Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Закономерности формирования прочностных характеристик оттаивающих грунтов при сдвиге

ВАК РФ 25.00.08, Инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение

Автореферат диссертации по теме "Закономерности формирования прочностных характеристик оттаивающих грунтов при сдвиге"

На правах рукописи

Царапов Михаил Николаевич

ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ПРОЧНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ОТТАИВАЮЩИХ ГРУНТОВ ПРИ СДВИГЕ

Специальность 25 00 08 - инженерная геология, мерзлотоведение и1рунтоведение

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Москва-2007

003057458

Работа выполнена на кафедре геокриологии геоло! ическог о факультета Московского Государственного Университета им МВ Ломоносова

Научный руководитель доктор геолого-минералогических наук,

профессор JI.T. Роман

Официальные оппоненты доктор геолого-минералогических наук,

профессор С.Е. Гречищев

кандидат технических наук, профессор Я. А. Кроник

Ведущая организация: НИИОСП имени Н.М. Герсеванова

Защита состоится 18 мая 2007 г. в 14 часов 30 минут на заседании диссертационного совета Д 501 001 30 при Московском Государственном Университете им M В Ломоносова по адресу Москва, Ленинские горы, Главное здание МГУ, геологический факультет, аудитория №829

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке геологического факультета МГУ - Главное здание, сектор «А», 6 этаж

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью организации, просим направлять по адресу 119992, Москва, Ленинские горы, Главное здание МГУ, геологический факультет, ученому секретарю диссертационного совета, профессору Л Т Роман

Автореферат разослан 17 апреля 2007г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

доктор геолого-минералогических на>к,

профессор

Л Т Роман

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность. Одной из актуальнейших проблем при хозяйственном освоении районов криолитозоны является необходимость прогноза деформаций и несущей способности многолетнемерзлых пород при их оттаивании

Исследование деформационных свойств оттаивающих грунтов, разработка методов определения характеристик, расчета осадок при оттаивании начаты в 30-е годы XX века Накоплен огромный материал по результатам испытаний оттаивающих грунтов в полевых условиях горячими штампами на строительных площадках Петровско-Забайкальского металлургического завода, Удоканского ГОКа, Южной и Центральной Якутии, а также в лабораторных условиях для всех видов грунтов в широком диапазоне изменения их физических свойств

Получены феноменологические зависимости, позволяющие выполнять прогноз осадок оттаивания в зависимости от льдистости, плотности, содержания незамерзшей воды, внешней нагрузки и времени ее воздействия Выявлены закономерности влияния скорости оттаивания на величину осадки и степень консолидации оттаявших грунтов Разработаны методы расчета осадок оттаивающих грунтов, используемых в качестве оснований зданий и сооружений, методы определения заданной глубины предпостроечного оттаивания

Что же касается прочностных характеристик оттаивающих грунтов, то они практически не исследованы При переходе грунтов из мерзлого в талое состояние исчезают льдоцементационные связи и формирование несущей способности оснований происходит в течение длительного процесса уплотнения и водоотдачи грунта Для корректной оценки устойчивости откосов, несущей способности инженерных сооружений, возводимых на оттаивающих грунтах, а также для прогноза негативных естественных и техногенных мерзлотно-геологических процессов, необходимо знать изменение во времени прочностных характеристик грунтов (прежде всего сопротивления сдвигу) как на границе оттаивания, так и по глубине оттаявшего слоя

В связи с этим, исследования, направленные на установление закономерностей зависимости прочностных характеристик оттаивающих грунтов от физических свойств, условий оттаивания, временного фактора, обуславливающего консолидацию, являются актуальными

Цель и задачи исследования. Основной целью настоящей работы являлось установление закономерностей формирования предельных значений прочностных характеристик оттаивающих дисперсных грунтов при сдвиге в зависимости от физических свойств, скорости оттаивания, внешних нагрузок

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи

1 Разработать усовершенствованную методику лабораторных исследований формирования прочностных характеристик оттаивающих дисперсных грунтов при сдвиге, позволяющей определять данные характеристики в зависимости от физических свойств, скорости оттаивания, внешней нагрузки и порового давления

2 Провести эксперименты по изучению сопротивления сдвигу оттаивающих дисперсных грунтов в широком диапазоне изменения их физических свойств, условий оттаивания и уплотнения с учетом порового давления

3 По данным анализа результатов экспериментов установить закономерности формирования прочностных характеристик оттаивающих грунтов при сдвиге

4 На основе сопоставления результатов прогноза устойчивости склонов, сложенных грунтами в оттаявшем и оттаивающем состояниях, дать рекомендации по условиям задания предельных значений прочностных характеристик

Научная новизна работы заключается в следующем

1 Усовершенствована методика определения прочностных характеристик оттаивающих грунтов при сдвиге, включающая методику замера порового давления на границе оттаивания

2 Получены предельные значения прочностных характеристик основных видов дисперсных грунтов при оттаивании в широком диапазоне изменения их физических свойств, позволяющие прогнозировать предельное состояние оттаивающих оснований сооружений и устойчивости грунтов при различных геокриологических процессах

3 Дана оценка влияния условий оттаивания (температурного режима на поверхности оттаивающего грунта и времени приложения нормального давления) на формирование сопротивления сдвигу оттаивающих грунтов и их прочностных характеристик

4 По опытным данным измерения осадки в процессе оттаивания дана количественная оценка изменения физических свойств оттаивающих грунтов

5 Получена закономерность влияния норового давления на сопротивление сдвигу оттаивающих грунтов

6 Установлено снижение коэффициента устойчивости оттаивающих дисперсных грунтов при условии учета предельных прочностных характеристик, формирующихся на границе оттаивания

На защиту выносятся следующие положения

1 Усовершенствованная методика определения прочностных свойств оттаивающих грунтов, включающая исследования порового давления

2 Зависимости прочностных характеристик основных видов оттаивающих дисперсных грунтов от их физических свойств

3 Закономерность формирования прочностных свойств оттаивающих грунтов в зависимости от режима тепловых и механических нагрузок в процессе оттаивания

4 Зависимости прочностных характеристик оттаивающих грунтов от порового давления влаги и ее фильтрации в процессе оттаивания

Практическая значимость работы. Результаты исследований могут быть использованы для расчета устойчивости оснований инженерных сооружений, для прогноза естественных и техногенных мерзлотно-геологических процессов в условиях оттаивания, а также для дальнейших научных исследований в данном направлении

Личный вклад автора. Лично автором был собран, проанализирован и обобщен имеющийся материал по прочностным и деформационным характеристикам оттаивающих грунтов Используя методику по определению сопротивления сдвигу при оттаивании, разработанную в НИИОСП имени Н М Герсеванова, как базовую, автором разработана усовершенствованная методика определения прочностных свойств основных видов дисперсных грунтов при оттаивании с учетом изменения физических, деформационных характеристик, включая исследования порового давления Автором разработан прибор определения порового давления Лично автором было проведено около 200 испытаний, включающих комплекс исследований механических и физических свойств основных видов дисперсных грунтов при

различных режимах тепловых и механических нагрузок, выделен ряд основных факторов, влияющих на формирование сопротивления сдвигу при оттаивании На основе опытных данных установлены закономерности формирования предельных значений прочностных характеристик грунтов на границе оттаивания с учетом порового давления

Апробация работы. Основные положения работы докладывались на 2 конференциях (на Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых по фундаментальным наукам «Ломоносов-2003» и на Третьей конференции геокриологов России, 2006), на заседании секции научно-технического совета НИИОСП им НМ Герсеванова, нашли отражение в 5-ти публикациях и вошли в содержание ряда научно-технических отчетов

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы Содержит 143 страницы машинописного текста, включающих 12 таблиц, 45 рисунков и список литературы из 118 наименований

Работа выполнена на кафедре геокриологии геологического факультета МГУ под руководством доктора геолого-минералогических наук Л Т Роман и в НИИОСП имени Н М Герсеванова в лаборатории "Механики мерзлых грунтов и методов расчета оснований" руководимой кандидатом технических наук Г И Бондаренко, которым автор выражает искреннюю признательность за постоянную помощь и внимание на всех этапах работы над диссертацией Автор также выражает признательность д т н , профессору Л Н Хрусталеву, к г -м н С С Волохову за полезные советы и замечания, способствовавшие выполнению данной работы Автор благодарит за внимание и помощь в проведении экспериментов к т н А Г Алексеева, А А Чапаева, И Н Шуганова, а также родных и друзей за поддержку и понимание

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение

Обоснована актуальность рассматриваемой проблемы, сформулированы цель и задачи исследований, защищаемые положения и практическое значение работы

