Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Особенности развития деформаций в просадочных лессовых грунтах при техногенных динамических воздействиях

ВАК РФ 04.00.07, Инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение

Автореферат диссертации по теме "Особенности развития деформаций в просадочных лессовых грунтах при техногенных динамических воздействиях"

ПР0ЙЗВ0ДСТ ЕШ}ОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ "УЗБЕКГИДР0ГЕ0Л0ГИЯ" ИНСТИТУТ ГИДРОГЕОЛОГИИ И ИНЖЕНЕРНОЙ ГЕОЛОГИИ ИМ. О. К.ЛАНГЕ

На правах рукописи

МАВЛЯНОВА НАДИРА ГАНИЕВНА •

ОСОБЕННОСТИ РАЗБИТИЯ ДЕФОРМАЦИИ В ПРОСАДОЧНЫХ ЛЕССОВЫХ ГРУНТАХ ПРИ ТЕХНОГЕННЫХ ДИНАМИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ /на примере г. ТАШКЕНТА/

Специальность 04.00.07 - "Инженерная геология, мерзлотоведение н грлгговедение"

АВТОРЕФЕРАТ ' • диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Ташкент 1992 г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Интенсивное влияние инженерно-хозяйственной деятельности человека на природную, в том числе геологическую среду, выдвигает в число ведущих про.блем инженерной геологии изучение, оценку и прогноз техногенных изменений геологической среды и их последствий. Один из основных видов техногенного физического воздействия в городах - поле вибрации оказывает существенное влияние на состояние и свойства грунтов. Особенно чувствительными к таким воздействиям являются просадочные лессовые грунты.

Поле вибрации, возникающее при движении городского рельсового транспорта, вызывает вертикальные и горизонтальные колебания, которые на застроенных территориях передаются фундаментам, а через 'Них сооружениям. Как следствие воздействия динамической нагрузки, в грунтовых основаниях'развиваются процессы,■ приводящие'к деформациям зданий и сооружений.

В настоящее время изыскателями при оценке инженерно-геологических условий строительных площадок вибрационные воздействия не учитываются, хотя как показывают наблюдения за зданиями и сооружениями, расположенными вблизи источников вибрации, этот фактор имеет существенное влияние на состояние и свойства грунтовых оснований.

В связи с- этим необходимость инженерно-геологического прогноза изменения геологической среды под воздействием поля вибрации определяет актуальность этой работы.

'Цель работы - исследование особенностей деформации про-саДочных лессовых грунтов при техногенных динамических воздействиях. '

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи: ' •

• 1. Изучение и обобщение основных факторов и условий деформации зданий и сооружений на территории г. Ташкента

2. Разработка методики проведения экспериментальных полевых и лабораторных исследований.

3. Проведение натурных инструментально-сейсмометрических

наблюдений на опытных участках для изучения характера распространения колебаний грунта при вибрационных воздействиях.

4, Изучение влияния параметров вибрационных воздействий на послепросадочную деформацию лессовых грунтов и их количественная оценка.

Научная новизна полученных автором результатов исследований ваключается в следующих положениях:

- изучены и количественно оценены амплитудно-частотные параметры колебаний грунта от различных источников вибрации (поезда метрополитена, трамвай) и характер их распространения в лессовых грунтахз

- выявлены особенности развития послепросадочных деформаций в пролювиальных лессовых грунтах в еависимости от частоты и длительности вибрационного воздействия, от статической наг-рувки и увлажнения;

- установлено , что развитие деформаций в основании 8да-ний и вооружений вависит от расположения источников вибрации;

- разработана схематическая карта прогноза развития послепросадочных деформаций при вибрационных воздействиях для территории г. Ташкента;

Практическая значимость работы. Полученные результаты позволяют прогнозировать поведение пролювиальных ■ лессовых грунтов при техногенных динамических воздействиях. Разработанная схематическая карта прогноза послепросадочных деформаций в лессовых грунтах при вибрационных воздействиях для территории г. Ташкента позволяет увеличить достоверность инженерно-геологических изысканий и снизить ущерб от деформаций зданий и сооружений. Результаты могут Сыть внедрены в изыскательских и проектных организациях.

Аппробация работы д. публикации. Основные результаты диссертационной работы докладывались на Всесоюзной научной конференции,посвященной 80-летию академика Г. А. Мавлянова (Ташкент, 1990); на научных семинарах молодых ученых и специалистов в Институте сейсмологии АН РУзб. (1990-1991).

