Реферат на тему плывуны

Обновлено: 07.07.2024

Основной причиной проявления у пород плывунных свойств является гидродинамическое давление поровой воды, которое создается в результате перепада давления фунтовых вод при вскрытии котлована (траншей и т. п.)

В плывунном состоянии породы утрачивают всякие структурные связи. Частицы переходят во взвешенное положение, т.е. по существу, плывуны имеют в этот момент плотность некоей вязкой жидкости

Плывуны, находящиеся в покое, слабо отдают воду и маловодопроницаемы

Плывуны разделяют на ложные (псевдоплывуны) и истинные

Ложные плывуны — это породы, не имеющие структурных связей, обычно в виде различных песков. Переход в плывунное состояние происходит под действием высокого гидродинамического давления потока подземных вод. Частицы породы находятся во взвешенном состоянии. Трение между ними сводится к нулю. Пески этого вида плывунов очень легко оплывают. Вода светлая или слабо мутная. Взвешивающее действие воды при определенных условиях проявляется также в песках некоторых морских побережий, образуя так называемые зыбучие пески. Характерной особенностью ложных плывунов является довольно легкая отдача ими воды. При высыхании они образуют рыхлую или слабо сцементированную массу

В строительной практике важно определить способность породы переходить в плывунное состояние и вид плывуна. Это можно сделать по ряду внешних признаков и на основе лабораторных анализов

Плывуны осложняют строительство. Они создают большие трудности в проходке строительных выработок, стремясь заполнить выработанное пространство. При условии замкнутого пространства плывуны могут быть надежными основаниями, но создать такой контур трудно. Возможно выпирание плывунов из-под фундаментов, что вызывает оползни, провалы поверхности, деформацию зданий и сооружений. Открытый водоотлив из котлованов опасен проявлением суффозии на окружающей территории. Опасна подрезка склона, дающая выход плывунам. Плывуны очень чувствительны к вибрации и динамическим ударам, даже на значительно удаленных расстояниях от места возмущения

Борьба с плывунами сложна и не всегда принятые меры дают желаемые результаты. В таких случаях приходится отказыватьсяот устройств котлованов и применять свайный вариант фундаментов или подошву фундамента не доводить до слоя плывунных пород. В выборе метода борьбы важнейшее значение имеет вид плывуна.

Все способы борьбы с плывунами можно разделить на 3 группы:

· искусственное осушение плывунных пород в период строительства (открытая откачка воды из котлованов, иглофильтры и др.);

· ограждение плывунов путем создания шпунтовых стен (рис. 164);

· закрепление плывунов путем изменения их физических свойств (силикатизация, цементация, замораживание и т. д.).

Для ложных плывунов применимы все способы борьбы. В борьбе с истинными плывунами можно использовать ограждение, замораживание и электрохимическое закрепление. При проходке подземных выработок используют повышенное давление, уравновешивающее давление воды плывуна.

Строительный котлован от плывуна можно оградить шпунтовой крепью, задача которой — прорезать слой плывунной породы и принять на себя ее давление.

Замораживание плывунов является временным и ненадежным мероприятием. Для этого используют или морозное время года, или специальные холодильные установки. В зимнее время проходку котлованов проводят поэтапно, после каждого периода промораживания грунта на глубину 20—30 см. Искусственное замораживание осуществляют вокруг котлована путем циркуляции в скважинах раствора СаС1₂, охлажденного до — 20—40 °С. Это создает вокруг котлована зону замороженного водопроницаемого грунта

Силикатизация — нагнетание в плывуны жидкого стекла. Это возможно при достаточно высокой водопроницаемости плывунов. Силикатизация требует больших затрат, но весьма эффективна

45. Лёсс. Его состав, структура, текстура и свойства. Распространение лёссовых отложений

Лессовые породы относятся к числу очень распространенных пород, которые встречаются на всех континентах, но особенно широко в Европе, Азии и Америке.Они лежат почти сплошным покровом на большей части Украины, на юге Европейской части России, широко распространены в Средней Азии, Закавказье, Западной Сибири, слагают значительные массивы в Беларуси, Якутии и многих других районах

Лессовые породы представлены суглинками, реже — супесями. Среди них различают лесс (первичное образование) и лессовидные суглинки (переотложенные первичные образования). Для лессов типична однородность. Лессовидные суглинки обычно слоисты и могут содержать обломки различных пород

Лессовые породы — это полиминеральные образования. В состав крупных фракций входит до 50 наименований минералов. Главная роль отведена кварцу и полевым шпатам, затем следуют карбонаты, слюды, гипс и другие минералы.