Глава 1. Состояние изученности механических свойств оттаивающих грунтов

Анализируется состояние вопроса по изучению механических свойств оттаивающих грунтов На основе анализа состояния изученности механических

свойств оттаивающих грунтов показано, что за примерно 100-летний период накоплено довольно большое количество данных по формированию деформационных свойств Большой вклад в изучение деформационных свойств оттаивающих грунтов внесли Ф Г Бакулин, В M Водолазкин, И H Вотяков, С С Вялов, M H Гольдштейн, Э Д Ершов, В Ф Жуков, Ю К Зарецкий, А А Каган, M Ф Киселев, НФ Кривоногова, Г И Лапкин, ВП Пономарев, Г В Порхаев, AM Пчелинцев, Л Т Роман, 3 Г Тер-Мартиросян, В Г Чеверев, В П Ушкалов, Д M Шестернев, H А Цытович, F С Crory, J F Nixon, N R Morgenstern и многие другие Определились два основных подхода к оценке деформационных свойств расчетный (по физическим характеристикам) и экспериментальный (определение коэффициентов оттаивания и сжимаемости) На основе первого подхода получено около 15 зависимостей осадки оттаивающих дисперсных грунтов от физических свойств Установлено, что основными определяющими физическими характеристиками являются показатели плотности (плотность мерзлого грунта, скелета и частиц грунта), показатели влажности (суммарная влажность мерзлого грунта, льдистость, влажность за счет незамерзшей воды) С увеличением плотности осадки при оттаивании уменьшаются, а с увеличением влажности и льдистости - увеличиваются Влияние дисперсности учитывается введением в некоторые формулы показателя влажности на пределе пластичности и текучести Отмечается, что вывод обобщенной корреляционной зависимости осадок при оттаивании от характеристик физических свойств практически невозможен, так как осадки при оттаивании обусловлены многими факторами, неподдающимися количественному определению К таким факторам относятся структура, текстура грунта, набухание частиц грунта, физико-химические процессы, широкий диапазон дисперсности в пределах каждого вида грунта, скорость оттаивания и тд Поэтому основное внимание при прогнозе осадок оттаивающих грунтов уделяется экспериментальному определению деформационных характеристик коэффициента оттаивания (равного относительной осадке оттаивающего грунта без нагрузки) и коэффициента сжимаемости (равного отношению приращения относительной осадки к приращению давления) Разработаны и утверждены нормативными документами методики определения указанных характеристик в лабораторных и полевых условиях, метод определения предельных осадок при оттаивании Получено теоретическое обоснование методов

прогноза осадок оттаивающих грунтов на основе теории фильтрационной консолидации

Исследованиями прочностных характеристик оттаивающих грунтов занимались П И Адрианов, Г И Бондаренко, Г П Бредюк, С Е Гречшцев. Л А Жигарев, Н К Захаров, В Д Карлов, А И Кузеняткин, Р В Максимяк, Г Д Михайлов, Г В Порхаев, ЕП Шушерина, НА Цытович, S Thomson, Е Lobacz, Т Zhiguan, К Tukada, S Ogawa и др

Анализ данных работ показал, что, несмотря на проведенные теоретические и экспериментальные исследования, целый ряд вопросов по изучению формирования прочностных характеристик оттаивающих грунтов при сдвиге остается нерешенным Характерной чертой всех ранее выполненных исследований является изучение данных свойств от одной физической характеристики 1рунта (влажности) Лабораторные исследования проводились по различным методикам на отдельных видах дисперсных грунтов при различных условиях и режимах оттаивания, что затрудняет сопоставление и анализ полученных результатов

В настоящее время отсутствует единая методика комплексного определения прочностных характеристик, ее положения не приведены в нормативной литературе, не выявлены условия формирования критических значений прочностных характеристик, позволяющих выполнять прогнозы устойчивости откосов, несущей способности грунтов оснований, криогенных процессов

Проведенный анализ накопленного материала позволил выделить ряд факторов, влияющих на формирование механических свойств оттаивающих грунтов Условно их можно разделить на две группы внутренние и внешние К внутренним факторам относятся гранулометрический состав, минеральный состав, строение, физические характеристики грунта, к внешним - условия оттаивания (влияющие на скорость оттаивания) и условия испытаний (закрытая или открытая схема испытаний, наличие или отсутствие порового давления, режим нагр>жения) Влияние перечисленных факторов на формирование прочностных свойств до сих пор остаются невыясненными

На основе выполненного анализа сформулированы цели и задачи проведенных исследований

Глава 2. Методика экспериментальных исследований прочностных свойств оттаивающих грунтов при сдвиге

Описана методика лабораторных исследований, включающая приборы для проведения испытаний, методику подготовки образцов, проведения опытов и обработки результатов

Образцы диаметром 71,4 мм, высотой 70 мм готовились из пасты с заданными, в соответствии с ГОСТ 30416 - 96, значениями физических характеристик Одностороннее промерзание осуществляемое при температуре -15°С Испытания выполнялись в одометрах конструкции Н А Цытовича, переоборудованных для условий сдвига Опыты проводились в холодильной камере при температуре -5°С Оттаивание образцов осуществлялось теплым штампом, укомплектованным ультратермостатом, что обеспечивало задаваемую постоянную температуру на поверхности грунта С целью выявления влияния скорости оттаивания на формирование прочностных характеристик исследования выполнялись на идентичных образцах при трех значениях температуры на их поверхности +2°С, + 20°С, 1г4(Рс В процессе опыта замерялась осадка оттаивания и уплотнения индикатором часового типа с ценой деления 0,01мм Глубина оттаивания определялась термодатчиком, щупом и фиксировалась визуальным наблюдением через прозрачные стенки одометров

Сдвиг проводился по схеме неконсолидированного-недренированного испытания в соответствии с ГОСТ 12248-96 с трехкратной повторностыо при каждом значении вертикальной нагрузки, задаваемой на штамп рычажным прессом Проведены методические эксперименты в условиях оттаивания только под весом штампа и в условиях приложения вертикальной нагрузки до начала оттаивания, что позволило установить влияние указанных условий на критические значения прочностных характеристик Горизонтальная сдвигающая нагрузка прикладывалась быстро (в течение 30-60 сек) в момент достижения границы оттаивания на 2-3 мм ниже задаваемой плоскости сдвига По данным испытаний определялись сцепление и коэффициент трения по уравнению Кулона при статистической обработке по ГОСТ 12248-96

Проводились две серии испытаний на сдвиг на границе талой и мерзлой зоны и полностью оттаявших образцов

Поровое давление замерялось в зоне примыкающей к границе оттаивания в условиях описанной выше методики испытания Прибор включал в себя иглу-водоприемник и цифровой манометр Comark С9557, позволяющий фиксировать поровое давление с точностью 0,001 кг/см! Глава 3. Характеристика исследуемых грунтов

Исследовались основные виды дисперсных грунтов, отобранные из слоя сезонного промерзания-оттаивания в районе Болыпеземельской тундры (Варандей), а также в районе Московской и Пермской областей Грунты представлены песком гляциально-морского генезиса среднечетвертичного возраста (gm Пи 4), покровной супесью верхнечетвертичного возраста (е, ed III), покровным пролювиальным суглинком современного возраста (pr III) и озерно-болотной глиной современного возраста (IblV) (табл 1) Название грунтов определено в зависимости от гранулометрического состава и характеристик пластичности в соответствии с ГОСТ 25100-95 Физические свойства (влажность, плотность, плотность частиц грунта, пределы пластичности) определялись экспериментально стандартными гостированными методиками Расчетные показатели характеристик физических свойств (плотность сухого грунта, число пластичности, консистенция, пористость) определялись по соответствующим зависимостям от опытных данных

Для установления закономерностей формирования прочностных характеристик оттаивающих грунтов в зависимости от физических свойств исследования выполнялись при трех значениях задаваемой суммарной влажности (Wm) и плотности (р) Для песка это позволило создать различную степень водонасыщения (Sr), а для глинистых грунтов, кроме указанных показателей - различный вид консистенции (lj) (табл 2)

Глава 4. Результаты исследований формирования прочностных характеристик оттаивающих грунтов при сдвиге

Рассматриваются результаты исследования формирования прочностных характеристик грунтов в процессе оттаивания и закономерности их изменения в зависимости от гранулометрического состава, начальных физических характеристик (влажности, пористости, плотности скелета и частиц грунта), порового давления, а также от влияния внешних факторов скорости оттаивания и времени приложения уплотняющей нагрузки Особое внимание уделено выявлению условий, при которых прочностные характеристики имеют предельные значения, необходимые для

