Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Воздействие морозного пучения глинистых пород на конструкции подземных кабельных магистралей связи

ВАК РФ 04.00.07, Инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение

Автореферат диссертации по теме "Воздействие морозного пучения глинистых пород на конструкции подземных кабельных магистралей связи"

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОИИТЕТ РСФСР ПО ДЕЛАМ НАУКИ И ВЫСШЕЙ ШКОЛЫ

Ленинградский ордена Ленина, ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Зпаивни Горныл икотнтут иц. Г.В.Плеханова

На правах рукоппои

Саиусенко Александр Васильевич

ВОЗДЕЙСТВИЕ МОРОЗНОГО ПУЧЕНИЯ ГЛИНКС1ИХ ПОРОД НА КОНСТРУКЦИИ ПОДЗЕМНЫХ КАБЕЛЬНЫХ МАГИСТРАЛЕЙ СВЯЗИ

Специальность 04.00.07 - Инненерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение

Автореферат диссертации на ооискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Санкт-Пэтербург - 1991

Padüia выполнена ка кафздра гидрогеологии а виаекериов геологии Иркутского политехнического института.

Научный руководитель: докюр географических наук, профессор

И.А.Некрасов

Официальные оппоненты: доктор геолого-иинералогических

наук Я.В.Неиэвес1Нов, кандидат геолого-иинералогических наук Н.Ф.Кривоногова

Вздущая организация: научно-исследовательский, конотрукторско-технологический и прозктно-изыскательский институт "ВостокСибСельанергопроект"

8ацита диссертации состоится "J&." MühTCL 1952 г. в fТ> час* 5С иан. на заседании Специализированного совета Д.063.15.07 и Ленинградской горнов институте по адресу: IS9026, г.Санкт-Петербург, 21 линия, дом 2, ЛГИ, аудитория 1158.

С диссертацией.коепо ознакоишься в Йлблиотекз инотитута

АЕтераферат разослан " 6 " фек^&дЯ ISS2 г.

;"чсшй секретарь специализированного coaoia _ АЛЗ.Нузьцин

к.г-ц.н., доцаят

ШЩЕНИЕ

Актуальность. Явление морозного пучег.':я ¡:иовт региональный -характер и наблюдается везде, где происходит сезонное про-ы ёрзание влажных глинистых пород. Его воздействия подвергается любые инженерные сооружения, в оояованиг которых находятся пучиноопасные породи. Одним из таких сооружслй являются подземные кабельные магистрали связи (ПКМС.), воздействие морозного пучения на конструкции которых изучено очень слабо.

ПК НС относятся к гипу линешпга сооружений и на своей протяжении пересекают участки с различными инженерно-геологичео-кими условиями. Их конструкции практически не создаст давления на основание, не оказывай на него теплового воздействия, но при этом способны воспринимать любые собственные деформации пород, происходящие под воздействием мерзлотных процессов. Воздействие же мерзлотных процессов на ПКМС изучено недостаточно. Здесь прежде всего не хватает экспериментальных наблюдений за воздействием промерзающих пород на конструкции данного сооружения.

Соединю знания о морозном пучении с наблюдениями за особенностями его воздействия на конструкции ПОС, можно получшь возможность проводить инженерно-геологическое прогнозирование при изысканиях трасс магистралей связи. В настоящее время такая возможность отсутствует, что создает определенные трудности и порождает неуверенность при изысканиях к прогнозировании условия работы ПКМС.

Цель работы - изучить обпри закономерности воздействия промерзающих глинистых пород на заглубленные предметы небольшого размера, сопоставимого с размерами конструкция ПКМС, использовать найденные закономерности для объяснения особенностей воздействия морозного пучения па наиболее 'повреждаемые конструкции - муфювне соединения, и оценить возможную интенсивность данного воздействия и природных условиях.

Объект и методика исследований, оамшше муфты, устанавливаемые на наибо.;:з уязвимом месте ПКМС - муфтовом соединении, п силу их ограниченных размеров, удобно рассматривать как заглубленный предмет определенной формы и теплопроводности. 3 сняси о яшм, основным объектом изучения можно считать систему: промерзающий глинистые породы - заглубленный предмет.