По гранулометрическому составу лессовые породы характеризуются значительным разнообразием. Они включают различные разности по крупности, начиная от пылеватых песков до лессовидных глин.

Лессовые грунты бывают палевой, палево-желтой или желто-бурой окраски. Для них характерны следующие особенности: способность сохранять вертикальные откосы в сухом состоянии, быстро размокать в воде, высокая пылеватость, невысокая природная влажность пористая структура с сетью крупных и мелких пор, высокая карбонатность, засоление легководорастворимыми солями

В лессовых толщах природная влажность распределяется довольно закономерно. У поверхности располагается зона сезонных колебаний влажности, ниже — зона относительно постоянной влажности и далее влажность изменяется в сторону увеличения или уменьшения, что зависит от характера подстилающих пород. При водоупорах природная влажность нарастает и переходит в грунтовую воду. При водопроницаемых породах природная влажность изменяется мало или даже с глубиной понижается

Изменение влажности лессовых грунтов по сезонам года серьезно сказывается на основных строительных свойствах — сжимаемости, просадочности и сопротивлении сдвигу

Среди лессовых пород по характеру влияния на них увлажнения различают: набухающие, непросадочные, просадочные

Набухающие лессовые породы встречаются редко. Обычно эти плотные и наиболее глинистые разновидности с содержанием в составе фракции менее 0,005 мм гидрофильных минералов типа монтмориллонита.

Непросадочные лессовые породы при замачивании и приложении нагрузок просадочных свойств не проявляют. Такие породы свойственны пониженным частям рельефа и наиболее северным районам распространения лессовых отложений. Непросадочными также являются нижние части лессовых толщ и участки, ранее претерпевшие значительное обводнение

46. Просадочные явления в лёссовых породах

Просадочностъ — явление, характерное для многих лессовых пород. Просадка связана с воздействием воды на структуру пород с последующим ее разрушением и уплотнением под весом самой породы или при суммарном давлении собственного веса и веса объекта. Уплотнение пород приводит к опусканию поверхности земли в местах замачивания водой. Форма опускания зависит от особенностей источника замачивания. При точечных источниках (прорыв водопроводной сети, канализации и т. д.) образуются блюдцеобразные понижения. Инфильтрация воды через траншеи и каналы приводит к продольным оседаниям поверхности. Площадные источники замачивания, в том числе и при поднятии уровня подземных вод, приводят к понижению поверхности на значительных территориях

Вследствие опускания поверхности земли здания и сооружения претерпевают деформации, характер и размер которых определяется величинами просадок. Величина оседания поверхности (величина просадки) может быть различной и колеблется от нескольких до десятков сантиметров, что зависит от особенностей замачивания толщи. временном приложении к ней нагрузки от объекта. Такие породы относят к I типу по проса- дочности, другие лессовые породы разрушаются уже при водонасьпцении только под собственным весом. Это породы II типа по просадочности .

В лессовых толщах просадочными свойствами обладает только их верхняя часть. Мощность слоя просадочных пород колеблется от 1 до 30 м (иногда больше). Для пород I типа эта величина в основном составляет 8—10 м. Просадочные породы до глубины 10—25 м типичны для II типа. Просадочные свойства с глубиной снижаются и постепенно переходят в непросадочные.

В полевых условиях величину просадки определяют методом штампа, который размещают на глубине подошвы будущего фундамента и передают на него необходимое давление и замачивают породу. Такого типа определения дают наиболее точные результаты

Строительство на лессовых просадочных породах.В состоянии природной влажности и ненарушенной структуры лессовые породы являются достаточно устойчивым основанием. Однако если существует потенциальная возможность проявления просадки и это приводит к деформациям зданий и сооружений, требуется осуществление различного рода мероприятий.