Таблица 1

Гранулометрический состав, % Характеристики пластичности

Размеры частиц, мм

Место отбора Вид грунта песчаные пылеватые глинистые

20-10 о о 1 ш 'Г , (Ч о о ~ ГЧ о о 0,10,05 0 050 01 001 - 0 005 100 0 -500 0 <0 001 IV, ¡Р

Автодорога ЦПС -Южное Хыльчую -База Дресвянка (Варандей) Песок КтаИ,,24 0,6 1,2 11,1 59,2 27,9 - - - - - - -

Супесь е, ее! <2 ш 0,9 0,8 4,4 27,8 27,9 19,4 9,2 6,7 2,9 19,7 14,5 5,2

оннель автодороги Москва-Сергиев-Посад Суглинок рг йт 0,0 3,7 14,3 20,7 19,3 5,4 4,6 15,8 16,2 26,4 12,3 14,1

Карьер, г Кизель, Пермская область Глина 1Ьв'У 0,0 0,4 1,1 5,7 6,9 15,7 21,8 19,5 28,9 37,1 19,1 18,0

Таблица 2

Вид грунта Плотность, г!см Суммарная влажность Степень водона сыщения & Консистенция грунта

Р Рл Л показатель текучести вид по ГОСТ 21500-95

песок пылеватый 1,99 1,84 2,66 8 0,48 - -

1,94 1,66 2,66 17 0,75 - -

1,89 1,43 2,66 32 0,99 - -

супесь пылеватая 1,81 1,57 2,67 15 0,58 0,096 пластичная

1,80 1,54 2,67 17 0,62 0,481 пластичная

1,75 1,42 2,67 23 0,70 1,635 текучая

суглинок тяжелый пылеватый 2,02 1,76 2,71 15 0,75 0,191 твердый

1,94 1,62 2,71 20 0,78 0,546 мягкопластичный

1,79 1,40 2,71 28 0,81 1,113 текучий

глина легкая пылеватая 1,82 1,52 2,75 20 0,68 0,056 твердая

1,77 1,37 2,75 29 0,79 0,556 мягкопластичная

1,58 1,10 2,75 44 0,80 1,389 текучая

*плотность р- грунта р^-скелета грунта, р^-частщ грунта

прогноза устойчивости грунтов оснований сооружений и протекания криогенных процессов

Значения прочностных характеристик грунтов различны в процессе оттаивания и для полностью оттаявшего состояния Однако имеется и общая закономерность — для обоих случаев прочность грунта снижается с увеличением начального значения влажности образца грунта Данная тенденция, как известно, характерна и для талыч грунтов, т е не подвергавшихся процессу промерзания-оттаивания Но в отличие от талых грунтов оттаивающие грунты обтадают рядом особенностей, связанных с формированием криогенной текстуры в процессе промерзания, которая дифференцирует грунт на неоднородные компоненты минеральные агрегаты, незамерзшую воду и лед При промерзании с увеличением начальной влажности грунта увеличивается степень уплотнения агрегатов и размеры пор Вследствие такого преобразования мерзлый грунт в процессе оттаивания обладает высокой фильтрационной способностью (коэффициент фильтрации на несколько порядков выше, чем у талых) Исследования показали, что в процессе оттаивания по высоте образца происходит перераспределение влага на границе оттаивающего слоя с мерзлым формируется переувлажненная зона с наличием порового давления При этом перераспределение влаги зависит от дисперсности и начальной влажности грунта (рис 1)

В песке при оттаивании перераспределение влажности незначительно даже при высокой начальной влажности В глинистых грунтах при влажности грунта, близкой к нижнему пределу пластичности, перераспределение влаги практически отсутствует, при влажности, соответствующей верхнему пределу пластичности, происходит значительное перераспределение влаги Изменение физических свойств и возникновение порового давления в приконтактном слое происходит более интенсивно при приближении начального состояния грунта к состоянию полного водонасыщения, что приводит к существенному снижению прочности оттаивающего грунта на границе оттаивания После окончания опаивания в переувлажненных грунтах происходит фильтрация влаги, разуплотнение агрегатов, уменьшение размеров пор, увеличение плотности, поровое давление падает до минимума Прочность оттаявшего грунта повышается по сравнению с прочностью грунта в процессе оттаивания При анализе формирования прочностных характеристик при оттаивании рассматривается зависимость показателей сцепления и угла внутреннего

а)

б)

Ща.%

5 10 15 20 25 30 35

0 ......'.......- 1 -—г

1 - ^ - ' - 1

2 т ' V '

3 - 1- + V '

4 ---г- гт — -----г4-.

5 м . ! 1

6 + -1 ^ 1 * + > 1 .

7 _—О-

в)

О 5 10 15 20 25 30 35

г;

10 15 20 25 30 35 40 45 50

см №в№ЯИ ЩЫ-ггХ И4И-Ш4

состояние грунта М - мерзлое Т - талое

граница оттаивания

Рис 1 Распределение влажности по высоте образцов в процессе оттаивания на момент сдвига при различных значении начальной влажности ((ГоГоГ) а) песок, б) супесь, в) суглинок, г) глина

трения от начальной степени водонасьпцения грунта (5Г) - параметра, комплексно учитывающего влияние дисперсности и физических свойств

При малой и средней степени водонасьпцения перераспределение влаги по глубине оттаивающего слоя происходит без возникновения избыточного порового давления С понижением значения начальной влажности разница в значениях прочностных характеристик при сдвиге в оттаивающем и полностью оттаявшем состояниях уменьшается Данную закономерность можно объяснить, используя подход НН Маслова, разработанный для суглинков и глин тугопластичной и пластичной консистенции При оттаивании глинистых грунтов, имеющих в тугопластичную и пластичную консистенцию, большую роль играет наличие связанной воды, процесс консолидации протекает под влиянием вязкого сопротивления скелета грунта, а на формирование прочностных характеристик существенное влияние оказывает структурное сцепление При этом в не полностью водонасыщенном состоянии поровое давление увеличивается с увеличением плотности грунта

Установлено, что для водонасыщенных глинистых грунтов на границе оттаивания формируется переувлажненный слой, который воспринимает нормальную нагрузку как скелетом грунта так и водой В этом слое возникает поровое давление, существенно влияющее на формирование прочностных характеристик при оттаивании

Полученные значения показатечей сопротивления сдвигу исследуемых грунтов сцепления и угла внутреннего трения в оттаявшем состоянии (С^^МПатр^0) и на границе оттаивания (Сл,МПа и<р,н,0) в зависимости от начальной влажности и степени водонасьпцения приведены в таблице 3

Опыты по исследованию порового дав тения проводились на сильнольдистых грунтах суглинке и глине, при влажности, соответствующей полному водонасыщению оттаивающего грунта Результаты исследований показали, что прикладываемая нагрузка в оттаявшем слое не полностью воспринимается поровой влагой (для всех опытов коэффициент порового давления ДДравный отношению порового давления и» к приложенной вертикальной нагрузке о) меньше 1(табл4)), что не противоречит теории фильтрационной консолидации и согласуется с представлениями Н Н Маслова и НЛ Денисова Причем с возрастанием значения

нормальной нагрузки, как для суглинка, так и для глины характерно уменьшение коэффициента порового давления Д, По мере оттаивания повышенное поровое давление поддерживается только вблизи границы оттаивания и полностью рассеивается в момент полного оттаивания

Таблица 3

Вид грунта Начальная влажность \Votot, % Начальная степень водона сыщения Sr Показатели сопротивления сдвигу грунта

оттаявшего на границе оттаивания

Сг„,МПа 0 <Р/л С„,, МП а <Р«,>°

Песок 8 0,48 0,010 34 0,002 30

17 0,75 0,008 32 0,0005 28

32 0,99 0,004 23 0,000 22

Супесь 15 0,58 0,021 19 0,016 17

17 0,62 0,014 17 0,008 15

23 0,70 0,007 16 0,005 11

Суглинок 15 0,75 0,020 24 0,016 22

20 0,78 0,017 21 0,012 18

28 0,81 0,008 17 0,004 12

Глина 20 0,68 0,030 15 0,022 16

29 0,79 0,020 13 0,014 12

44 0,80 0,011 12 0,006 10

Количественной оценка влияния порового давления на прочностные характеристики оттаивающих грунтов выполнялась на основе представления К Терцаги о разделении напряжений в водонасыщенном фунте между скелетом и водой При этом дтя указанного разделения применялся подход, предложенный 3 Г.Тер-Мартиросяном, заключающийся в расчете распределения эффективных напряжений и порового давления в зависимости от пористости грунта

<у = сг!т + и„п (1)

I де п - пористость грунта, т=1 -п, - эффективное напряжение, - поровое давление

Так как в процессе оттаивания происходит изменение пористости по глубине образца, то его количественная оценка производилась по изменению коэффициента пористости, которое определялось по решению Н А Цытовича для случая