По теме диссертации опубликованы четыре статьи.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы из 106 каимено-

ваний. Содержит А'./страницы, в том числе / 07 машинописного текста, $ % рисунков, О таблиц и 1 приложение.

В основу работы положены результаты полевых и лабораторных исследований лессовых пород ташкентского комплекса, проведенных автором с 1988 года. Работа выполнена в лаборатории Инженерной сейсмологии Института сейсмологии им. Г. А1 Мавля1'~ва Академии Наук Республики Узбекистан, в период обучения в очной аспирантуре под руководством к. г. -и. н. Исламова А. Я и к. г. -м. н. Исмаилова К А. ,• которым автор выражает искреннюю признательность. Автор приносит глубокую благодарность к. т. н. Тягунову С. за научные консультации по отдельным вопросам, Ах-медову 3. и Размолодину В. за помощь в выполнении полевых исследований, а также всем сотрудникам лабгратории Инженерной сейсмологии за внимание и поддержку в процессе работы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ ' Глава 1. Сов£емэнное состояние изученности проблемы 'В последние годы значительное внимание уделяется изучению реакции лессовых грунтов на сейсмические воздействия, которая проявляется в виде дополнительных деформаций лессовых грунтов. Сейсмич.ес1сая просадка зависит от величины сейсмической энергии, амплитудно-частотного спектра колебаний, резонансных явлений, прочности структурных связей (а И. Кригер, А. Д. Кожевников, С. И. Лаврусевич, Е Л. Преображенский, И. А. Савченко). Возрастание влажности влечет'за собой уменьшение прочности структурных связей и предрасположение лессовых пород к сейсмическим просашзм (А. С. Алешин, II Г. Миндель, С. В. Медведев, Е Г. Геллер). При динамических воздействиях происходит доуплотнение грунтов, величина которого определяется'их свойствами ,статическими нагрузками и параметрами динамических воздействий А. А. Мусаэлян) ■ Проявление сейсмопросадки обусловлено ослаблением структурных связей увлажненного грунта за счет увеличения толщины водных оболочек частиц грунта в условиях колебания (Х.З. Расу-лов, С. С. Сайфитддинов).

Помимо сейсмопросадочных деформаций, в городах с развитой промышленностью и транспортной сетью могут возникать осадки зданий и сооружений, связанные с вибрационным уплотнением грунта.

Для описания развития деформаций в грунтах при техногенных динамических воздействиях целесообразно использовать термин "виОроосадка" (Ф. М. Котлов). Изучением развития механизма виброосадки занимались многие исследователи. В большинсте случаев объектом их исследований являлись разнозернистые пески и глинистые грунты (Б. М. Гуменский, ЕЯ. Денисов, Е И. Осипов, ЛИ. Снобкова, В. Е Кутергин, Е Е Ыаслов, Е Т. Трофимов, Л. Е Мартынов, Е Вознесенский).

Для лессовых грунтов виброосадка изучалась при частотах до 26 Гц (А. Е Вахтанова, Х.З. Расулов, Г. А. Хакимов).

Сведений о поведении грунтов при техногенных динамических воздействиях мало. В основном дается общая оценка влияния различных техногенных полей на геологическую среду городов (А. Д. Жигалин, Г. Е Локшин).

Из обзора фондовых и литературных материалов можно сделать вывод, что исследователями в основном изучались деформации лессовых пород при сейсмических воздействиях и мало.уделялось внимания на влияние техногенных динамических воздействий; влияние техногенных полей вибрации не привязывалось к определенным породам, слагающим данную территорию; до настоящего времени систематических исследований по изучению влияния техногенного поля вибрации на деформационные свойства грунтов не проводилось.

Глава 2. Особенности инженерно-геологических условий территории распространения лессовых пород в г. Ташкенте

В главе дана краткая характеристика инженерно-геологических условий г.Ташкента. При оценке инженерно-геологических условий учитывались геоморфология, геолого-литологическое строение, состав, строение и свойства пород, гидрогеологические условия, развитие инженерно-геологических процессов и явлений.