В настоящее время применяют комплекс методов. Это связано с многообразием свойств лессовых грунтов. Ни один из методов не может считаться универсальным. Современные способы строительства на лессовых породах позволяют успешно противодействовать возникновению просадочных явлений, особенно в породах I типа. Наибольший эффект борьбы с просадочностью достигается при комбинировании 2—3 различных мероприятий.

Выбор мероприятий производят на основе технико-экономического анализа, в число факторов которого входят:

· мощность просадочных пород и величина просадки;

· конструктивные особенности зданий и сооружений

Все методы подразделяют на три группы: 1) водозащитные; 2) конструктивные; 3) устраняющие просадочные свойства пород.

Водозащитные мероприятия предусматривают планировку строительных площадок для отвода поверхностных вод, гидроизоляцию поверхности земли, предохранение зданий от утечек воды из водопроводов, устройство водонепроницаемых полов, покрытий, отмосток и т.д.

Конструктивные мероприятия рассчитаны на приспособление объектов к возможным неравномерным осадкам, повышение жесткости стен и прочности стыков, армирование зданий поясами, применение свайных, а также уширенных фундаментов.

Методы воздействия:

Механические методы преобразуют породы либо с поверхности, либо в глубине толщ. Поверхностное уплотнение производят трамбовкой , замачиванием под своим весом или весом сооружения. В глубине толщ уплотнение производят с помощью грунтовых свай (песчаных, известняковых), взрывов в скважинах, замачиванием через скважины с последующим взрывом под водой и т. д. Находят применение также песчаные и грунтовые подушки, грунто-цементные опоры

К физико-химическим способам относят: обжиг грунтов через скважины, силикатизацию, пропитку цементными и глинистыми растворами, обработку различными солями, укрепление органическими веществами (битум, смолы и др.)

Определения понятия плывунов, как пород приходящих в движение и оплывающих при сотрясении или вскрытии их строительными и другими выработками. Специальные методы ведения строительных работ и инженерных мероприятий для обеспечения устойчивости сооружений.

Рубрика	Геология, гидрология и геодезия
Вид	статья
Язык	русский
Дата добавления	12.11.2015
Размер файла	74,9 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Особености пород плывунов в инженерной геологии

В инженерной геологии к плывунам относят водонасыщенные тонко-, мелкозернистые пески и пылеватые суглинистые грунты, часто содержащие органическое вещество, переходящие в движение и оплывающие, особенно при сотрясении, при вскрытии их строительными и другими выработками.

Наиболее выраженной плывунностью обладают дисперсные породы, содержащие примесь органического материала, тиксотропные, относительно слабофильтрующие и испытывающие гидродинамическое давление.

Их оплывание может происходить как медленно, толстым слоем, так и быстро и даже катастрофически быстро, в виде прорыва, как только их вскрывают или подрабатывают, так что оставленный целик пород не в состоянии удержать их напора. При этом нарушается устойчивость вмещающих их пород, склонов, откосов, оползней, подземных выработок, сооружений, что представляет большую опасность при производстве строительных и горных работ.

Плывуны -- это слабые, неустойчивые породы, требующие применения специальных методов ведения строительных и горных работ и инженерных мероприятий для обеспечения устойчивости сооружений. По инженерно-геологической классификации горных пород истинные плывуны относятся к пятой группе, т. е. к породам особого состава, состояния и свойств.

Карл Терцаги определил понятие слабых грунтов: это такие грунты, модуль деформации которых не превышает 5 Мпа (50 кг/см 2 ). К слабым грунтам относятся:

- лессовидные грунты в замоченном состоянии; - заторфованные грунты и торфы;

- плывуны; - сильно обводненные глинистые отложения; - илы и илистые грунты;

- насыпные грунты; - засоленные грунты; - оттаявшие мерзлые грунты.

Плывуны распространены среди четвертичных и коренных пород, на глубинах от 2-3 до 100 и более метров и генетически связаны с субаквальными отложениями различного происхождения. Залегают в виде слоев, линз или залежей неправильной формы мощностью до 3-4 м и более, простирающихся на десятки и сотни метров. Встречаются в долинах Днепра, Волги, Дона, Камы, Амударьи, в северо-западных районах Русской равнины и др. среди озерных, ледниково-озерных, озерно-болотных, флювиогляциальных, аллювиальных, моренных и морских отложений.