компрессионного сжатия при соблюдении плоскопараллельного оттаивания При этом изменение коэффициента пористости (Ае) по данным замера осадки штампа при оттаивании до момента сдвига

1 + е0

где 8атт - осадки оттаявшего слоя грунта, Ишт- глубина оттаявшего слоя грунта, е0 -начальный коэффициент пористости мерзлого грунта, Ае- компрессионное изменение коэффициента пористости при оттаивании

Полученные значения Ае приведены в табл 4

Таблица 4

Вид грунта супесь суглинок глина

\У0Ю1,% 15 17 23 15 20 28 20 29 44

ео 0,687 0,736 0,884 0,546 0,703 0,938 0,813 1,004 1,506

Ае 0,080 0,102 0,149 0,034 0,042 0,067 0,089 0,101 0,225

В зависимости от особенностей формирования прочностных характеристик при оттаивании были выделены три характерных слоя оттаивающего грунта 1-консолидированный слой оттаявшего грунта (степень консолидации и, близка к 1), 2-приконтактный слой (частично консолидированный), 3-счой на границе оттаивания (практически неконсолидированный) (рис 2) Результаты определения характеристик прочности водонасыщенных грунтов (суглинка и супеси) с учетом порового давления и пористости для приконтактного слоя приведены в табл 5 На рис 3 представлен график зависимости сопротивтения сдвигу оттаивающей глины от общих напряжений и эффективных напряжений с учетом порового давления и пористости

Анализ исследований на основе данного подхода показал, что в оттаивающих глинистых грунтах в водонасыщенном состоянии учет порового давления совместно с пористостью неоднозначно влияет на показатели прочности при сдвиге увеличивая сцепление и уменьшая коэффициент трения Влияние же порового давления без учета пористости приводит к увеличению сцепления, не влияя при этом на коэффициент трения

а)

б)

№

1 консолидированный слой (Ц~1 и»=0)

2 приконтактный слон

(0<Ц<1 и„~ шах)

3 слой на границе \ оттаивания

0,05 0 1 0,15 uw, атм

Рис 2 Характерные слои оттаивающего грунта (а) 1 - консолидированный слой оттаявшего грунта, 2- частично консолидированный, 3 - слои на границе оттаивания, эпюра распределения порового давления по глубине оттаивающего образца (б)

Таблица 5

Вид грунта Общее нормальное напряжение а,Ша Коэффициент порового давления Д. Эффективное напряжение as,MIJa Прочностные характеристики грунта в приконтактном слое

по общим напряжениям с учетом порового давления

C¡h, МП а 0 Ч>& С,„МПа <Р:

суглинок IV, = 28% 0,025 0,80 0,005 0,004 13 0,006 I

0,075 0,51 0,037

0,100 0,40 0,060

глина Г0 = 44% 0,030 0,53 0,014 0,006 10 0,008 5

0,050 0,46 0,027

0,075 0,25 0,056

Tlh,MIIa 0,040 0,035 0,030 0,025 0,020 0,015 0,010 0,005 0000

0 0,05 0,1 0,15

а, МП а

Рис 3 Зависимость сопротивления сдвигу оттаивающего грунта (глина) от 1- общих напряжений (а), 2- эффективных напряжений (<7S) с учетом порового давления («„) и пористости (п), 3 - эффективных напряжений (crt) с учетом только порового давления

Глава 5. Расчет устойчивости откосов по прочностным характеристикам оттаивающих грунтов

Выполнено сравнение результатов оценки устойчивости откоса оттаивающей насыпи при использовании в расчете прочностных характеристик, полученных для условий полностью оттаявших грунтов и приконтактной зоны оттаивающих грунтов Расчеты выполнялись но методу наклонных сил (рис 4)

Рис 4 Схема к расчету устойчивости оттаивающего откоса методом наклонных сил

Устойчивость обеспечивается недопущением сдвиговых деформаций по поверхности скольжения из условия превышения (или равенства) удерживающих сил ( Ту1) по сравнению со сдвигающими ( Тгш) Т,,б > Тт

Поверхность скольжения оттаявшего грунта задавалась по поверхности раздела оттаивающего и мерзлого грунта и задана глубиной оттаивания

Для проведения расчетов предполагаемая призма обрушения разбивается вертикальными линиями на блоки Причем в пределах каждого блока линия скольжения задается прямой и составляет с горизонтом один и тот же угол а Считается, что все блоки взаимодействуют между собой по границе оттаивания При проведении расчетов принималось условие устойчивости оттаивающего отдельного блока, предложенное Г И Бондаренко (1982)

? = (3)

* сдв

где T^=Ntgvomm+Comm (4)

= Psma (5)

N = Pcasa (6)

P = P<mm*h<mm (7)

Тогда (8)

Тсд. PomAmJ, Sina,

где Г] - коэффициент устойчивости, Туд - удерживающие силы, ТСДЕ - сдвигающие силы, а, - угол наклона склона, ршт - плотность оттаивающего грунта, кг/м3, homm- мощность оттаявшего слоя в отсеке, /,- длина отсека, м, Clh, МПа и (р"л - значения параметров сопротивления сдвигу оттаивающего грунта

Рассмотрены три варианта откосов, сложенных однородным грунтом - глиной, суглинком и супесью Длина откоса задавалась равной 1 м при следующих значениях углов наклона а = 5, 10, 15, 30, 45° Граница оттаивания задавалась параллельной поверхности откоса Глубина оттаивания грунта откоса принята равной Ктт= 1,5м В расчетах использованы полученные из опыта прочностные характеристики оттаивающих грунтов Clh, МПа и tp°,h Для сравнения также рассчитывалась устойчивость откоса по прочностным характеристикам полностью

оттаявшего грунта Считалось, что откос сохраняет устойчивость, если вычисленное значение коэффициента устойчивости 77 больше или равно единице

Данные проведенных расчетов показали, что для всех исследованных грунтов коэффициент устойчивости для оттаивающих грунтов (7^), по сравнению с коэффициентом устойчивости для аналогичных грунтов в полностью оттаявшем состоянии (т;л), снижается для глины на 17-21%, для суглинка на 9-30%, для супесей на 15-33% (рис 5) Причем с увеличением начальной влажности отмечается увеличение отношения коэффициентов устойчивости оттаивающих грунтов к полностью оттаявших грунтов 4/11,/Пл

Рис 5 Зависимость отношения т][1к / г}1Ь от начальной влажности 1¥оЮ1, % для различных видов грунтов

Значения коэффициента устойчивости оттаивающего грунта 77,н в водонасыщенном состоянии рассчитанные по прочностным характеристикам, определенным с учетом порового давления уменьшаются для всего диапазона изменения угла наклона откоса а" (рис 6)

2,50

zoo

1,50-

2

1,00

0,50 -

0,00

0

10

20

30

40

50

a

Рис б Зависимость коэффициента устойчивое ги оттаивающего откоса т]!к от угла наклона а: 1 - без учета порового давления, 2-е учетом порового давления

Заключение

В заключении работы сформулированы основные выводы, на которых основаны

приведенные во введении защищаемые положения

1 Исследования формирования прочностных характеристик оттаивающих дисперсных грунтов при сдвиге должны выполняться с учетом изменения физических свойств и порового давления в процессе оттаивания, с учетом скорости оттаивания, времени приложения уплотняющей нагрузки Указанным требованиям отвечает предложенная в настоящей работе методика комплексных исследований, включающая определение сцепления и угла внутреннего трения на границе оттаивания и в оттаявшем грунте, осадки оттаивания и уплотнения, скорости оттаивания, порового давления

2 Минимальные значения прочностных характеристик оттаивающих грунтов формируются в условиях оттаивания без приложения нормальной нагрузки при скорости оттаивания превышающей скорость уплотнения Приложенная до начала оттаивания нормальная нагрузка увеличивает скорость консолидации, приводя к уменьшению влажности и пористости в момент полного оттаивания, что приводит к увеличению сопротивления сдвигу

3 Обобщающим параметром физических свойств дисперсных грунтов, обусловливающим сопротивление сдвигу при оггаивании может

рассматриваться степень водонасыщения, вычисленная по суммарной влажности, включающей как содержание незамерзшей воды так и льда При малой и средней степени водонасыщения в глинистых грунтах оттаивание происходит без возникновения избыточного порового давления, различия прочностных характеристик в оттаивающем и полностью оттаявшем состоянии обусловливаются значением влажности в зоне сдвига При оттаивании высокольдистого грунта на границе оттаивания формируется переувлажненный слой, в котором возникает повышенное поровое давление При этом прикладываемая нагрузка воспринимается поровой влагой и скелетом грунта Определение осадки оттаивающего грунта, предусмотренное предложенной методикой, позволяет установить изменение пористости и рассчитать перераспределение нормальной нагрузки между скелетом грунта и водой Увеличение нормальной нагрузки снижает долю порового давления, воспринимаемую водой Повышенное поровое давление поддерживается только вблизи границы оттаивания и практически полностью рассеивается в момент полного оттаивания и фильтрации влаги