В этой системе процесс промерзания пород рассматривается о точки зрения воздействия возникающих при промерзании явлений на поверхность предмета, а сам предает - как обладающий определенной массой, размерами, формой и теплопроводность с и оказывающий влияние на локальные изменения терыовлажностного режима пород. При этом считается, чю закономерности такого взаимодействия справедливы и для случая воздействия морозного пучения на муфтовые соединения.

В ходе исследований проводилось полевое инженерно-геологическое изучение участка трассы ПКИС, расположенного в западной части Амурской области. Детальное изучение воздействия морозного пучения на заглубленные предметы и конструкции ПКМС проводилось путем постановки полевых и лабораторных опытов. Сочетание экспериментальных и натурных наблюдения позволило интерпретировать данные лабораторных исследований применительно к природным условиям воздействия морозного пучения на муфтовые соединения.

Научная новизна. В диссертации приводятся экспериментально изученные закономерности взаимодействия промерзающих пород и заглубленных в них предметов. Определены основные показатели такого взаимодействия и найдены их зависимости 01 размеров, теплопроводности и формы предметов, пучинистых и адгезионных свойств пород. Проведена оценка возможной интенсивности такого взаимодействия в природных условиях для различных генетических типов четвертичных отложений, распространенных на участке исследований. Показана возможность конкретной оценки опасности воздействия морозного пучения на конструкции ПКМС.

Фактическим материалом послужили результаты полевых наблюдений, выполненных в 1977 - 1966 гг в Верхнем Приамурье ка участке, -.¡аключеннои ыеиду реками Большой Невер на востоке и Урка на западе. Специальные исследования по изучению воздействия прои-аргаащих пород на предмет проводились в лабораторных условиях,- в камере искусственного климата Я1К-3000, а так-ао на территории мерзлотной станции в г. Сковородило.

Запекаемые положения:

I. При воздействии промерзающих пород на заглубленные предметы, на их контакте могуг возникать мерзлотные явления, связанные с нарушением адгезии пород к поверхности предмета. 1йкие мерзлотные явления выражаются в формировании полостей

над верхней или под шшши ¿товерхностыэ предмета.

2. Формирование полостей около поверхности конструкции ПККО влияет на динаиику и интенсивность их деформирования. Искусственное устранение адгезии пород с определенными частями поверхности муфтового соединения позволяет добиться усиления или ослабления его деформаций.

3. Интенсивность воздействия промер за щах пород на заглубленные предметы мо«ет бить оценена на основании данных о пу-чинистых и адгезионных свойствах пород, а также режиме их промерзания.

4. Воздействие промерзающих глинистых пород на конструкции ПКМС замотается в их поднятии силами морозного пучения

и выпучивании при многолетнем промерзании-оттаивании поро;; деятельного слоя. Это воздействие может бть ослаблено при расположении защитной муфты на одной глубине с кабелем. При этом деформации промерзающего основания, сложенного пучинистш/.и породами с модулем пучения до 12 сц/м, не оказывает опасного воздействия на муфтовые соединения.

Апробация и публикация. Основные полоненпя и полученные результаты докладывались на У1 конференции научной молодели (Якуток, ISG4) и Всесопзном научно-техническом семинаре "Пространственная изменчивость инженерно-геологических условий и методы ее изучения" (ВСЕП':1ГЕО, 1£87). Основные полоненпя диссертации опубликованы в виде тезисов (Самусенко, Тупицын, 1Я57) и статей (Самусенко, IS65, 1968). Рукописные работ, относящиеся к теме диссертации, хранятся в фондах ИЛИ и Т1Ш0-12 (г. Иркутск).

Структура и объем работы, диссертация сосюит из введения, четырех глав и саключения, излонена на 148 страницах машинописного текста, содериит 4В рисунков и 14 таблиц. Список лите-1?атуры вклвчает 119 наименований.

I. СОВРЕМЕННЕЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О БОЗДЕЛЛЖП ПГ0:ЙРЬЛВД1Х

глинистих пород на заглуккешше пшша

Условия строительства и эксплуатации ПКМС в районах с широким развитием мерзлотных процессов до недавнего времени фактически не подвергались изучении со стороны инженерной

еолопш. В нескольких опубликованных по данной томе риоотлх

г>

показывается круг с-адач, требующих своего решения в этой области, ко детальные особенности воздействия промерзающих пород на ПК1.1С не раскрывайся (Куликов, 1555, Войлошников и др., 1578, Берхозик, 1931). Однако основные закономерности такого воздействия являются подобными для любых заглубленных в пучи-ноопасный слой объектов. Для них может наблюдаться: поднятие силами морозного пучения, выпучивание после нескольких циклов промерзания-оттаивания, изменение ориентации при их выпучивании .

