Пояснительная записка (1194525), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Всовременном определении грунт-это любые горные породы, почвы итехногенные образования, обладающие определёнными генетическимипризнаками и рассматриваемые как многокомпонентные динамичныесистемы, находящиеся под воздействием инженерной деятельности человека.Мёрзлыми грунтами, породами и почвами называют грунты, горные породы,почвы и дисперсные материалы, имеющие отрицательную или нулевуютемпературу, в которых хотя бы часть воды замёрзла, т.е. превратилась в лёд,цементируяминеральныечастицы.Скальныегрунты,имеющиеотрицательную температуру и не содержащие в своём составе воды и льда,называются морозными.
Крупнообломочные и песчаные грунты, имеющиеотрицательную температуру, но не сцементированные льдом и не обладающиесилами сцепления называются сыпучемёрзлыми («сухая мерзлота»). Грунты ипороды, в которых, несмотря на отрицательную температуру лёд некристаллизовался называются охлаждёнными породами и грунтами.Мерзлые грунты, как и глины, характеризуются не только вещественнымсоставом, но и определенным строением, т.е. размером, формой, характеромпространственного взаиморасположения составных частей.
Для мерзлыхгрунтов различают следующие основные текстуры: слитную, слоистую иячеистую.Слитная (массивная) текстура (рис. 1, а) характеризуется отсутствиемвидимых невооруженным глазом ледяных тел (линз, прослоек и т.д.) в грунте.Грунты слитной текстуры в мерзлом состоянии обладают, как правило,ЛистИзм.Лист№ докум.ПодписьДатаДП 23,05,01, 00 00 01 ПЗ12высокой прочностью, а при оттаивании их прочностные свойства снижаютсяв меньшей степени, чем у грунтов со слоистой или ячеистой текстурами.Рисунок 1 - Основные виды текстуры мерзлых грунтов: а — слитная (массивная); б —слоистая; в — ячеистая (сетчатая)Слоистая текстура (рис. 1, б) возникает при одностороннем, медленномпромерзании преимущественно глинистых грунтов, обладающих высокойвлажностью.
Грунты со слоистой текстурой обладают достаточно высокойпрочностью, но при оттаивании их прочностные показатели резко падают.Ячеистая (сетчатая) текстура (рис.1, в) возникает в тех случаях, когда ледяныетела различного размера, формы и ориентировки образуют более или менеенепрерывную сетку или решетку.1.2 Грунты как многокомпонентная системаМёрзлые и вечномёрзлые грунты являются природными многофазнымиобразованиями, состоящими из различных по своим свойствам компонентов,находящихся в различном фазовом состоянии, поэтому допущение об иходнокомпонентности имеет смысл лишь в случае отсутствия в данном объёмегрунта перераспределения во времени отдельных фаз грунта. Таким образом,механикамёрзлыхсодержащей:грунтовтвёрдыеестьмеханикаминеральныечетырёхфазнойчастицы;системы,идеально-пластичныевключения льда (лёд-цемент и лёд прослойков); воду в связанном и жидкомсостояниях; газовые компоненты: пары и газы.Твёрдые минеральные частицы оказывают существенное влияние на свойствамерзлых грунтов характеристики, которых зависят от размеров и формыминеральныхчастиц,физико-химическойприродыихповерхности,ЛистИзм.Лист№ докум.ПодписьДатаДП 23,05,01, 00 00 01 ПЗ13определяемой их минеральным составом и составом поглощённых катионов.Существенно влияет на свойства грунтов форма частиц.Лёд,являясьобязательнойкомпонентоймёрзлыхгрунтоввпротивоположность твёрдым минеральным частицам представляет собоймономинеральную криогидратную породу с весьма своеобразными физикомеханическими свойствами.
