PZ Syrvacheva (1227705), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

Морозоопасность грунтов определяется их способностью в процессе промерзания формировать криогенную структуру. Она зависит от многочисленных факторов: вида грунта, его структуры и зернового состава и плотности, влажности и глубины залегания подземных вод, состава и свойства воды в грунте, скорости промерзания грунта, напряженного состояния грунта, наличия в грунте органических примесей, неоднородности грунтов, неравномерного распределения влажности, плотности, неодинаковых условий промерзания.

В глинистых грунтах (суглинки, глины) при близком к поверхности уровне грунтовых вод морозное пучение происходит в условиях избыточного льдовыделения с образованием слоистых и сетчатых криотекстур, при этом пучение по глубине отличается большой равномерностью, интенсивность пучения велика. При низком, относительно поверхности грунта, уровне грунтовых вод при промерзании грунта с поверхности происходит существенное изменение начальной влажности по глубине промерзаемой толщи. Обычно максимальное значение влажности соответствует нижней границе пластичномерзлого слоя небольшой толщины, а в слое грунта, подстилающем пластичномерзлый слой, имеет место уменьшение влажности по сравнению с первоначальной вследствие притока влаги к фронту промерзания. Повышение начальной влажности слоя пластичномерзлого грунта, расположенного вблизи фронта промерзания, способствует сегрегационному льдообразованию и вызывает распученность грунта. Увеличение влажности за счет миграции зависит от консистенции глинистых грунтов. При промерзании глинистых грунтов твердой консистенции существенного перераспределения влаги по глубине не происходит, при глинистых грунтах полутвердой и тугопластической консистенции происходит увеличение начальной влажности примерно в 1,5 раза, при мягкоплатичной консистенции – в среднем в 2 раза [20].

При промерзании супесей наряду с тепловой миграцией воды к фронту промерзания происходит и отжатие влаги вглубь от фронта. Вследствие этого морозное пучение супесей значительно меньше (в 1,5-2 раза), чем глинистых грунтов при прочих равных условиях. При промерзании неоднородных грунтов, когда супеси присутствуют в толще суглинков в виде небольших прослоек, происходит обезвоживание прослоек с отжатием влаги в слое суглинков, на границе их контакта возрастает влажность и образуются значительные по толщине линзы и прослойки льда [14].

Морозное пучение крупнообломочных грунтов и песков определяется видом и составом заполнителя, особенно пылевато-глинистых фракций.

Крупнообломочные грунты с песчаным заполнителем, пески гравелистые, крупные и средние, содержащие пылевато-глинистых фракций, торфы относятся к непучинистым грунтам при любом положении уровня грунтовых вод и их влажности [1].

Характеристикой пучинистых грунтов является относительное пучение или коэффициент пучения ( ), определяемый по формуле [13]:

где h_f – перемещение поверхности слоя промерзающего грунта; d_f – мощность слоя промерзающего грунта.

По степени морозоопасности в зависимости от величины коэффициента пучения все пучинистые грунты подразделяются на пять групп:

• практически непучинистые ;

• слабопучинитые ;

• среднепучинистые ;

• сильнопучинистые ;

• чрезмернопучинистые .

2.2.1 Нагрузки и перемещения, обусловленные пучением грунта

Под поперечной нагрузкой, действующей на трубопровод при пучении грунта, будем понимать вертикальную нагрузку, направленную вверх, действующую на единицу длинны трубопровода при отсутствии перемещения трубы. Под перемещением будем понимать перемещения слоя грунта на уровне верха образующей трубы при различном положении фронта промерзания.

При промерзании пучинистых грунтов, как уже отмечалось, происходит увеличение их объема за счет перехода воды в лед. Если существуют какие-либо внешние ограничения, препятствующие увеличению объема, то развиваются напряжения. Так как нами принято определять нагрузку на не смещающийся трубопровод, то это является ограничением, и поэтому на трубопровод действуют силы пучения. Так как силы пучения являются самоуравновешенными, то они действуют и на примыкающий к фронту промерзания талый грунт. Естественно, что напряжение от пучения не могут превысить возможные максимальные напряжения в грунте [21].