Условия поднятия предметов сформулированы II. А.Цнт с-вичен (1973) в виде схемы устойчивости фундамента в области шюго-летнемерзлых пород. Различия в деталях воздействия на опоры фундамента и предметы небольших размеров не изменяют его общей физической сущности, которая заключается в юм, что для поднятия предмета нужно, чтобы силы пучения были больше удерживающих сил.

Явление выпучивания изучено более полно. Механизм его развития широко известен на примере выпучивания одиночного столбика (Основы геокриологии, 1959, Достовалов, Кудрявцев, 1967, Общее мерзлотоведение, 1974, 1978), которое происходит за счет образования под ним полосги. Выпучивание предметов малых размеров, в частности обломков скальных горних пород, часто связывается с их повышенной, по-сразнению с глинистыми породами, теплопроводностью (йо«£еу , Виг^слЛ , 1974, Ь-т-т^Ц.-и , 1981 Таким образом, сосущесгвуют две теории выпучивания: морозного вытягивания предметов и морозного выталкивания. Последняя в ка честве главного фактора выпучивания предполагает повышенное льдообразование под теплрпроводними предметами и вдавливание . их в выиелеаащие теплопроводные слои пород.

Изменение ориентации предметов - явление широко наблюдаемое, но малоизученное. Например, оно проявляется в том, что обломочный материал плитчатой формы пс.п выпучивании имеет тенденцию ориентироваться ¡таким образом, что его плоские грани становятся перпендикулярными границе промерзания.

То закономерности воздействия пучения на предмет, кою-рыо связаны с их размерами, теплопроводностью и особенностями формы поверхности, изучены сл^бс. Приводимые сведения (Уош-бори, Т'ЛЮ только коисгат/ругг, что существуют определенные закономерности поднятия предметов в зпьисимости от их размеров

в

и формы, однако более детальные сведения по данному вопросу отсутствует,

В большинстве исследования изучение подвергается конечный результат взаимодействия промерзающей породи и предмета - его выпучивание, и не уделяется внимание самому процессу взаимодействия. Это затрудняет объяснение многих явлений, наблюдаемых около поверхности заглубленных предметов.

2. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ВЗАКИ0ДЕЙС1ВИЯ ЗАГЛУБЛЕННОГО ПРЕДМЕТА С ПРОИЕРЗАЩЮИ ШШИСПШ ПОРОДАМИ

Основные закономерности взаимодействия предметов и промерзающих пород изучались в лабораторных условиях для предметов простой геометрической формы, имеющих внеоку» (металл) и низкую '.(пластмасса) теплопроводность, равную соответственно 74 и 0,2-Вт/(м-К). Обычная теплопроводность талых глинистых пород не превышает 2 Вт/(м-К). В опытах были использованы цилиндры и конические предметы, представляющие собой два усеченных конуса с общим основанием, при эюм предметы таких (¡Хорм повторялись в вариантах с контрастно различной теплопроводностью. Предметы помещались в пучинисгые породи - пилеватые суглинки, взягые с территории Сковородинской мерзлотной станции. Суглинки подвергались периодическому пронораниванию-оттаиванию. После последнего промораживания изучалась контактная зона пород о поверхностью предметов, проводилась документация криогенных текстур и опробование. В ходе опыта велись наблюдения за пучением пород и поднятием предметов, а также зй" температурным режимом промерзания.