Геоморфология и геолого-литологическое строение территории г. Ташкента изучалось многими исследователями: Ю. А. Сквор цовым, Н. Е Васильковским, Г. А. Мавляновым, К. 0. Ланге, А. И. Исламо-вым, А. М. Худайбергеновым и др. В результате изучения литературных и фондовых материалов, а также личных исследований ав-

тора установлено следующее. На территории г. Ташкента выделяйся следующие формы рельефа: брахипнтшдашальные возвышенности, -распространенные на северо-восточной части города в виде цепочки локальных холмов; тягкентская пролювиальная равнина,охватывающая Солвс 6С% пло::п;;и города; голодкостепская аллювиальная равнина, вытянутая узкой полосой с северо-востока на гго-зппал; современная долина р. Чпрчнк, слагающая пойму и надпойменные террасы реки. Инженерно-геологические условия по всей территории выделенных элементов рельефа неоднозначна. Изменчивость их главным образом связана с дифференцированными современными тектоническими движениями, особенностями пространственного распределения типов пород,сложностью гидрогеологической обстановки и др. В связи с тем, что объектом навих исследований являлись лессовые грунты, в работе наиболее детально охарактеризованы инженерно-геологические условия территории ташкентской пролювпальной равнины' и выявлены их особенности.

Так, на исследуемой территории в геоморфологическом отношении прослеживаются два возрастных типа рельефа и соответствуйте им поверхности - ташкентский С Ом Ьз) - всхолмленная среднечетвертичная равнина, слагающая водораздельные поверхности и их склоны; -голодностепски'Л №.£1) (верхнечетвертичный период) -долины древних ирригационных канатов Розсу, Кзракамыа, Салар и др.

В геолого-литологическсм строении верхня'я часть разреза представлена в основном среднечетвертичными лессовыми породами мощность которых меняется от 20-25 м С в долинах ирригационных каналов) до 70-75 м ( в водоразделах). Анализ и обощение результатов исследований физико-механических свойств лессовых пород свидетельствует о зависимости их от положения рельефа, глубины залегания уровня грунтовых вод и техногенных воздействий. Обобщенные значения показателей свойств приведены в таблице' N1.

Пролювиадьные лессовые породы широко распространены на территории города и являются основанием для большинства зданий и сооружений, и их инженерно-геологические свойства довольно подробно изучены, однако нами лессовые породы исследованы как среда чувствительная к высокочастотным динамическим воздействиям.

В гранулометрическом составе выделяется пылеватая фракция ( 67-89%), глинистая'(11-25%) и песчаная (2-14%).

Таблица 1.

Обобщенные значения показателей физических свойств лессовых грунтов.

Наименование показ." теля: Един. : ___Значения__

: измер.: миним.: максим.: среднее

Плотность минеральной части ( ^ ) г/см

Плотность грунта ( Д ) г/см Плотность скелета грунта (Ас) г/см Естественная влажность X Пористость ( п ) % Коэффициент пористости Коэффициент водонаоыще ИИЯ ( й )

Предел пластичности( "ф ) Предел текучести ( Ут ) % Число пластичности (II % Показатель консистенции( В ) Коэф. относительной просадоч-ности при Р 0,3 МПа

2,67 2,73 2,71

1,34 1,84 1,66

1,28 1,67 1,44

3,7 21,8 13,5'

39,4 55,7 47,2

0,650 1,257 0,- 908

0,11 0,74 0,4'3

16 23 .19,2

23 34 23,8

6 13 9,6

-1,26 0,33 -0,48.

0,001 0,207 0,104

Уровень грунтовы вод является важнейшим фактором при оценке просадочности лессовых грунтов. На территории распространения пролювиальных лессовых грунтов глубина залегания грун-'товых вод изменяется от 0,5 -3 м в прирусловых участках и днищах балок, до 20-25 м и более с удалением от русел водораздельными участками. Мощность обводненной толщи изменяется в направлении с СВ на Ш по общему направлению грунтового потока от 2-5 м до СО-40 м .Коэффициент фильтрации в лессовых породах, расположенных на водоразделах колеблется в пределах от 0,2 до 0,3 м/сут, а в лессових породах расположенных вблизи ирри-

гациошшх каналов от 0,4 до 0,9 м/сут.

Территория г. Ташкента является потенциально опасной в сейсмическом отношении, и на ней возможно возникновение землетрясений с классом К- 14. По схеме сейсмического микрорайониро-вання территории г. Ташкента выделяются 8 и 9 балльные воны.