Рассмотрим нагрузки, действующие на трубопровод при промерзании грунта с поверхности, при этом считаем, что труба находится в пределах сезонного промерзания грунта, а температура трубы равна температуре грунта, т. е. не изменяется природное распределение температуры в грунте.

Глубина промерзания в рассматриваемый момент времени от начала промерзания может определяться по формуле:

где h_м – глубина промерзания грунта; h_д – глубина промерзания деятельного слоя; Т_з – продолжительность зимнего периода; τ – рассматриваемый момент времени.

Глубину сезонного промерзания грунта (или деятельного слоя) при отсутствии данных многолетних наблюдений следует определять на основе теплотехнических расчетов. Для районов, где глубина промерзания не превышает 2,5 м, ее значение в метрах допускается вычислять по формуле

где d₀ – безразмерный параметр, численное значение которого зависит от вида рассматриваемого грунта; М_t – безразмерный коэффициент, численно равный сумме абсолютных значений среднемесячных отрицательных температур в данном районе, а при отсутствии в них данных для конкретного пункта или района строительства – по результатам наблюдений гидрометеорологических станций, находящихся в аналогичных условиях с районом строительства [3].

При движении фронта промерзания от поверхности в зависимости от его положения относительно трубы можно выделить четыре качественно различных расчетных случая (рис. 2.1) [22].

1) Глубина промерзания, отсчитываемая от поверхности грунта, меньше расстояния от поверхности грунта до верхней образующей трубы (рис. 2.1а), т.е. фронт промерзания расположен выше трубы. В этом случаи силы пучения, действующие на трубу, направлены вниз. Распределение этих сил по поверхности трубы (выше оси) можно определить в соответствии с законом распределения напряжений по глубине талого грунта в соответствии с общими методами. При этом должна иметь место осадка трубы, т. е. перемещение ее вниз, что и подтверждается экспериментальными исследованиями. Однако это перемещение незначительно и в практических расчетах можно принять, что:

2) Фронт промерзания расположен между верхней образующей и осью трубы, т. е. (рис. 2.1б). В этом случае проявляется двойственный характер сил пучения. На уровне фронта промерзания до трубы нормальные силы пучения на трубу действуют вниз, а в пределах трубы по линии соприкосновения с трубой за счет смерзания грунта с трубой – действуют вверх. Пренебрегая силами, действующими вниз, будем считать, что силы пучения определяются смерзанием грунта с трубой, если удельные силы смерзания не превышают нормальные силы пучения. Можно принять, что удельное смерзание (на единицу длины окружности трубы) линейно зависит от температуры грунта

где – удельные силы смерзания; k_см – коэффициент пропорциональности, равный изменению удельной силы смерзания при изменении температуры на 1ᵒС; t_гр – абсолютная отрицательная температура в рассматриваемой точке; b – прочность грунта на разрыв при 0ᵒС.

3) Фронт промерзания расположен между осью и нижней образующей трубы, т. е. (рис. 2.1в).

В этом случаи полные силы пучения определяется силами смерзания грунта по верхней полуокружности трубы и нормальными силами пучения.

Полная поперечная нагрузка при заданном фронте промерзания определяется суммой сил смерзания и нормальных сил пучения

4) Фронт промерзания расположен ниже нижней образующей трубы (рис.2.2.1.1г), т. е. . В этом случае полные силы пучения определяются силами смерзания трубопровода с грунтом по верхней полуокружности трубы и нормальными силами пучения, действующими на всю нижнюю полуокружность трубы.

2.3 Обзор мероприятий против сил морозного пучения

Противопучинные мероприятия назначают в тех случаях, когда воздействие сил морозного пучения грунтов может повлечь за собой повреждение элементов, недопустимые деформации. Противопучинные мероприятия могут потребоваться как на стадии эксплуатации сооружения, так и на стадии строительства.

Выбор противопучинного мероприятия производят на основе анализа следующих основных факторов: геологических и гидрогеологических особенностей строительной площадки, сроков эксплуатации объекта и оценки технико-экономических показателей вариантов противопучинных мероприятий [23].

В районах вечной мерзлоты дополнительно учитывают мерзлотно-грунтовые условия площадки, предусмотренный проектом принцип использования вечномёрзлых грунтов в качестве основания сезон производства земляных работ [13].

Характеристики

Список файлов ВКР