Кроме льда в грунтах могут содержаться и другиекриогидратные минералы, например, углекислый натрий Na2Co3, хлористыймагний MgCl2. Льдом называют все твёрдые модификации воды, независимоот их кристаллического или аморфного состояния.Вода в жидкой фазе в мёрзлых грунтах, по крайней мере до температуры –70°С содержится в том или ином количестве. Вода бывает в двух состояниях:прочносвязанная и рыхлосвязная.Газообразные компоненты в мёрзлых грунтах могут играть в отдельныхслучаях существенную роль, так как они перемещаются от мест с большейупругостью к местам с меньшей упругостью, и в водо-насыщенных грунтахмогут явиться причиной перераспределения влажности.1.3 Физико-механические свойстваЗерновой (гранулометрический) состав. Под зерновым составом содержаниепо массе групп частиц грунта различной крупности по отношению к общеймассе абсолютно сухого грунта.
По данным зернового состава породы можетбытьполученаприблизительнаяхарактеристикаводопроницаемостипесчаных пород; по тем же данным могут быть даны оценка возможностивымывания мелких песчаных частиц породы из-под основания сооружений идругие приблизительные показатели. Для определения зернового составаприменяются следующие виды анализа:Механический анализ производят путем разделения пород на ряд фракций,которые отличаются диаметром частиц. После разделения на фракцииЛистИзм.Лист№ докум.ПодписьДатаДП 23,05,01, 00 00 01 ПЗ14определяют процентное содержание частиц каждой фракции в исследуемойпороде.Ситовый анализ заключается в просеивании частиц через набор сит сотверстиями различного диаметра.
Этот способ служит для анализа песков.Метод Сабанина, основанный на принципе разделения фракций по скоростипадения частиц, взвешенных в спокойной жидкости, служит для определенияглинистых и пылеватых песчаных пород.Пипеточный метод, принцип которого заключается в отборе пипеткой пробчастиц, не успевших в определенные сроки осесть в процессе отстаивания;применяется для анализа глинистых пород.Метод Рутковского, основанный на способности глинистых фракций набухатьв воде и на различной скорости падения частиц в воде в зависимости от ихразмеров.
Пользуясь этим методом, можно выделить в породе три группыфракций: глинистую, пылеватую и песчаную.Плотностьипористостьпородыявляютсяважнойфизическойхарактеристикой.Плотностью частиц грунта называют отношение массы сухого грунта кобъему твердой части этого грунта. Плотность частиц грунта у горных породизменяется в пределах от 2,6 до 2,75 г/см3 и для каждой группы породопределяется только ее минералогическим составом. Величина плотностизависит от минералогического состава, влажности, пористости.Пористость пород представляет собой пустоты или свободные промежуткимежду минеральными частицами, составляющими породу. Пористость nобычно выражают в виде процентного отношения объема пустот к общемуобъему породы.Влажностью породы называют отношение массы воды, содержащейся в порах,к массе сухой породы. Влажность породы является очень важнойхарактеристикой физического состояния породы, определяющей ее прочностьи другие свойства при использовании в инженерных целях.ЛистИзм.Лист№ докум.ПодписьДатаДП 23,05,01, 00 00 01 ПЗ15Пластичностью называют способность породы изменять под действиемвнешних сил свою форму, т.