На основании анализа материалов изучения инженерно-геологических условий территории распространения лессовых грунтов можно сделать следующие еыводы: несмотря на длительную историю освоения г. Ташкента, пролювиальные лессовые грунты не утеряли свои просадочные свойства. Лессовые грунты с большими значени-■ ями коэффициента относительной просадочности (0,043-0,207) распространены на водораздельных поверхностях, где мощность проса-дочного грунта доходит до 20 м ; наличие толщ лессовых грунтов с большими значениями просадочности в пределах г. Ташкента создает потенциальную опасность для зданий и сооружений, построенных на этих грунтах. Интенсивность развития просадочных деформаций-в грунтах связана с динамикой их увлажнения, величиной статических нагругок,приложенных к грунтам и характером динамических (сейсмических и вибрационных) воздействий.

Глава 3. Общая характеристика техногенных воздействий в условиях города Ташкента

На территории города широко развиты различные инженерно-геологические процессы и явления. Они возникают, как под влиянием естественных факторов, так и при техногенном воздействии. Поэтому их условно можно разделить на две группы: 1) возникают,не под действием природных факторов и усугубляющиеся влиянием человечекой деятельности; 2) возникающие под действием' инженерно-хозяйственной деятельности человека. К первой группе относятся процессы донной и боковой эррозии, оврагооб-разоЕание, суФ1озия. Ко второй группе относятся те процессы и явления, которые еозникли в результате техногенного воздействия. Наиболее распространенными из них в селитебной и промышленных зонах г. Ташкента можно отнести дополнительную осадку лессовых толщ и подтопление застроенных территорий грунтовыми водами.

В главе также подробно рассматривается характер техногенного динамического воздействия на .лессовые грунты. .

Ссноънымп источниками вибрации на территории города являются агрегаты о ьразедмися элементами, кузнечное и проссоаои оборудование промышленных: предприятий, строительные механизмы, автомобильный и внутригородской р«льсовиД транспорт. В наетоя-цее врош в г. Ташкенте действует две ллшш *»тро обцай протяженностью более 30 км и строится третьи (Юнус-Абедская линия), трамвайные линии имеет обсую длину около 500 км. Дщкшчоскио Есздействия о|»зшамг аакОолы^э слияние на педоуплстношше грунты со слабьаз! структурны: связями. Прочность пород при атом под пи вэадепетвпеы снимется до минимальных величин,при условии наличии достаточного количества ьоди в 1'руати. Та; в первые годи эксплуатации Ташкентского метрополитена основы;.; дзйорьэдаи от поеада происходили с срадкэчотьср-

тичных лессовых отло.ыениях с зонах поеыазнноа влажности и полного вэдонаоыценпл. Ксходл па этого мо;2£о считать, что влажность грунта и-его плотность яьлл&яся одним из основных: факторов при развитии д^ормащи! в лессовые груигах при динамических и статических. иагруэ1сах.

Скорость техногенного повышении ьлаедюсти пород 'ыо;.'.)т во иного раз превосходить аналогичный процесс, вызванный природными Факторами. Вследствие техногенного увлаыкшия происходит резкое падение прочности грунтов, что нередко приводит 1; деформациям сооруг-лний. Вибрация в свою очередь усугубляет эти негативные процессы и является постоянно дейотвувдим фактором при развитии дзформаций в лессовых грунтах на территории городов.

Одним из основных источников вибрации в городе является транспорт. Строительство Ташкентского метрополитена сыграло больную роль в формароБьяии поля вибрации города. Первая линия Сила пролокзна ь толще лессовых пород на глубине 9-15 м, вто-,-рал линия в лессовых породах и частично в галечниках на глубине 12-15 м. Дальнейшее его строительство запроектировано на таких глубинах. Так как трассы метрополитена и линии трамвая промалывается на укз застроенных территориях, то зачастую здания I! сооружения отзывается б опасной близости от источника вибрации. Анализ состояния зданий и сборужний, расположенных вблизи магистральных улиц с интенсивным дви;йением транспортных средств (автомобили, трамвай, метро) показал на-

лшше деформаций в отдельных зданиях (автоцентр "БАЗ", Тая-госконсерватория, ОН "Совлластитал", Таитекстилькомбинат, кп-jîi'ô дома по улице Г-ерунн, здание НВД и др.). Деформации подвергнуты различные топы здяннй : многоэтапные кирпичные, панельные, одноэтажная индивидуальная застройка. Котя они ,.аспо-логенн в разлячнкх частях города, все деформированные здания построены ïia проселочных лессовых грунтах. В развитии дефор>.'д-во '.'сох обслегогажш адания" участвовал! ?г.кле йвкторы ."aie увлегяюпкз грунтового основания и чвбрацисшюе воздействие.