4 Для всех исследуемых грунтов сопротивление сдвигу, определенное в приконтакгной зоне, примыкающей к границе оттаивания, меньше по сравнению с его величинои, полученной для условий полностью оттаявшего состояния При этом указанный вывод относится и к обеим характеристикам сопротивления сдвигу сцеплению и коэффициенту трения

5 При прогнозе устойчивости всех видов оттаивающих грунтов, как оснований сооружений, откосов насыпей и естественных склонов необходимо задавать предельные прочностные характеристики, определенные экспериментально с учетом влияния порового давления при сдвиге в приконтактной зоне примыкающей к границе оттаивания, при скорости оттаивания превышающей скорость уплотнения

Список опубликованных работ по теме диссертация: 1 Сопротивление сдвигу дисперсных грунтов на границе оттаивания // Материалы X Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых по фундаментальным наукам «Ломоносов», 2003 вып 9, М, МГУ, С 136-137

2 Влияние оттаивания замороженных вокруг тоннеля грунтов на деформации основания сооружения // Материалы третьей конференция геокриологов Сб докл — МГУ, 2005 Соавторы А Г Алексеев, Г И Бондаренко, И Н Шуганов С 39-45

3 Исследование сопротивления сдвигу оттаивающей супеси // Геотехника актуальные теоретические и практические проблемы Межвузовский тематический сборник трудов - СПбГАСУ, 2006 Соавтор Г И Бондаренко С 216-220

4 Формирование прочностных характеристик грунтов в процессе оттаивания // Вестник Московского университета Серия 4 Геология 2007 №6 (в печати)

5 Методика определения прочностных характеристик оттаивающих грунтов с учетом порового давления // Основания, фундаменты и механика грунтов 2007 (в печати)

Подписано в печать 05 04 2007 Формат 60x88 1/16 Объем 1 75 п л Тираж 100 экз Заказ № 635 Отпечатано в ООО «Соцветие красок» 119992 г Москва, Ленинские горы, д 1 Главное здание МГУ, к А-102

Содержание диссертации, кандидата геолого-минералогических наук, Царапов, Михаил Николаевич

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ИЗУЧЕННОСТИ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ОТТАИВАЮЩИХ ГРУНТОВ.

1.1. Экспериментальные и теоретические исследования деформационных свойств оттаивающих грунтов.

1.2. Состояние вопроса изученности прочностных характеристик оттаивающих грунтов при сдвиге.

Выводы.

ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРОЧНОСТНЫХ СВОЙСТВ ОТТАИВАЮЩИХ ГРУНТОВ ПРИ СДВИГЕ.

2.1. Приборы проведения испытаний.

2.1.1. Сдвиговой прибор.

2.1.2. Прибор порового давления.

2.2. Подготовка образцов.

2.2.1. Подготовка образцов для испытаний на сдвиг.

2.2.2. Подготовка образцов для измерения порового давления.

2.3. Проведение испытаний.

2.3.1. Проведение испытаний на сдвиг.

2.3.2. Проведение испытаний по измерению порового давления.

2.4. Обработка результатов.

2.5. Обоснование значений внешних факторов для определения прочностных показателей.

2.5.1. Исследования по определению задаваемой скорости оттаивания.

2.5.2. Исследования влияния времени приложения нормальной нагрузки.

Выводы.

ГЛАВА 3. ХАРАКТЕРИСТИКА ИССЛЕДУЕМЫХ ГРУНТОВ.

Выводы.

ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ФОРМИРОВАНИЯ ПРОЧНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ОТТАИВАЮЩИХ ГРУНТОВ

ПРИ СДВИГЕ.

4.1. Влияние физических свойств на формирование прочностных характеристик оттаивающих грунтов при сдвиге.

4.1.1. Влияние влажности-плотности на сопротивление сдвигу оттаивающих грунтов при сдвиге.

4.1.2. Влияние начальной влажности и пористости на сцепление и угол внутреннего трения оттаивающих дисперсных грунтов.

4.2. Влияние криогенного строения грунта на формирование прочностных характеристик оттаивающих грунтов при сдвиге.

4.3. Влияния порового давления на формирование прочностных характеристик оттаивающих грунтов при сдвиге.

4.3.1. К вопросу о поровом давлении.

4.3.2. Результаты экспериментальных исследований порового давления в оттаивающих грунтах.

Выводы.

ГЛАВА 5. РАСЧЕТ УСТОЙЧИВОСТИ ОТТАИВАЮЩИХ ОТКОСОВ ПО ПРОЧНОСТНЫМ ХАРАКТЕРИСТИКАМ ОТТАИВАЮЩИХ

ГРУНТОВ.

Выводы.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Закономерности формирования прочностных характеристик оттаивающих грунтов при сдвиге"

Актуальность. Одной из актуальнейших проблем при хозяйственном освоении районов криолитозоны является необходимость прогноза деформаций и несущей способности многолетнемерзлых пород при их оттаивании.

Исследование деформационных свойств оттаивающих грунтов, разработка методов определения характеристик, расчета осадок при оттаивании начаты в 30-е годы XX века. Накоплен огромный материал по результатам испытаний оттаивающих грунтов в полевых условиях горячими штампами на строительных площадках Петровско-Забайкальского металлургического завода, Удоканского ГОКа, Южной и Центральной Якутии, а также в лабораторных условиях для всех видов грунтов в широком диапазоне изменения их физических свойств.

Получены феноменологические зависимости, позволяющие выполнять прогноз осадок оттаивания в зависимости от льдистости, плотности, содержания незамерзшей воды, внешней нагрузки и времени ее воздействия. Выявлены закономерности влияния скорости оттаивания на величину осадки и степень консолидации оттаявших грунтов. Разработаны методы расчета осадок оттаивающих грунтов, используемых в качестве оснований зданий и сооружений, методы определения заданной глубины предпостроечного оттаивания.

Что же касается прочностных характеристик оттаивающих грунтов, то они практически не исследованы. При переходе грунтов из мерзлого в талое состояние исчезают льдоцементационные связи и формирование несущей способности оснований происходит в течение длительного процесса уплотнения и водоотдачи грунта. Для корректной оценки устойчивости откосов, несущей способности инженерных сооружений, возводимых на оттаивающих грунтах, а также для прогноза негативных естественных и техногенных мерзлотно-геологических процессов необходимо знать изменение во времени прочностных характеристик грунтов (прежде всего сопротивления сдвигу) как на границе оттаивания, так и по глубине оттаявшего слоя.

В связи с этим исследования, направленные на установление закономерностей зависимости прочностных характеристик оттаивающих грунтов от физических свойств, условий оттаивания, временного фактора, обуславливающего консолидацию, являются актуальными.

Цель и задачи исследования. Основной целью настоящей работы являлось установление закономерностей формирования предельных значений прочностных характеристик оттаивающих дисперсных грунтов при сдвиге в зависимости от физических свойств, скорости оттаивания, внешних нагрузок.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1) Разработать усовершенствованную методику лабораторных исследований формирования прочностных характеристик оттаивающих дисперсных грунтов при сдвиге, позволяющую определять данные характеристики в зависимости от физических свойств, скорости оттаивания, внешней нагрузки и порового давления.

2) Провести эксперименты по изучению сопротивления сдвигу оттаивающих дисперсных грунтов в широком диапазоне изменения их физических свойств, условий оттаивания и уплотнения с учетом порового давления.

3) По данным анализа результатов экспериментов установить закономерности формирования прочностных характеристик оттаивающих грунтов при сдвиге.

4) На основе сопоставления результатов прогноза устойчивости склонов, сложенных грунтами в оттаявшем и оттаивающем состояниях, дать рекомендации по условиям задания предельных значений прочностных характеристик.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Усовершенствована методика определения прочностных характеристик оттаивающих грунтов при сдвиге, включающая методику замера порового давления на границе оттаивания.

2. Получены предельные значения прочностных характеристик основных видов дисперсных грунтов при оттаивании в широком диапазоне изменения их физических свойств, позволяющие прогнозировать предельное состояние оттаивающих оснований сооружений и устойчивости грунтов при различных геокриологических процессах.

3. Дана оценка влияния условий оттаивания (температурного режима на поверхности оттаивающего грунта и нормального давления) на формирование сопротивления сдвигу оттаивающих грунтов и их прочностных характеристик.