Измерения показали, что предметы высокой теплопроводности влияют на изменение температурного поля Пород- вблизи их поверхности. Данное влияние заключается в том, что Около таких предметов наблюдаются повышенные вертикальные градиенты температура,. плоскопараллельиое продвижение границы промерзания искривляется и принимает радиалыюобразную форму, а сама глубина промерзания под предметами несколько возрастает. Изменения температурного поля вызывают соответствующее перераспределение влажности в ходе промерзания. Под металлическим предметом происходит значительное возрастании вляяиооти по-сравнению о влаа-ностью на такой же глубине, ¡га удпявиия от предмета. Под пласт-

массовым предметом повышение влажности выранено менее сильно. Избыточное влагонакопление найкюдаеюя, в основном, в слое, залегающим под нижней поверхностью предмета. Сам характер вла-гонакопления тесно связан с основными закономерностями развития процесса миграции влаги. Если условия промерзания не являются оптимальными для развития процесса миграции, то влагонакопление под предметом также оказывается минимальным.

При изучении контактной зоны пород с поверхностью предметов выявлен ряд формирующихся здесь мерзлотных явлений, развитие которых зависит от формы и материала предмета. Для металлических цилиндрических предметов характерно прочное смерзание пород с их поверхностью. Над коническими предметами образуется полость, причем для пластмассовых предмеюв наблюдается ее более интенсивное развития. 1акие же полосги образуются над пласкассовыми цилиндрами. Полость формируется 1акже под нижней поверхностью пластмассовых предметов любой формы.

Образование полост означает нарушение адгезионных связей между породами и поверхностью предмета. При этом важное значение имеет то, что в промерзающих пучинисгых породах, как правило, не совпадают граница промерзания и граница глирового льдовыделения. В заключенной между этими границами промерзающей зоне, мощностью 0,5 - 4,0 см, выделяется граница смены деформаций, разделяющая сжимающийся и распучивающийся слои (Ершов, 1979). При установлении границы смены деформаций на уровне верхней части предмета возникает разнонаправлглшость в его перемещении относительно вышележащих слоев пород. В эю время наблюдается осадка предмета, а находящийся над ним слой пород испытывает распучивание. На уровне верхней части предмета пд-роды неподвижны. Вследствие того, что граница промерзания располагается ниие границы пучения, адгезия пород с верхней поверхностью предмета на данное время приняла форму смерзания и давление, передаваемое на поверхность предмета оседающим слоем, стремится оторвать предмет от уже смёрзшихся с ним выпележащих пород. Возможность образования верхней полости зависит от соотношения суммарной прочности адгезии пород к верхней поверхности предмета и давления усадки пород на данную поверхность.

По мере углубления гх^аницы промерзания и начала пучения слоев пород, прилегающих к боковой поверхности предмета, направление его перемещения изменяется на противоположное. На вре-

й

ия начала поднятия предмета в залегающих под ним слоях пород продолжается процесс усадки, чю приводит к разнонаправленнос-ти между перемещениями предмета и ниаелеиащего слоя. Вследствие этого в зоне их контакта возникает напряжения, способные привести к нарушение установившихся адгезионных связей. Характер адгезии пород к нианей поверхности предмета, установившийся на время начала его поднятия, оказывает существенное влияние на формирование полости под предметом. В зависимости от теиперагуры нижней поверхности предмета адгезия пород может наблюдаться в виде прилипания или смерзания. В свою очередь, температура ниннеа части предмета определяется его теплопроводность!). Для металлических предметов в проведенных опытах наблюдалось смерзание их ниянея части с подстилающим слоем, а на время начала поднятия пластмассовых предметов породы под ними находились в талом состоянии. При замерзании пород прочность их адгезионных связей с поверхностью предмета значительно возрастает и образование полости в этом случае затруднено. Как правило, при этом происходит растяаение подстилающего слоя, растягивающая нагрузка к верхней части которого прилагается поверхностью поднимающегося предмета.

Разнонаправленность в перемещениях предмета и подстилао-щих пород наблюдается до тех пор, пока не начинается их распу-чивание. Период 01 начала поднятия предмета до начала пучения залегающих под ни и пород является временем, в течение которого возиокно образование и рости шшней полости. Высота полости определяется вертикальными размерами предмета, величиной пучения прилегающих к. его боковой поверхности пород и . временем начала поднятия предмета.

Образование полости над- или под предметом определенным образом влияет на динамику его вертикальных перемещений. Осадка перед началом поднятия имеет наибольшую продолнительность для предметов, поверхность которых полностью смерзается с породами. Величина их осадки таксе наибольшая. Наибольшей скоростью поднятия обладает предмет, над которым образовалась полость, при этом суммарная величина его поднятия также оказывается наибольшей. Предмет, под коюрнм формируется полость, не имеет характерных особенностей в динамике поднятия. В ходе ае осадки при оттаивании пород он не возвращается в свое первоначальное полояение, то есть показывает некоторую величину остаточ-

него выпучивания.