Геоморфологически плывуны в четвертичных отложениях наиболее часто связаны с речными долинами, аллювиальными и приморскими равнинами, а в коренных породах -- с осадочным чехлом платформ.

Характерные признаки плывунов. В естественном состоянии имеют серый цвет темных или светлых оттенков, в зависимости от содержания примесей; на воздухе становятся более светлыми, желтоватыми, охристыми.

Кусок плывуна естественного состояния выглядит как влажная порода с затхлым запахом, матовой поверхностью, с которой вода не стекает благодаря большой влагоемкости и малой водоотдаче. При встряхивании образец покрывается каплями и пленками воды, выступающей изнутри, и поверхность его становится блестящей.

При вскрытии выработками плывуны начинают течь как вязкая жидкость медленно или быстро в зависимости от величины напряженного состояния. Если оно обусловлено только собственным весом плывуна, то он оплывает медленно, а если гидростатическими и гидродинамическими силами большой величины - быстро, образуя прорыв.

Плывуны трудно разрабатываются. При проходке скважинами образуются пробки высотой до 10-15 м выше забоя, что связано с возникающей разностью напора в породе и затрубном пространстве скважины и внутри ее. Пробки затрудняют бурение и приводят к авариям. Плывуны надо проходить быстро, без остановок, с соблюдением определенных правил; обычно проходят желонкой, из которой его выливают на поверхность.

Для них характерна склонность к тиксотропным превращениям, т. е. разжижаться при сотрясении и вибрации и после прекращения воздействий вновь самопроизвольно восстанавливать свое первоначальное состояние. При высыхании он образует ломкие плитки.

Состав и физико-механические свойства плывунов. В грансоставе проявляется статистическое распределение частиц по размеру, с преобладанием тонко- (0,1-0,05 мм) или мелкозернистых (0,25-0,1 мм) фракций, в сумме составляя основную массу породы (табл.1).

Таблица 1. Гранулометрический состав плывунов

0,5 мм) составляют следы.

Минеральный состав тонкодисперсной части состоит из гидрослюд, каолинита, монтмориллонита, глауконита, окислов кремнезема, глинозема и железа. Более грубозернистая часть состоит из зерен кварца, слюд, цветных минералов.

Физические и водные свойства: пониженная плотность, повышенные пористость и влагоёмкость, малые или очень малые водопроницаемость и водоотдача.

Плывунность проявляется при предельном разрушении структуры и освобождении иммобилизованной в порах воды.

Выделяются три типа структур плывунов:

- стабилизационные пластифицированные, с прочностью (напряжением сдвига) Р от 1 до 6 г/см 2 и лавинообразным разрушением;

- рыхлые коагуляционные, при отношении влажности к пределу текучести w/w_f = l,4--0,8 и

- синеретически уплотненные с w/w_f = 0,5--0,4.

Предельное напряжение сдвига у типичных плывунов до 50 г/см 2 .

Математическая модель плывуна разработана К. Терцаги и Герсевановым по принципу фильтрационной консолидации.

Природа плывунности плывунов. К. Терцаги (1933г.) плывунность песков объяснял исключительно действием на них гидродинамического давления. II. Н. Маслов (1959, 1968, 1971 гг.) показал, что плывунность свойственна только таким пескам, в которых силы внутреннего трения не находят своего проявления, а силы связности либо отсутствуют, либо незначительны.

Истинные (типичные) плывуны имеют характерный состав, предопределяющий их повышенную гидрофильность и склонность к подвижкам (текучести) под воздействием даже ничтожно малых сил, которыми могут быть силы тяжести, гидростатического взвешивания и гидродинамического давления. На рис.1а показана схема распределения напряжений в водонасыщенной песчаной породе -- плывуне. Полное напряжение на глубине Н₁ + z от уровня воды в цилиндре равно

и слагается из веса столба воды и = (Н₁ + z)y_в, порового давления, передающегося на поровую воду, и веса слоя гидростатически взвешенной (облегченной) породы = z т. е. эффективного напряжения, передающегося на скелет породы (=). Если поровое давление равно атмосферному, его называют нулевым.

устойчивость строительный инженерный

Рис.1. Распределение напряжений в водонасыщениой песчаной породе-плывуне.

-- эффективное напряжение; и -- поровое давление.