е. деформироваться без разрыва сплошности исохранять полученную форму, когда действие внешней силы прекратилось.Набуханием называется способность глинистых пород при насыщении водойувеличивать свой объем. Возрастание объема породы сопровождаетсяразвитием в ней давления набухания. Набухание зависит от содержания впороде глинистых и пылевых частиц и их минералогического состава, а такжеот химического состава воды.1.4 Теплофизические характеристики мерзлых грунтовТеплоперенос в горных породах в общем случае осуществляется тремямеханизмами:излучением,конвекциейикондуктивностью(теплопроводностью).Теплофизические характеристики оценивают количественную долю тепла:-коэффициент теплопроводности-l, (Вт/м*К)-выражает количество тепла,проходящее в единицу времени через единицу площади и единичную толщинуслоя грунта.-удельная теплоёмкость- С, (Дж /кг*К)- выражает количество тепла,необходимое для нагревания или охлаждения единицы массы грунта на одинградус.-объёмная теплоёмкость Соб (Дж/м3*К) выражает количество тепла,необходимое для нагревания или охлаждения единицы объёма грунта на одинградус.-коэффициент температуропроводности а (м2/с)– выражает способностьгрунта изменят свою температуру, под воздействием изменившегосяградиента температуры.Значения всех теплофизических характеристик зависят от вида грунта, егосоставных компонентов, как минерального, так и гранулометрическогосостава, и основных физических свойств: плотности и влажности; а такжеЛистИзм.Лист№ докум.ПодписьДатаДП 23,05,01, 00 00 01 ПЗ16состояниягрунта:талогоилимёрзлого.Обычнокоэффициенттеплопроводности мёрзлых грунтов в 1.1-1.5 раза больше коэффициентатеплопроводности грунтов в талом состоянии, что связано с большейтеплопроводностью льда, по сравнению с незамёрзшей водой.1.5 Механические характеристики мерзлых грунтовМеханические характеристики мёрзлых грунтов изучаются для назначениярасчётныххарактеристикпрочностиидеформируемости,получениязависимостей, описывающих поведение грунтов под нагрузками, приизменении температуры, воздействии криогенных процессов и др.К основным характеристикам прочностных свойств мёрзлых грунтовотносятся: сопротивление сдвигу грунта по грунту и по поверхностямсмерзания;сопротивлениесжатию,растяжению;сцеплениеиуголвнутреннего трения, эквивалентное сцепление.Прочность мерзлых грунтов определяется связями (сцеплением) междуагрегатами и отдельными их частицами, при этом основным связующимявляется лед.Механические свойства мерзлых грунтов, зависят и от длительности действиянагрузки.
Различают мгновенную и предельно длительную прочность.Мгновенной прочностью называют сопротивление разрушению при быстромдействии нагрузки. Длительное сопротивление мерзлых грунтов внешнемудавлению характеризуется пределом длительной прочности, численно равнымнапряжению, выше которого развиваются незатухающие деформации,приводящие с течением времени к разрушению грунта.Величинапредельнодлительнойпрочностигрунтаопределяетсяэкспериментальным путем; то данным С. С.
Вялова, она в 5-15 раз меньшемгновенной и наступает, особенно в связных грунтах, через достаточнодлительное время.ЛистИзм.Лист№ докум.ПодписьДатаДП 23,05,01, 00 00 01 ПЗ17ВременноесопротивлениесжатиюRc мерзлыхгрунтовзависитоттемпературы и влажности; при быстром действии нагрузки эта величинаблизка к аналогичным показателям скальных пород.Количественные зависимости изменения Rc от температуры и влажностиприводятся на рис. 2Рисунок 2 – Зависимость временного сопротивления сжатию мерзлыхгрунтов от температуры (а) и влажности (б).1- пылеватый песок, 2 – кварцевый песок, 3 – супесь, 4 – глина, суглинок тяжелый, 5 –лед, 6 – песок, 7 – глина.Сопротивление разрыву Rp мерзлых грунтов определяется теми же факторами,что и при сжатии.При быстром нагружении образцов полностью водонасышенных грунтов итемпературе - 5°С, по данным Н.
А. Цытовича, сопротивление разрыву равнов среднем: для песков - 44, суглинка - 16 и глины - 10 кг/см2; при длительномдействии нагрузки величина Rр уменьшается в 12-15 раз.Сопротивление мерзлого грунта сдвигу τt зависит от нормального давления,плотности, влажности, текстуры и определяется уравнением: t ct ptgtгдеct - сцепление;р - нормальное давление;ЛистИзм.Лист№ докум.ПодписьДатаДП 23,05,01, 00 00 01 ПЗ18φt - угол внутреннего трения.Сопротивление сдвигу увеличивается с понижением температуры грунта (рис.3) или увеличением нормального явления (рис.
4).Рисунок 3 - Зависимость сопротивления сдвигу мерзлого грунта и льда от температуры. 1- лед; 2 - супесь; 3 – глина.Рисунок 4 - Зависимость сопротивления сдвигу от величины нормального давления(суглинок пылеватый, влажность 31%, температура - 0,3°С). 1 - мгновенное сопротивление;2 - предельно длительное сопротивление.Сжимаемость мерзлых грунтов различна в зависимости от вида грунта, еготемпературы, величины и продолжительности действия нагрузок.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