В проведенных опыгах выпучивание наблюдалось холько для пластмассовых предметов, под которыми формировалась полость. Выпучивания металлических предметов не происходило, несиотря на значительное повышение влажности под ними. Влияние повышенной влажности и избыточного сегрегационного льдовыделения под предметом должно заключаться прежде всего в том, что он будет вдавливаться в вышележащий слой. При эюм в какой-то отрезок времени скорость поднятия предмета будет превышать скорость пучения прилегающих пород, причем наиболее хорошо данное различие в скорости поднятия должно быть выражено'в начальный период выпучивания предмета, когда верхний слой находится в плас-шчномерзлом состояния. Эксперименты показали отсутствие вдавливания предметов в вышележащие породы. Это показывает, что в механизме выпучивания главное значение имеет формирование полости. Но в этом случае мояно утверждать, чю промерзание пород под теплопроводными предметами не только не способствует, но и препятствует их выпучиванию, йк как при раннем смерзании пород с нижней поверхностью предмета повышается прочность адгезионных связей и возможность образования полости уменьшается.

3. ВОЗДЕЙСТВИЕ ¿¡ОРОЭНОГО ПУЧЕНИЯ НА КОНСТРУКЦИИ ПОДЗЕМНЫХ КАБЕЛЬНЫХ МАГИСТРАЛЕЙ СВЯЗИ

Закономерности воздействия промерзающих пород на конструкция ПК).!С изучены при проведении полевых экспериментальных работ, выполненных на территории Сковородинской мерзлотной стаи-ции. В ее пределах развиты ыноголетнемерзлые породы, а сезонно,-талый слой находится в значительно увлажненном состоянии, чю создает предпосылки для развития разнообразных мерзлотных процессов. Особенно активно зд^сь проявляется морозное пучение, которое развивается в слое ияпашластичных суглинков, содержа-дих грунтовые води, приуроченные к горизонтам повышенной структурной комковатости пород.

Основным объектом изучения являлись муфтовые соединения -наиболее повремдаеиый конструктивный элемент ПКЫО. Для них, кап л для любого заглубленного предмета, оказались справедливы все наученные в лабораторных опытах закономерности взаимодействия о промерзающими породами. Металлические защитные муф-

Ю

ты; устанавливаемые на песте сращивания строительных длин кабеля, как и подобные им теплопроводные предметы, не подвергаются выпучиванию. Это подтверждается 8-летними наблюдениями за их поднятием и осадкой. Отсутствие выпучивания муфт происходит вследствие невыполнения условий образования нижней полости в пылеватых суглинках мерзлотной станции. В ходе многолетних наблюдений, породы, в коюрых под муфтой наблюдалась полость, были встречены только однажды. Они представлены легкими пылеватымп суглинками, содержащими до 50$ дресвы и мелкого щебня. Образование полости под муфтой в таких породах происходит из-за особенностей их состава. Пылеватость суглинков обкславливает их высокую пучиноопасность, а большое содержание обломочного материала приводит к уменьшению площади адгезионного контакта дисперсной части породы с поверхностью муфты и понижению сил смерзания, что способствует выполнению условия образования полости.

Из всех возмояных видов воздействия морозного пучения на заглубленный предмет для муфтовых соединений наиболее активно проявляется только их поднятие силами морозного пучения. При этом их выпучивание наблюдается редко, только в породах определенного состава и свойств, обладающих слабой адгезией к поверхности муфты. Для изучения особенностей воздействия морозного пучения на поднимаемое муфтовое соединение были проведены исследования, в которых учитывалась возможность нарушения адгезии пород с поверхностью муфты и кабеля. Путей гидрофобиза-ции соответствующей поверхности задавалось несколько комбинаций развития контактных мерзлотных явления около муфювого соединения: сплошное смерзание пород с поверхностью муфты и кабеля; смерзание пород с поверхностью кабеля и формирование полости над муфюй; образование полости над муфтой и под кабелей; смерзание пород с поверхностью муфты и образование полост под кабелем. Ка:,:доз из приведенных сочетаний обеспечивалось для двух муфтовых соединения: для муфты, улояенной на одной глубине с кабелем и для выглубланной на ЦО - 50 см относительно кабеля.