4. По опытным данным измерения осадки в процессе оттаивания дана количественная оценка изменения физических свойств оттаивающих грунтов.

5. Получена закономерность влияния порового давления на сопротивление сдвигу оттаивающих грунтов.

6. Установлено снижение коэффициента устойчивости оттаивающих дисперсных грунтов при условии учета предельных прочностных характеристик, формирующихся на границе оттаивания.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Усовершенствованная методика определения прочностных свойств оттаивающих грунтов, включающая исследования порового давления.

2. Зависимости прочностных характеристик основных видов оттаивающих дисперсных грунтов от их физических свойств.

3. Закономерность формирования прочностных свойств оттаивающих грунтов в зависимости от режима тепловых и механических нагрузок в процессе оттаивания.

4. Зависимости прочностных характеристик оттаивающих грунтов от порового давления влаги и ее фильтрации в процессе оттаивания.

Практическая значимость работы. Результаты исследований могут быть использованы для расчета устойчивости оснований инженерных сооружений, для прогноза естественных и техногенных мерзлотно-геологических процессов в условиях оттаивания, а также для дальнейших научных исследований в данном направлении.

Личный вклад автора. Лично автором был собран, проанализирован и обобщен имеющийся материал по прочностным и деформационным характеристикам оттаивающих грунтов. Используя методику по определению сопротивления сдвигу при оттаивании, разработанную в НИИОСП имени Н.М. Герсеванова, как базовую, автор разработал усовершенствованную методику определения прочностных свойств основных видов дисперсных грунтов при оттаивании с учетом изменения физических, деформационных характеристик, включая исследования порового давления. Автором разработан прибор определения порового давления. Лично автором было проведено около 200 испытаний, включающих комплекс исследований механических и физических свойств основных видов дисперсных грунтов при различных режимах тепловых и механических нагрузок, выделен ряд основных факторов, влияющих на формирование сопротивления сдвигу при оттаивании. На основе опытных данных установлены закономерности формирования предельных значений прочностных характеристик грунтов на границе оттаивания с учетом порового давления.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались на 2 конференциях (на Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых по фундаментальным наукам «Ломоносов-2003» и на Третьей конференции геокриологов России, 2006), на заседании секции научно-технического совета НИИОСП им. Н.М. Герсеванова, нашли отражение в 5-ти публикациях и вошли в содержание ряда научно-технических отчетов.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы. Содержит 143 страницы машинописного текста, включающих 12 таблиц, 45 рисунков и список литературы из 118 наименований.

Заключение Диссертация по теме "Инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение", Царапов, Михаил Николаевич

133 Выводы

В главе 5 выполнено сравнение результатов расчета устойчивости откоса оттаивающей насыпи по методу наклонных сил при использовании в расчете прочностных характеристик, полученных для условий полностью оттаявших грунтов и приконтактной зоны оттаивающих грунтов. Установлено, что для всех исследованных грунтов коэффициент устойчивости для оттаивающих грунтов (77,Л), по сравнению с коэффициентом устойчивости для аналогичных грунтов в полностью оттаявшем состоянии (rjflh), снижается: для глины - на

17-21%, для суглинка - на 9-30%, для супесей - на 15-33%. Причем с увеличением начальной влажности отмечается увеличение отношения коэффициента устойчивости оттаивающих грунтов к коэффициенту устойчивости полностью оттаявших грунтов. Показано, что значения коэффициента устойчивости оттаивающего грунта ?]lh в водонасыщенном состоянии, рассчитанные по прочностным характеристикам, определенным с учетом порового давления, уменьшаются для всего диапазона изменения угла наклона откоса.

134

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Исследования формирования прочностных характеристик оттаивающих дисперсных грунтов при сдвиге должны выполняться с учетом изменения физических свойств и порового давления в процессе оттаивания, с учетом скорости оттаивания, времени приложения уплотняющей нагрузки. Указанным требованиям отвечает предложенная в настоящей работе методика комплексных исследований, включающая определение сцепления и угла внутреннего трения на границе оттаивания и в оттаявшем грунте, осадки оттаивания и уплотнения, скорости оттаивания, порового давления.

2. Минимальные значения прочностных характеристик оттаивающих грунтов формируются в условиях оттаивания без приложения нормальной нагрузки при скорости оттаивания, превышающей скорость уплотнения. Приложенная до начала оттаивания нормальная нагрузка увеличивает скорость консолидации, обусловливая уменьшение влажности и пористости в момент полного оттаивания, что приводит к увеличению сопротивления сдвигу.

3. Обобщающим параметром физических свойств дисперсных грунтов, обусловливающим сопротивление сдвигу при оттаивании, может рассматриваться степень водонасыщения, вычисленная по суммарной влажности, включающей как содержание незамерзшей воды, так и льда. При малой и средней степени водонасыщения в глинистых грунтах оттаивание происходит без возникновения избыточного порового давления, различия прочностных характеристик в оттаивающем и полностью оттаявшем состоянии обусловливаются значением влажности в зоне сдвига. При оттаивании высокольдистого грунта на границе оттаивания формируется переувлажненный слой, в котором возникает повышенное поровое давление. При этом прикладываемая нагрузка воспринимается поровой влагой и скелетом грунта. Определение осадки оттаивающего грунта, предусмотренное предложенной методикой, позволяет установить изменение пористости и рассчитать перераспределение нормальной нагрузки между скелетом грунта и водой. Увеличение нормальной нагрузки снижает долю порового давления, воспринимаемую водой. Повышенное поровое давление поддерживается только вблизи границы оттаивания и практически полностью рассеивается в момент полного оттаивания и фильтрации влаги.

4. Для всех исследуемых грунтов сопротивление сдвигу, определенное в приконтактной зоне, примыкающей к границе оттаивания, меньше по сравнению с его величиной, полученной для условий полностью оттаявшего состояния. При этом указанный вывод относится и к обеим характеристикам сопротивления сдвигу: сцеплению и коэффициенту трения.

5. При прогнозе устойчивости всех видов оттаивающих грунтов как оснований сооружений, откосов насыпей и естественных склонов необходимо задавать предельные прочностные характеристики, определенные экспериментально с учетом влияния порового давления при сдвиге в приконтактной зоне, примыкающей к границе оттаивания, при скорости оттаивания, превышающей скорость уплотнения.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата геолого-минералогических наук, Царапов, Михаил Николаевич, Москва

1. Абелев М.Ю. Строительство промышленных и гражданских сооружений на водонасыщенных грунтах. М., 1982.

2. Абуханов А.З. Механика грунтов. Учебное пособие. Ростов: Феникс, 2006. 352 с.

3. Аверочкина М.В. К вопросу о прочности грунтов при оттаивании // Основания и фундаменты зданий и сооружений на вечномерзлых грунтах. М., 1975. С. 54-56.

4. Бакулин Ф.Г., Савельев Б.А., Жуков В. Ф. Физические явления и процессы в оттаивающих грунтах // Материалы по лабораторным исследованиям мерзлых грунтов. М.: Изд-во АН СССР, 1957. С.72-83.

5. Бакулин Ф.Г. Льдистость и осадки при оттаивании многолетнемерзлых четвертичных отложений Воркутинского района. М.: Изд-во АН СССР, 1958. 96 с.

6. Бишоп А., Хенкель Д. Определение свойств грунтов в трехосных испытаниях. М.: Госстройиздат, 1961

7. Большаков С.М. Геокриологические условия района железной дороги Тайшет-Лена // Материалы УШ Всесоюзного междуведомственного совещания по геокриологии. Вып. 3. Якутск, 1966.

8. Бондаренко Г.И. О методике определения коэффициента вязкости мерзлых грунтов при сдвиге по поверхности фундамента // Сборник Трудов НИИОСП. Опыт строительства основания и фундаментов на вечномерзлых грунтах. М., 1981.

9. Бондаренко Г.И. Исследование сопротивления сдвигу и влажности сезоннооттаивающих грунтов откосов и склонов // Реология грунтов и инженерное мерзлотоведение. Изд-во "Наука", М., 1982.

10. Бондаренко Г.И. Прогнозирование деформирования откосов выемок в вечномёрзлых связных грунтах // Труды НИИОСП, вып. 77, М., 1982.

11. Бондаренко Г.И. О предотвращении оползней при прокладке магистральных трубопроводов на солифлюкционных склонах // Сб. Инженерное мерзлотоведение в гидротехнике. Изд-во Госэнергоиздат, М., 1988.

12. Бондаренко Г.И. Влияние освоения территории на устойчивость курумов // Сб. Инженерные геокриологические проблемы Забайкалья, Чита, 1987.