¡-Ълзгявнко лессорп-; грунтов, з результате утечек води из пкжзпврь'о-копуиикдшюансй сети, приводит к ослабления их прочвоогша и де.*ср!ацио!шнх свойств и способствуют развктпд иреенлочяух дг;(»>риацпЯ в эти:; грунтах. При иалпшя ксточпякоэ сеяногеяиого динамичггкого воздействия создается дополнитель-ьтэ нагрузки на те'-г:л улла: генных лессовьк грунтов и усиливак? Р'о?иткз поелепрсоацоч:н.':: деформаций.

В этой го глава пряподится классификация :тсточгг;г;:ов внв-рэщкшого зоздсйствия для г. Таженга.

Глава 4. Методика исследован:!'!

' В главе дается краткий анализ супесгвуюлгс лабораторных п полевых методов исследования динамически:; свойств лзссог^г; грунтов.

Для изучения характера распространения вибрационный воздействий и определения параметров колебаний в массиве были проведены сейоморазведочниз и сейсмометрические исследования. Пункты регистрации колебаний были расположены. на резных инженерно-геологических участках.

Регистрация колебания грунта осуществлялась сейсмоприем-'яжами СМ-3 л стилографом Ш41 в сочетании с гальваномэтром ГБ-4. Производилась трехкоиганентиая регистрация: 2 горизонтальные составляете и 1 вертикальна!. Длина профиля составила 40 м перпендикулярно к трассе, '(икрссейсны, воз пикапе при двигают автомобильного транпорта тшез регистрировались и ьриняты нами за фоновьв колебания*. Интерпретация получашшх результатов "роиззодшлась по общепринятой методике.

Лабораторные исследования проводились автором по собственной методике. Дта этого была собрана установка моделируюгая

вибрационные колебания, • в которой источник колебания и система, измеряющая относительную деформацию, смонтированы вместе/ Исследуемый грунт ненарушенного сложения помещается в металлическое кольцо, после высыхания образец устанавливается в прибор ВСВ-25 и ступенями вертикальная нагрузка доводится до нужной величины (природная плюс дополнительная от сооружения). После стабилизации процесса уплотнения грунт замачивается и вибрация воздействует на водонасыщенную лессовую породу, в результате она претерпевает виброосадку, которая следует за первичным просадочным процессом.

Исследовались краткосрочные (10 циклов по 5 сек) воздействия при различных частотах ( от 4 до 60 Гш и амплитуде от 0,16 до 0,3 мм. Для каждой частоты наблюдения проводились при давлениях от 0,05 до 0,3 МПа. Измерялась относительная деформация грунта в кольце после просадки и после каждого цикла вибрации. Проведенные исследования дали картину виброуплотнения грунта при различных частотах и нагрузках.

Глава б. Оценка параметров колебаний лессовых грунтов при техногенным динамических воздействиях

Одной из задач, поставленных в' данной работе было изучение характера распространения вибрационных воздействий в грунтах и количественная оценка параметров колебаний. . Для ре-еэния этой задачи были проведены сейсморйзведочные и инструментально-сейсмометрические исследования на участках с 'различными видами вибрационных воздействий.. Эти опытные участки расположены на пролювиальных лессовых грунтах г. Ташкента.

На опытных участках', получено более 50 записей движения поездов метрополитена, трамвая и автомобильного транспорта. Анализ спектрального состава колебаний свидетельствует о том,-что для вертикальной и горизонтальной составляющей в перпендикулярном к линии движения транспорта направлении амплитуда уменьшается с расстоянием и преобладающие частоты с. удалением от источника воздействия премешаотся в низкочастотную область. Однако в записях паралелльных колебаний грунта такая зависимость не наблюдается, хотя амплитуда с расстоянием несколько уменьшается. Это можно объяснить тем, что частотный состав горизонтальных колебаний (так называемых фронтальных) мало фильтру-

ется в грунтах.

Для метро на основании статистических данных выявлены преобладающие частоты в диапазоне от 20 до 50 Гц. Такая же общая картина наблюдается для сейсмограмм, полученных при движении трамвая, но при этом характерны более низкочастотные колебания грунта, где преобладающие частоты находятся в диапазоне от 10 до 30 Гц.

