки 2.16-2.18). Это свидетельствует о том, что сувеличением ширины карстовой полости деформации покровной толщи грунтов(при прочих равных условиях) также возрастают. Кстати, данное обстоятельствовозможноувидетьнарисунке 2.15,посколькупорезультатамдвухэкспериментов, только во втором из них виден незначительный прогиб грунтовнад полостью.Исходя из анализа результатов обоих экспериментов, можно сделать вывод,что по мере удаления микрореперов (как в плане, так и по глубине) от полости, ихосадки также уменьшаются (см. рисунки 2.16-2.18).3. В обоих экспериментах осадок дневной поверхности грунтовой модели незафиксировано.47а)б)в)г)Рисунок 2.15.
Имитация выхода карстовой полости на контакт с подошвойпокровной толщи грунтов. Условные обозначения: а) Эксперимент №1 –карстовая полость шириной b = 4 см; б) Эксперимент №2 – b = 8 см;в) Эксперимент №3 – b = 12 см; г) Эксперимент №4 – b = 8 см. На всехфотографиях показана передняя стенка рабочей камеры установки48а)б)в)Рисунок 2.16. Графики изменения осадок первого ряда микрореперов во времениУсловные обозначения микрореперов: а) №1(5); б) №2(4); в) №3.
Пунктирнойлинией показаны осадки микрореперов в случае сильно увлажненного песка(эксперимент №4)49а)б)в)Рисунок 2.17. Графики изменения осадок второго ряда микрореперов во времениУсловные обозначения микрореперов: а) №6(10); б) №7(9); в) №8. Пунктирнойлинией показаны осадки микрореперов в случае сильно увлажненного песка(эксперимент №4)50Рисунок 2.18. Осадки микрореперов по каждому из четырех экспериментов (а-г),зарегистрированные через 30 секунд после выпадения деревянной вставки51Эксперименты №3 и 4.
Как видно из рисунка 2.15 (в, г) в обоихэкспериментах происходит обрушение материала модели в полость-приемник. Врезультате этого обстоятельства образуется соответствующий свод. В третьемэксперименте его высота h составила 6,5 см (h3/b3 = 0,54), в четвертом – 3,5 см(h4/b4 = 0,44). Здесь также необходимо отметить следующие практическизначимые выводы и обстоятельства:1. Глубинные микрореперы, в результате обрушения покровной толщигрунтов, сработали, т.е. получили осадки. При этом стадии (этапы) формированиясвода обрушения в третьем и четвертом опытах несколько отличаются друг отдруга.
Данное обстоятельство отчетливо прослеживается по динамике осадокмикрореперов, которая описана ниже.В третьем эксперименте (рисунок 2.19) в интервале времени от моментаотрыва деревянной вставки от подошвы материала модели и до глубины еепадения в 1,5 см (1 стадия; см. рисунок 2.19, б), наблюдается рост прогибапокровной толщи грунтов над полостью. Он возникает за счет оседания грунтов(без образования каких-либо видимых трещин), контур которого очерчиваетбудущий свод обрушения.
К сожалению, указанное обстоятельство хотя идостаточно трудно, но возможно увидеть только на видеосъемке высокогоразрешения. При этом рост прогиба материала всей модели отчетливо былзафиксирован всеми микрореперами.При глубине падения вставки 5,0 см (2 стадия – касание нижнейповерхностью вставки нижней камеры установки; см. рисунок 2.19, в) такженаблюдается рост прогиба покровной толщи грунтов над полостью, которыйприводит к образованию трещины в кровле будущего свода обрушения. Навидеосъемке высокого разрешения более отчетливо прослеживается контур свода(без образования видимых трещин).
Следует отметить, что на данной стадиидинамика роста прогиба всей модели увеличилась. Это обстоятельство отчетливобыло зафиксировано всеми микрореперами.52а)б)в)г)Рисунок 2.19. Естественное состояние материала модели (а) и первые три стадииформирования свода обрушения (б-г) в третьем экспериментеНа следующей стадии (3 стадия; см. рисунок 2.19, г) ширина раскрытиятрещины в кровле свода обрушения значительно возрастает, а по всему егоконтуру отчетливо наблюдаются образовавшиеся трещины.
Многочисленныетрещинысвидетельствуютоботсутствиикакой-либовозможностиперераспределения напряжений в покровной толще грунтов (на двух предыдущихстадиях оно все же было, но незначительное). Данное обстоятельство, в конечномсчете, сопровождается обрушением материала модели в полость-приемник.Поэтому на данной стадии сильно возрастает динамика осадок микрореперов,53расположенных внутри и над сводом, а также в непосредственной близости отнего.Последняястадия(4 стадия;см.рисунок 2.15,в)характеризуетсясформировавшимся сводом обрушения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