13. Бондаренко Г.И. Закономерности развития солифлюкции, связанные с прочностью и деформируемостью оттаивающего грунта // Материалы Первой конф. геокриологов России, 1996. С.426-435.

14. Бродская А.Г., Вотяков И.Н. Осадки при оттаивании коренных разрушенных пород района г. Мирного ЯАССР // Условия залегания и свойства многолетнемерзлых пород на территории Якутской АССР, вып.2,1960. С.118-127.

15. Водолазкин В.М., Потрашков Г Д. Особенности оттаявших глинистых грунтов и их учет при инженерной оценке оснований // Материалы секции инженерных изысканий и прогнозов устойчивости сооружений. Магадан, вып. IV, 1964. С.20-35.

16. Водолазкин В.М. Исследование процесса консолидации мерзлых грунтов при их оттаивании высокотемпературными нагревателями // СОНИИОСП, 1985. 152 с.

17. Вотяков КН. Зависимость коэффициента оттаивания и уплотнения для мерзлых грунтов от их влажности // Исследования вечной мерзлоты в Якутии. М.: Изд-во АН СССР, 1952. С. 289-303.

18. Вялое С.С. Предельное равновесие слабых грунтов, подстилаемых жестким основанием. Изд-во АН СССР, №6,1951.

19. Вялова С.С. Реологические свойства и несущая способность мерзлых грунтов. М.: Изд-во АН СССР, 1959.133 с.

20. Вялова С.С. Реологические основы механики грунтов. М.: Высшая школа, 1978.448с.

21. Голъдштейн МЛ. Деформации земляного полотна и оснований сооружений при промерзании и оттаивании. М.: Трансжелдориздат, вып. 16,1948.200с.

22. ГОСТ 30416 96. Грунты. Лабораторные испытания. Общие положения. М.: МНТКС. 1996.22 с.

23. ГОСТ 12248-96. Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости. М.: Минстрой России. 1997.109 с.

24. ГОСТ 12536 79. Грунты. Методы лабораторного определения гранулометрического (зернового) и микроагрегатного состава. М.: Госкомитете по делам строительства. 1979.24 с.

25. ГОСТ 20522 75. Грунты. Метод статистической обработки результатов определений характеристик. М.: Госкомитет по делам строительства, 1975.13 с.

26. ГОСТ 25100 95. Грунты. Классификация. М.: Госкомитет по делам строительства, 1995. 30 с.

27. ГОСТ 5180 84. Грунты. Методы лабораторного определения физических свойств. М.: Госкомитет по делам строительства. 1984.17 с.

28. Гречищев С.Е. Ползучесть мерзлых грунтов при сложном напряженном состоянии. М.: Изд-во АН СССР, 1963. с. 55-124.

29. Гречищев С.Е. Особенности механики устойчивости оттаивающих склонов в районах криолитозоны // Криосфера Земли,2002, т.VI, №4, с.49-53.

30. Грунтоведение. Под ред. Трофимова В.Т. 6-ое издание, переработанное и дополненное. М.: Изд-во МГУ, 2005. 1024 с.

31. Денисов Н.Я. Принцип эффективных напряжений и устойчивость глинистых грунтов // Основания, фундаменты и механика грунтов, №2, 1963. С. 5-8.

32. Евдокимова П.Д., Зауербрея И.И. Влияние замораживания и оттаивания моренного суглинка на его строительные свойства //Гидротехническое строительство, 1950. №2. С. 26 29.

33. Ершов Э.Д., ЛебеденкоЮ.П., Язынин О.М., Петров B.C. Структурообразование и деформирование пород при промерзании и оттаивании // Сб. Мерзлотные исследования, вып. XXI. М.: Изд-во МГУ, 1983.

34. Ершов Э.Д. Деформации и напряжения в промерзающих и оттаивающих породах. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1985.167с.

35. Ершов Э.Д., Лебеденко Ю.П., Чувилин Е.М., Язынин О.М. Микстроение мерзлых грунтов. М.: Изд-во МГУ, 1988.183с.

36. Жигарев JT.A., Каплина Т.Н. Солифлюкционные формы рельефа на Северо-Востоке СССР. Тр.ин-та мерзлотоведения им.В.А.Обручёва, т.ХУП, изд.АН СССР, 1960.

37. Жигарев А.А. Условия и причины развития солифлюкции // Материалы научно-технической конференции. М.,1965.

38. Жигарев JI.A. Причины и механизм развития солифлюкции. М.: Наука, 1967.

39. Жиленков В.Н., Шевченко Н.И., Петров A.M. Экспериментальные исследования фильтрационно-суффозионных свойств глинистых грунтов после их оттаивания // Матер. Конф. и совещаний по гидротехнике. Л.: Изд-во ВНИИГ, 1987. С.163-167.

40. Жиленков В.Н. Усовершенствованная методика определения фильтрационных свойств грунтов, подвергшихся промораживанию и оттаиванию // Геоэкология. Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология. Вып. №4,2001. С. 35-38.

41. Жуков В.Ф. Расчет осадки протаивающего слоя горной породы с учетом нагрузки // Сборник статей по инженерному мерзлотоведению. М.: Изд-во АН СССР, 1954. С.60-63.

42. Жуков В.Ф. О допустимых осадках фундаментов сооружений. Строительная промышленность, вып.2, 1955. С. 20-22.

43. Жуков В.Ф. Предпостроечное оттаивание многолетнемерзлых пород при возведении на них сооружений. М.: Изд-во АН СССР, 1958.148 с.

44. Зарецкий Ю.К. Теория консолидации грунтов. М.: Изд-во Наука, 1967. 270 с.

45. Зарецкий Ю.К. Вязкопластичность грунтов и расчеты сооружений. М.: Стройиздат, 1988.347с.

46. Захаров Н.К. Исследования сопротивления грунтов сдвигу при оттаивании: Автореф. дис. канд. геол.-мин. наук. Л., 1951.12 с.

47. Захаров Н.К. К вопросу сопротивления грунтов сдвигу при оттаивании //Железнодорожное строительство- 1953. №4. - С. 29 - 30.

48. Иванов П.Л. Грунты и основания гидротехнических сооружений / Учебное пособие. М.: Высшая школа, 1985. 352 с.

49. Каган А.А., Кривоногова Н.Ф. Многолетнемерзлые скальные основания сооружений. Д.: Стройиздат, 1978.208 с.

50. Катина Т.Н. Криогенные склоновые процессы. М.: Наука, 1965. 296 с.

51. Карлов В. Д. Геокриологическое обеспечение технологических решений при устройстве оснований, фундаментов и реконструкций сооружений в зимних условиях // РОМГиФ, Санкт-Петербург, №3, 2000, с. 24-34.

52. Киселев М.Ф. Способ определения относительного сжатия мерзлых грунтов при оттаивании их под нагрузками по простейшим физическим свойствам, 1952 // Деформации оснований при промерзании и оттаивании грунтов. М.: Госстройиздат. 1952.

53. Кузеняткин А.И. Исследование деформационных и прочностных характеристик оттаивающих крупнообломочных и выветрелых скальных грунтов // Сб. НИИОСП, вып. 91,1990. с. 65-75.

54. Лапкш Г.И. Определение осадок вечномерзлых грунтов при оттаивании под сооружениями // Бюл. Союзтранспроекта, 1939.

55. Лейбман М.О. Криолитологические особенности сезонноталого слоя на склонах в связи с процессом криогенного оползания. "Криосфера Земли", №2, т.1, 1997.

56. Максимова JI.H., Минайлов Г.П. Зависимость многолетней динамики сезонного протаивания грунтов от изменений их предзимней влажности //Мерзлотные исследования: Сб. статей. МГУ, 1973. Вып. XIII. С. 110 — 115.

57. Малышев М.В. Расчет осадки фундаментов на оттаивающем грунте // Основания, фундаменты и механика грунтов, 1966, №4.С.20-24.

58. Маслов Н.Н. Основы механики грунтов и инженерной геологии. М.: Изд-во Высшая школа, 1968. 629 с.

59. Михайлов Г.Д., Бредюк Г.П. Сопротивление сдвигу глинистых грунтов в процессе их оттаивания (по результатам лабораторных и полевых исследований) // Материалы VIII Всесоюз. совещ. по геокриологии. Якутск, 1965, вып. 5. С. 51-60.

60. Михайлов Г.Д. Методика определения сопротивления сдвигу сезонномерзлых глинистых грунтов земполотна при их оттаивании // Тр. IV совещ. По обмену опытом строительства в суровых климатических условиях. Воркута, 1966. С.27-31.

61. Михин Н.М. Трение в условиях пластического контакта. М.: Наука, 1968. 104 с.