Для изучения и оценки затухания амплитуды колебаний грунта сила проведена статистическая обработка зависимости амплитуды от расстояния. При этом получено, что амплитуда вертикального и горизонтального (перпендикулярно к трассе) колебаний грунта на расстоянии 5 м от линии метро- имеет значение от 10 до 20 мк. С увеличением расстояния между пунктом наблюдения и источником воздействия амплитуда уменьшается и на третьем пункте (40 м) имеет значение 1-2 мк, что приближается к фоновым значениям. Амплитуда колебаний в горизонтальном направлении (паралеллыю к трассе ) с расстоянием изменяется от 8-15 мк (на первом пункте наблюдения - расстояние 5 м) до- 1 мк.(расстояние 40 м). При движении трамвая амплитуда колебаний до 25 мк(на расстоянии 5 м от источника), а на расстоянии 40 м превышают фоновые значения в несколько раз (7-10 мк).

Затухание амплитуды колебания грунта при движении трамвая меньше, чем при движении метрополитена, что связано с заглублением метро в толщу лессовых пород. Затухание амплитуд микросейсмических колебаний, вызванных движением рельсового транспорта происходит по закону, который как показала математическая обработка полученных данных, с наилучшим приближением может быть аппроксимирована по формуле:

где А - амплитуда колебаний в точке на расстоянии X от источника; А- И $ - безразмерные параметры, вычисленные значения которых для рассмотренных случаев приведены в работе.

Амплитуда фоновых колебаний грунта имеет почти одинаковое значение во всех пунктах наблюдений опытного участка и составляет 0,5-1,5 мк.

Следует отметить, что на расстоянии -40 м от ствола метр-политена ( это расстояние по санитарным нормама СНиП-П-60-75

принимается минимальным между зданием и источником вибрации) амплитуды смещений становятся близкими к фоновым значениям, т. е. Можно считать на указанном расстоянии затухание практи-чес!си полным. В то ко время микроколебания от движения трамвая затухаот медленнее, превышая на рассттоянии 40 м от источника фоновые значения в несколько раз.

Глава 6. Изучение послепросадочных деформаций в лессовых грунтах при внешних воздействиях

С целью изучения влияния параметров вибрационного воздействия, статического давления и увлажнения на послепросадоч-ную деформацию лессовых грунтов были проведены лабораторные эксперименты.

На деформации, возникающие в результате техногенного динамического воздействия большее влияние оказывает частота колебаний, т. к. амплитуда обычно небольшая. Это положение подтвердили наш полевые сейсмометрические наблюдения, где было выявлено, что амплитуда колебании при движении транспорта иа-меипется от 2 до 20 мк (в зависимости от расстояния), а частота от 5 до 50 Гц.

Исследования мы проводили при постоянной амплитуде, изучая в основном влияние частоты колебаний на деформации . в увлажненных лессовых грунтах ташкентского комплекса.

При малых частотах, принятая нами длительность колебания не позволила выявить сколь либо заметных деформаций. Лишь начиная с 12,8 Гц (а в некоторых опытах с 15 Гц) в наших' опытах начала проявляться виброосадка. Видимо-именно при .этих частотах мы достигли критического ускорения.

Виброосадка при циклическом динамическом воздействии (при V от 18 до 25 Z) начинает проявляться при частоте f- 12,8 Гц хотя при этом имеет весьма малые величины ер= 0,002. При возрастании интенсивности воздействия виброосадка увеличивается при той же длительности колебаний и при f ^50 Гц еР^ 0,21.

Для изменения плотности грунта энергия ускорения должна преобладать над энергией связи между частицами. Только в этом случае кавдая частица приобретает подвижность и способность к сближению с другой частицей при наличии внешней нагрузки.

Ускорение является производной от амплитуды и частоты колебаний, т.к. в наших опытах амплитуда величина постоянная, то ускорение зависит от частоты. Чем выше частота, тем большая энергия передается грунту и тем быстрее разрушаются структурные связи. На рис. 1 представлена виброосадка лессовых грунтов при различных частотах.

При моделировании техногенного вибрационного воздействия на лессовые породы, необходимо учитывать, что они являются основаниями зданий и сооружений, т.е. испытывают постоянное статическое давление. Известно, что с увеличением давления происходит нелинейное закономерное возрастание просадочной деформации. По результатам лабораторных исследований выявлена, обратно пропорциональная нелинейная зависимость величины виброосадки от статического давления, и проявляется она тем больше, чем больше интенсивность воздействия.