Измерение растягивающих деформации кабеля и их с он оставление с динамикой поднятия муфты и прилегающих к нея участков кабеля позволило установить их тесную взаимосвязь. Горизонтальные деформации кабеля внутри защитной муфты начинают интенсивно

развиваться одновременно' с началом ее поднятия. Поднятие муфтового соединения, как правило, происходит неравномерно, что вырахается в большей высоте поднятия муфты относительно прилегающих участков кабеля. Неравномерность поднятия можег быгь вызвана многими факторами, в юм числе различием в вертикальных размерах муфти и кабеля и более высокий положением муфты в разрезе пород. Продолжительность развития неравномерного ' поднятия зависит от времени, в течение которого граница пучения углубится от поверхности муфты до наиболее заглубленнного участка кабеля. Это время определяется скоростью промерзания пород и величиной выглубления муфты. Период развития деформаций кабеля с большой точностью совпадает с временными границами неравномерного поднятия муфтового соединения.

Большое влияние на деформирование элементов кабеля оказывает формирование полостей около поверхности муфтового соединения. Так образование полости под кабелем приводит к значительному уменьшению деформаций кабеля внутри защитной муфты. Одновременно уменьшется скорость растяжения и его продолжительность. Такое изменение показателей деформирования наблюдается несмотря на то, что сохраняется значительная неравномерность в поднятии муфтового соединения. Образование полости над муфгоя вызывает увеличение деформаций элементов кабеля. При этом возрастает скорость поднятия муфт и его конечная величина. Скорость растяжения кабеля при этом такие возрастает, но без увеличения его продолжительности. За счет большей скорости. растязения его конечная величина возрастает по-сравнению с муфтами, над которыми полость не формируется. Для муфтовых соединений, нарушения адгезии с поверхностью которых не происходило, были зафиксированы величины растяжения кабеля 1,2 и 5,1 мм. Более сильное растяжение соответствует выглубленно-му положению муфты. Для тех соединений, где над муфтами формировалась полоегь, величина растяжения возрастала до 2,8 - 6,9 мм. Подобная закономерность нарушается при образовании полости под кабелем. В этом случае уменьшается не только суммарная величина растяжения, которая даже при значительном выглублении муфты не превышала 0,6 мм, но также изменяется и сама динамика деформирования. Это позволяет сделать вывод о том, что наличие неравномерности в поднятии муфювого соединения является необходимым, но недостаточным условием интенсивного развития

в элементах кабеля растягивающих деформаций. Устранением смерзания пород с поверхностью кабеля можно ослабить развитие деформаций даже при наличии неравномерности в поднятии муфтового соединения.

КОЛИЧЕСТВЕННАЯ ОЦЕНКА ВОЗДЕЙСТВИЯ МОРОЗНОГО ПУЧЕНИЯ НА ЗАГЛУБЛЕННЫЕ ПРЕДМЕТЫ В ПРИРОДНЫХ УСЛОВИЯХ

На основании известных физических закономерностей взаиио-действия предмета с промерзающими породами возможно проведение расчетов ряда показателей, а именно: времени начала поднятия предмета, высоты его поднятия и величины выпучивания, Возмояная последовательность их расчета представлена на рисунке в виде блок-схемы.

В блоках 1-3 проводится определение площади верхней поверхности предмета и оценка действующих в промерзающих породах сил пучения и усадки. Зная закон изменения площади действия данных сил на поверхность предмета при углублении границы промерзания, путем сопоставления суммарной величины этих сил на различные промежутки времени, можно напти время начала поднятия предмета. В это время граница промерзания будет занимать определенное положение относительно его поверхности. Определение этих параметров проводится в блоках И - 7.

После определения времени начала поднятия предмета определяется характер адгезии пород на данный момент к его нижней поверхности. Для этого нужно установить, через какое время после установления на уровне верхней части предмета температуры начала замерзания, начнется промерзание пород, контактирующих с его нижней поверхностью, впоследствии это время сравнивается с временем начала поднятия предмета. Проведение гакого сопоставления отражено в блоках 8-13.