62. Новиков Ф.Я. Об устойчивости откосов выемок в вечномерзлых дисперсных грунтах //Реология грунтов и инженерное мерзлотоведение. -М., 1982. С. 161-169.

63. Пахомова Г.М. Осадки оттаивающих грунтов в процессе консолидации: Автореферат дис. канд. геол-мин. наук. М., 1980.

64. Пономарев В.Д. Эспериментальные исследования напряженно-деформированного состояния оттаивающих оснований // Материалы VIII Всесоюз. Совещ. по геокриологии. Якутск, 1966. С. 37-50.

65. Порхаев Г.В., Цветкова С.Г. К вопросу об экспериментальных методах определения осадки многолетнемерзлых дисперсных грунтов при оттаивании // Сборник статей по инженерному мерзлотоведению. М.: Изд-во АН СССР, 1958. С. 64-69.

66. Порхаев Г.В. Некоторые данные о коэффициенте фильтрации оттаявших грунтов // Исследования по физике и механике мерзлых грунтов. М.: Изд-во АН СССР, 1961.

67. Порхаев Г.В. Исследование и расчет оттаивания, осадки, порового давления и устойчивости оттаивающего основания правобережной плотины Хантайской ГЭС // НИИ ОСП, М., 1970.134 с.

68. Потрашков Т.П., Хрусталев JI.H. О влиянии текстуры оттаявших глинистых грунтов на их прочность и фильтрационные свойства. Изд-во СО АН СССР, 1961.

69. Пчелинцев A.M. Прогноз осадки при оттаивании вечномерзлых грунтов // Труды Игарской мерзлотной станции. М.: Изд-во АН СССР, 1954. С.7-21.

70. Пчелинцев A.M. Строение и физико-механические свойства мерзлых грунтов. М.: Наука, 1964.260 с.

71. Рекомендации по определению, теплофизических и механических характеристик мерзлых грунтов. М., 1973.

72. Роман JI.T. Механика мерзлых грунтов. М.: МАИК "Наука / Интерпериодика", 2002. 426 с.

73. Рябчун В.К. Механика вязкой солифлюкции // Труды Сев.-Вост. Комплксного института ДВНЦ. Вып. 74. Изд-во АН СССР, 1976.

74. Савельев B.C. Деформации сооружений на склонах в районах вечной мерзлоты // Материалы совещания по обмену опытом строительства на вечномерзлых грунтах. Магадан, 1964.

75. Савельев B.C. Деформации дорожных насыпей на Чукотке // Журнал "Колыма", №1, Магадан, 1965.

76. Савельев B.C. Прогноз устойчивости оттаивающих склонов // Труды НИИОСП, выпуск №81, М., 1986.

77. Савельев B.C. Солифлюкция- агент денудации. В книге "Перигляциальные процессы", Магадан, 1971.

78. Савельев B.C. Элементы расчёта криосолифлюкционных процессов. В сб. "Рельеф Земли и математика". М., изд-во "Мысль", 1967.

79. Симанчук И.Б. Методика и прибор для испытания грунтов на сдвиг // Труды совещания по инженерно-геологическим свойствам горных пород. М.: Изд-во АН СССР, 1956.

80. СНиП 2.02.01-83 Основания зданий и сооружений. М.: Стройиздат, 1985. 39с.

81. СНиП 2.02.04.-88 Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах. М.: Госстрой СССР, 1990. 52с.

82. Тер-Мартиросян З.Г. Механика грунтов // Учебное пособие. М.: Издательство Ассоциации строительных вузов, 2005. 448с.

83. Терцаги К. Теория механики грунтов, Госстройиздат, 1961.

84. Титов В.П. Исследование деформаций откосов жел.дор.выемок, связанных с сезонным оттаиванием-промерзанием грунтов // Автореф.канд.диссерт., М., 1959.

85. Ушкалов В.П. Исследование работы протаивающих оснований и их расчет по предельным деформациям сооружений. М.: Изд-во АН СССР, 1962. 220 с.

86. Ушкалов В.П. Основные закономерности сжимаемости оттаивающих и оттаявших под давлением грунтов // Материалы VIII Всесоюз. Совещ. по геокриологии. Якутск, 1966. С. 226-237.

87. Федосов А.Е. Физико-механические процессы в грунтах при их промерзании и оттаивании. М.: Трансжелдориздат, 1935. 48 с.

88. Фельдман Г.М. Решение одномерной задачи консолидации оттаивающих грунтов с учетом переменной проницаемости и сжимаемости // Материалы VIII Всесоюз. совещ. по геокриологии. Якутск, 1966, вып. 5. С. 185-191.

89. Фурсов В.В. Исследование влияния промораживания и оттаивания грунтов на их физико-механические свойства //Исследования по строительным конструкциям и фундаментам. Томск: из-во Томского университета, 1979. С. 214-217.

90. Хрусталев JI.H. Фильтрационные свойства сезоннооттаивающих глиистых грунтов района Воркуты // Материалы к основам изучения о мерзлых зонах земной коры. М.: Изд-во АН СССР, 1961. С.157-163.

91. Хрусталев JI.H. Водопроницаемость глинистых грунтов слоя сезонного промерзания-оттаивания в условиях естественного залегания // Труды СО Института мерзлотоведения. Изд-во АН СССР, вып. 2,1962.

92. Хрусталев JI.H. Основы геотехники в криолитозоне. М.: Изд-во МГУ, 2005. 542 с.

93. Цытович Н.А., Сумгин МЯ.Основания механики мерзлых грунтов. Л.: Изд-во АН СССР, 1937. 432 с

94. Цытович Н.А. Некоторые механические свойства вечномерзлых грунтов Якутии. // Труды Комитета по изучению вечной мерзлоты. М.: Изд-во АН СССР, т.Х, 1940, С.109-136.

95. Цытович Н.А. К расчету осадок фундаментов на оттаивающих грунтах // Труды ЛИСИ, вып. 3,1941.

96. Цытович Н.А. Расчет осадок фундаментов. Стройиздат, 1941.

97. Цытович Н.А. Принципы механики мерзлых грунтов. М.: Изд-во АН СССР, 1952. 168с.

98. Цытович Н.А., Григорьева В.Г., Зарецкий Ю.К., Малышев М.В. Прогноз осадок оттаивающих грунтов во времени // Строительство на вечномерзлых грунтах. Красноярск, 1968. С.31-51.

99. Цытович Н.А. Механика мерзлых грунтов. М.: Высшая школа, 1973. 446 с.

100. Цытович Н.А. Механика грунтов. М.: Высшая школа, 1983.288 с.

101. Чеверев В.Г. Природа криогенных свойств грунтов. М.: Научный мир, 2004. 234с.

102. Шестернев Д.М. Криогенные процессы Забайкалья // Ин-т мерзлотоведения СО РАН. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2005. 262 с.

103. Шушерина Е.П. Изменение физико-механических свойств грунтов под действием промерзания и последующего оттаивания // Автореф. дис. канд. геол.-минерал. наук. Д., 1955.15 с.

104. Шушерина Е.П. Изменение физико-механических свойств грунтов в результате их промерзания и последующего оттаивания // Материалы лаборат.исследов.мёрзлых грунтов. Сб.З, М.: Изд-во АН СССР, 1957.

105. Шушерина Е.П. Исследование физико-механических свойств грунтов по действием промерзания и последующего оттаивания // VII межведомственное совещание по мерзлотоведению: Материалы по физике и механике мерзлых грунтов. М.: Изд-во АН СССР, 1959. С.64-71.

106. Gibson R.E., Henkel D.J. Influence of duration of tests at constant rate of strain on measured "drained" strength, Geotechnique, 1954. p.6-15.

107. McRoberts E.C., Morgenstern N.R. The stability of thawing slopes. Can. Geotech. J., vol.11,1974.

108. Nixon J.F., Morgenstern N.R. Practical to a theory of consolidation for thawing soil. In: Permafrost. 2nd Int. Conf. On Permafrost. Yakutsk, 1973, Washington, D.C., 1973.

109. Rapp A., Stromguist L. Field experiments of mass movements in the Scandinavian mountains with special reference to Karkevagge Swedish Lappland. Stud. Geomorphol. Carpatho-Balcan., 1979.

110. Thomson S. и Lobacz E.F. Shear strength at a thaw interface // National academy of sciences, Washington, 1973. p.419-426.

111. Tukada К. и Ogawa S. Failure criterion of unsaturated soils subjected to freezing and thawing //Ground freezing, 1997. p.327-332.

112. Zhiguan T. In-situ direct shear tests at the freeze/thaw interface in thawed soils //Lanzhou. Chine, 1980. p.1278-1282.