Для наглядности составлена таблица процентного содержания виброосадки от просадки в зависимости от статического давления и прилагемого динамического воздействия.

Таблица 2

Значения виброосадки при различных частотах и давлении (в процентах к величине просадки)

Давление(МПа) 0,05 0,15 0,3

Частота(Гц)

4,6 0 0 0

4,9 0 0 0

10 2 0,8 0

12,8 Б 2,5 0,4

15 15 4 1

22,8 81 60 12

50 400 220 40

Из таблицы прослеживается следующая закономерность. Начи-,ая с частоты 12,8 Гц величина виброосадки уменьшается при уве-шчении давления. Возрастание частоты приводит к увеличению юличины виброосадки при одинаковом давлении (рио. 2).

N

>1

/ К-. г

/

Б (мм)

\

\|

\

ч, \ N ц

1

-г

8(мм) -

Рис. 1.а. Просадочные и виброосадочные деформации при частоте \ а50 Гц 1-прос дка; ¿-виброосадка'

о,ог щ

о,и 0,10 0,№ 0,14 0,16

РГщмпс

N

\ Р-ИЗ МПа

\

\

ч

\ щ 5МП:

ЕР

Рис. {.б. Виброосадка лессовых грунтов при различных частотах

д 5,'/.

Количество циклов виврации

Рис.2.Приращение деформации лессовых пород (д ) при воздействии вибрации частотой 50 Гц

I-Образец лесса с глубины 2м, давление 0,3 МПа

П--и-и- 5 м,-"— 0,3 МПа

П--„-„- 2м,-»- 0,1 МПа

Ж--"-••- 5м,— и— 0,ШПа

Высокочастотная вибрация (Б0 Гц) увеличивает послепроса-дочную деформацию, причем тем больше, чем меньше вертикальное давление (пригрузка) на лессовую породу.

Для определения соотношения просадки и дополнительной осадки при длительной замочке автором были проведены опыты в комлресионных приборах с приспособлениями для поддержания уровня воды над образцом грунта в течении 160 дней. Опыты производились при двух значениях вертикального давления 0,1 МПа и 0,3 МПа. Полученные кривые (рис. 3 ) построены в полулогарифмическом масштабе (время), поэтому начальные точки кривой соответствуют величине просадки.

При давлении 0,3 Ша относительная просадочность образца лессов, отобранных с глубины 2 м достигла 21%, а дополнительная осадка -1%, но при давлении в 0,1 МПа 10% и 2% соответственно. Такие же данные получены для образцов лессов, отобранных с глубины б м: при 0,3 Ша - 16% и 1%,при 0,1 МПа -9% и 3% . При уменьшении давления с 0,3 МПа до 0,1 МПа дополнительная осадка возрастает в 2-3 раза. Таким образом можно заключить, что просадочные лессовые породы ташкентского комплекса обладают способностью к послепросадочному уплотнению при замачивании, причем ее величина обратно пропорциональна уплотняющей нагрузке.

По результатам проведенных лабораторных исследований можно сделать следующие выводы.

Просадочный процесс,, происходящий при замачивании лессовых грунтов приводит к деформации, величина которой меньше величины потенциальной просадки, т. е. просадочный потенциал реализуется не полностью. Оставшаяся нереализованной величина деформации может развиваться, в результате различных внешних воздействий в частности за счет техногенных.

Анализ влияния■ вибрационных воздействий, ' статического давления и длительного увлажнения' на развитие послепросадочных деформаций, показал следующее. Величина послепросадочной деформации зависит от частоты и длительности колебания, причем ввиду того, что вибрационные колебания характеризуются незначительной амплитудой (несколько микрон), . послепросадочная деформация проявляется только при превышении некоторого значения частоты, соответствующего достижению критического уровня энер-

гии, передаваемой грунту, При дальнейшем увеличении частоты, величина поелепросадочной . деформации возрастает. Кроме того, лоелепросадочные деформации в лессовых грунтах могут развиваться при длительном их замачивании. Увеличение статического давления на грунт приводит к уменьшению доли послепросадочных деформаций, как 'при вибрационных воздействиях так и при замачивании.

В этой же главе приведена карта прогноза виброосадок'на территории г. Ташкента и даны, краткие рекомендации. по уменьшению влияния вибрации на здания и сооружения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Выполненные исследования показали , что пролюэиальныэ лессовые грунты на территории г. Ташкента, несмотря на длкт^ль--. ное их. .освоение, проявляют послепросадочные деформации при техногенных динамических воздействиях.' Вибрация создает дополнительную нагрузку на толщу увлажненных грунтов и усиливает развитие послепросадочных деформаций.