Величина адгезии пород к нижней поверхности предмета, ус-тановивваяся на время начала его поднятия, является важной характеристикой. Сопоставляя величину адгезии с сопротивлением талых пород растяжению, можно определить возможность образования под предметом полости (блок 14 - 17). Если образование пс^ лости возмонно, следует определить ее высоту, которая зависит 01 величины пучения пород, прилегающих к боковой поверхности предмета (блок 18), и усадки подстилающих пород (блек 19).

Последовательность расчета показателей воздействия промерзающих пород «а заглубленный предает.

Математичеояое -определение площади верхней поверхности предмета

т

Определдае <жорас1И нарастания -одл пучения

Определение давления от усадки пород

нет

Определение ,положения границы пучения относительно верхней поверхности ®редне1а на время начала его поднятия

— р I

Определение вреывда установления температуры начала замерзания пород на их контакте с нижней поверхностью предмета (Тек)

Смерзание пород с нижней поверхностью отсутствует

Определение величины адгезии талых пород к нижней поверхности предмета

Произошло смерзание пород с нижней поверхностью предмета

-13

Определение сил смерзания пород с нижней поверхностью предмета

Продолжение рисунка.

Определение сопротивления пород растяжению (fp)

Полости не образуется. Происходит растяжение пород

да

Образуется полость

-18

Определение величины пучения и усадки пород (Ая . h,c)

-19-

Определение высоты полости

Нп = fin * Ьус

-20-

Определение величины выпучивания Нв1,,л = &'Нп

В последней блоке проводится определение величины |;нпуч>ь.1ы:г<

Данная схема содержит ряд параметров, не поддаг.ии.г.е- в настоящее время аналитическому описанию, что затрудняет-проявление таких расчетов. Однако при оценке величины Зьпучнейг.ля об лоиочного материала был использован roí экспериментам muíí <í¿v г что образование полости под обломками плитчатой фории кипча^т--ся непосредственно после качала пучения пород на ур-свнг верхней части. При этом можно не учитывать соотношение с.-ил по верхней поверхности обломка, влияющее на начало ere поднятия и не производить расчет времени его смерзания с подстилающим слоем. Данное допущение использовано при оценке возможной величины выпучивания обломочного материала в Верхнем Приамурье.

На участке исследований были выделены аллювиальные, аллю-виально-делювиальные и делювиальные генетические типы четвертичных отлояенид. К аллювиально-делввиальныи отнесены породы, залегающие в днищах долин некрупных водотоков, которые способны производить отложение чистого аллювия только в узкой прирусловой зоне, а на остальной площади осадконакопление носит делювиальный характер. Дельвиалыше породы подразделяются на делювий склонов и тонкодиспеизнип делювии, накапливающийся в днищах межгорных впадин. Между различными генетическими тинами от-

Г5

имеете» -ísis;rs рвагичия но средний значениям содержания песчаных, пылеватых и глинистых частиц, влажности и плотности. Морозное пучение пород, наблюдавшееся на пучикомерных площадках и вычисленное по расчетной формуле В.О.Орлова достигает наибольших значении: 18 - 61 си/и, в переувлажненных ал-дввиально-делювиальных глинах и суглинках. При средних значениях показателей физических свойств пород морозное пучение достигает наибольших значений: 5-7 см/м, в глинах межг'орных впадин, в глинах и суглинках долин мелких водоюков. Для большинства других пород характерны в 2 раза меньшие значения модуля пучения.

На основании данных о пучиноопасносги пород проведена оценка возможной величины выпучивания плитчатого щебня высотой Ю см. Такая оценка показала, что в большинстве разновидностей пород величина выпучивания за цикл промерзания-оттаивания составляет десятые доли миллиметра, реже достигая величины I - 3 ми. В наиболее-пучинисшх породах годовая величина выпучивания монет достигать В - 10 мм. Расчетное определение величины выпучивания показало, что это медленный процесс, и только в особо пучинисшх породах, а гакже при наличии более крупных обломков, чем принятая в расчетах высота щебня, его скорость может достигать значительной величины.

Оценивая глинистые породы по степени опасности их воздействия на муфтовые соединения, можно использовать простое соотношение, связывающее высоту поднятия муфты (Н ) с величиной морозного пучения (т ) и ее выглублением относительно кабеля (дЬ), с учеюм той части высоты муфты, коюрая подвергается воздействию сил пучения (h).