2. Анализ развития деформаций в некоторых, зданиях и сооружениях на территории г. Ташкента показал их выраженную зависимость- от близости источников вибрации. .

3. На .основе сейсмометрических наблюдений установлен диапазон преобладающих частот при движении поездов метрополитена* 20-е0 Гц, а для'трамвай 10-30 Гц. , '

4. Изучение амплитудно-частотных' параметров .колебания грунта от различных источников вибрации показал, что с удалением от источника воздействия происходит затухание амплитуд : колебаний, а также смещение амплитудных значений спектра в низкочастотную область.

5. Получено , что на расстоянии 40 м( определяемому по СНиП-П-бО-75, как минимальное допустимое расстояние между источником вибрации и зданием) от ствола метрополитена, ампли- . туды смещений становятся близкими к фоновым значениям. В то же. время микроколебания от движения трамвая. затухают медленнее, превышая на' расстоянии 40 м от источника фоновые значения в несколько раз. Амплитуда фоновых колебаний грунта имеет почти одинаковое значение во всех пунктах наблюдений -и. составляет.

¡¿О ■ ■

0,6-1,Б МК.

,6. Выявлено, что амплитуда колебаний в различных направлениях, неодинакова. Амплитуда смещений грунта вертикального и горизонтального (перпендикулярно к • трассе) направлений на расстоянии Б м от источника воздействий для метро составляет от 10 до 20 мк, а в горизонтальном (паралелльно к трассе) 8-12 мк. С увеличением расстояния между пунктом наблюдения и иоточ-• ником воздействия амплитуда колебаний, направленных паралельно к туннелю ватухают быстрее.

7. По результатам лабораторных экспериментальных исследований установлено, что прооадочный потенциал лессовых грунтов при замачивании реализуется не полностью . Оставшаяся нереа-лихзлизованной величина деформации может развиваться в результате различных виешних воздействий, в частности техногенных.

"8. Величина послепросадочной деформации зависит от частоты к длительности колебания, Причем ввиду того, что техногенное динамическое воздействие характеризуется незначительной амплитудой (несколько микрон), ее роль в послепросадочной де-' формации незначительна по сравнению с частотой и длительностью воздействия. Виброосадка начинает проявляться при достижении некоторой критической величины частоты, которая -зависит от ' свойств грунта (плотность,влажность, пористость, степень водо-насыщения и др.) и параметров внешнего воздействия. Так для про-лювиальных лессовых грунтов со следующими показателями: плотность 1,50 г/смЗ, пористость 49%,' влажность 25%, критическое вначение частоты ( для проявления виброосадки ) составило 12 Гц При статическом давлении ре 0,05 МПа.,

9. При возрастании Частоты ( от 5 до 50 Гц) величина послепросадочной деформации Возрастает-. Кроме того- послепроса-дочная деформация в лессовых грунтах, шлет развиваться при длительном замачивании. Увеличение . ст.атического. давления на грунт приводит к уменьшению доли послепросадочных деформаций -как при вибрационных воздействиях, так и при замачивании.

10. Разработанная схематическая карта прогноза-послепросадочных деформаций -в лессовых Грунтах при вибрационных воздействиях для территории г. Ташкента и рекомендации, данные на основе выполненных исследований повышают качество инженерно-геологических изысканий на территории распространения проса-

дочных лессовых грунтов и позволяет снизить ущерб от деформаций зданий и сооружений.

Основные пологлиия диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Просадка и виброосадка лессовых пород //Узб. геол. журн. -1989г. - Н 6-0.17-20 (соавтор Мавлянов .„Г.)

2. Влияние вибрации . на просадку в лессовых поро-. дах//Тез. докл. Всесоюз. научн. конф. посвяц, СО-летня акад. Г. А. !,йш-лянова - Таккент: ФАН, 1990. - С. 74-75

3. Влияние высокочастотной вибрации на просадку лэссопых пород// ДАН- Ташкент: ФАН, -1990. - N 10.-С. 47-49. (соавторы Н. Г. 1,!авдянов, Р. Р. Рахманов)

4. Некоторые результаты по изучению влияний микрооойом от движения метро и трамвая на состояние и сейсмические свойстза грунтов//Узб. геол. журн. - Тажэнт,1992, в печати.