' Н = д?0- m

При возможности образования под муфтой полости, ее поднятие относительно кабеля, вызванное совокупным влиянием выпучивания и сезонного пучения пород, будет определяться выражением

И - С h * д К + t п - Í) ■ h») ■ m +

где: in» - величина выпучивания за цикл промерзания-опаивания; п - число таких циклов.

Анализ полученных зависимостей позволил сделать следующие выводы:

1. При равном заглублении муфты и кабеля и отсутствии выпучивания муфты даже в максимально пучинистнх породах не монет наблюдаться ее поднятия на величину 5 см, при которой начинается деформирование элементов кабеля. При превышении муфты над кабелем, равном 5 см, в породах с модулей пучения более 40 си/«, будет возникать растяжение кабеля, В случае дальнейшего возрастания превышения опасными для кабеля становятся менее пучи-ноопасные породы.

2. При нахождении муфты и кабеля на одной глубине и возможности выпучивания иуфты, в породах с модулем пучения равным или меньшим 10 си/и, потребуется длительное время, чтобы поднятие муфты достигло критической величины, при которой начинается растяжение. В наиболее пучиноопасных породах время, через которое может возникнуть повреждение кабеля на горизпнтяль-*о уложенном муфтовом соединении, изменяется от 3 до 12 лет. 1ри наличии превышения муфты над кабелем это время будет уыень-паться. Указанные сроки не противоречат статистическим данным

> повреждаемости кабельных магистралей связи.

На основании комплекса проведенных исследований можно сде-гать ряд рекомендация по уменьшению влияния морозного пучения [а ПКМС.

1. Нецелесообразно применение пластмассовых муфт, так как :арушение адгезии пород с их поверхностью будет приводить к их ыпучиванию либо возрастанию скорости поднятия.

2. Форма муфт не должна иметь большую конусность, то есть рачительное превышение высот центральной части над высотой орцов. Большая конусность способствует формированию верхней олоси и возрастанию скорости поднятия муфт.

3. Целесообразна разработка максимально гидрофобного пок-ытия кабеля, что должно уменьшать его смерзание с окружающи-и породами, способствовать образованию полости, которая,

данном случав, приводит к уменьшении'его деформируемости.

■ '». Проведение инструментального контроля за взаимным рас-одоиением муфты и кабеля и укладка их на одной глубине поэ-оляет снизить опасность воздействия пучинистых пород на муф-овоо соединение.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенных исследований установлено, что

воздействие морозного пучения на конструкции ПКМС заключается, в основной, в неравномерном поднятии муфювого соединения. Лабораторными исследованиями установлены основные закономерности взаимодействия предметов с промерзающими породами и фак-юры этого взаимодействия. Эп; факиры сведены в единую расчетную схему, однако ряд входящих в нее параметров не поддается в настоящее время аналитическому определению. Ряд обоснованных допущений позволил использовать расчетную схему для определения величины выпучивания обломочного материала и степени опасности воздействия морозного пучения на муфювые соединения. Для полного использования расчетной схемы при изысканиях и проектировании ПКМС необходимо лабораторное определение температурных границ начала замерзания и пучения, пучиноопас-ности, адгезионной прочности пород и их сопротивления растяжению.

Полученные результаты более полно раскрывают особенности воздействия морозного пучения на заглубленные предметы и могут служить основой для проведения дальнейших исследований в эюй области.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Бугры пучения долины р. Имачи. - В кн.: Криогидрогео-логические исследования. Якутск, 1985, с. 71 - 78.

2. Исследование процессов вымораживания предметов из дисперсных грунтов. - В кн.: Методика и техника геокриологических исследований. Новосибирск: Наука, 1988, с. 115 - 122.

3. Закономерности изменения состава и свойств рыхлых дисперсных пород в бассейне Верхнего Амура. - В кн.: Пространственная изменчивость инженерно-геологических условий и методы ее изучения. (1е;;иси докладов Всесоюзного научно-технического семинара 20 - ¿2 1'зя 1987 г."). М.: ВСЕГИНГЕО, 1987, с. 140 -Ш. (соавтор В .С Л'упицыи).

1В