В гидрофильной породе, где силы взаимодействия между частицами ослаблены физически связной водой, уменьшение эффективного напряжения при гидростатическом взвешивании еще больше его ослабляет, в результате чего снижается устойчивость породы в целом и она становится более склонной к оплыванию. При вскрытии она начнет плыть даже под действием собственной массы, как вязкая жидкость, т. к. сразу же в откосе (забое) возникнет сдвигающее усилие. Кроме того, в поровой воде возникает поровое давление, не равное нулю, и сдвигающая составляющая силы тяжести увеличивается на величину гидродинамического давления. В этом состоит причина плывунности плывунов. На видно, что Если уровень воды в пьезометрической трубке повысить на величину h (рис. 1 б), то начнется движение воды снизу вверх и в плывуне возникнет гидродинамическое давление

которое уменьшит эффективное напряжение на величину D_гд = z - D_гд и еще больше снизит устойчивость породы. Если D_гд достигнет величины z, эффективное напряжение будет равно нулю. Напорный градиент / = (Н₁ + z + h)/z в этом случае будет критическим /_кр, т. к. при таких гидравлических условиях порода разрыхляется и начинает плыть, а в скважинах поднимается вверх от забоя и образует пробки. Скорость процесса зависит от величины D_гд (напорного градиента). Если градиент велик, плывун плывет с большой скоростью, образуя в прорыв: когда гидродинамическое давление в соотношении действующих на породу сил превалирует, то именно оно является главной действующей силой, приводящей ее в плывунное состояние.

На снижение сопротивления сдвигу водонасыщенных песков и переход их в плывунное состояние влияют микроорганизмы (В.В. Радина), выделяющие газопродукты, которые создают избыточное поровое давление и являются энергетическим фактором плывунности породы.

Природа плывунности плывунов связана с действием гравитационных, гидростатических и гидродинамических сил на гидрофильную породу с ослабленными внутренними силами взаимодействия между частицами -- на песчаную породу с малой прочностью (сопротивлением сдвигу). Доминирующая роль сил может изменяться в зависимости от геологического строения: условий залегания плывуна и условий его вскрытия.

Задачи строительства связаны с оценкой: 1) условий строительства на плывунах, использования их в качестве оснований с проектированием фундаментов сооружений; 2) условий строительства в плывунах, с необходимостью их разрабатывать и сооружать в них глубокие выемки, карьеры, подземные туннели.

Условия строительства должны быть обоснованы инженерно-геологическими данными:

- глубина и условия залегания (мощная толща, пласт, линза, залежь неправильной формы и т. д.), мощность, распространение по простиранию; состав и состояние вмещающих пород; условия залегания перекрывающих и подстилающих пород;

- геоморфология участка распространения плывунов (обнажение по склонам и откосам поверхности рельефа, в оврагах, размывах, признаки или возможности их выплывания, выдавливания и т. д.);

- состав и физико-механические свойства плывунов (плотность, степень выраженности тиксотропии, водоотдача и водопроницаемость, сопротивление сдвигу и деформируемость при естественном залегании) и перекрывающих и подстилающих пород;

- гидрогеологические особенности плывунов, глубину залегания уровня подземных вод, напор и направление уклонов поверхности подземных вод и пьезометрической поверхности;

- возможность и оценка эффективности методов осушения плывунной толщи, ее закрепления инъекциями силикатных растворов и замораживанием; изменения в результате этих мероприятий механических и фильтрационных свойств.

Плывуны могут служить основанием фундаментов сооружений в естественном состоянии или после их предварительного искусственного уплотнения и укрепления, т. е. как основание искусственное.

При неглубоком залегании плывунов и небольшой мощности фундаменты закладывают на подстилающих более плотных и устойчивых породах или на щебенистых, гравелистых подушках, принимают меры по предупреждению вытекания плывуна в котлованы (шпунтовое ограждение); обеспечивают жесткость сооружений (армированные пояса, осадочные швы и др.) и их сопротивляемость возможным повышенным и неравномерным осадкам.

При строительстве в плывунах применяют специальные способы проходки:

- с помощью ограждающих крепей, опережающих забой, что сопровождается водоотливом и понижением уровня подземных вод по контуру выработки;

- этажная система водопонижения с помощью иглофильтров, снижающих гидродинамическое давление;

- предварительное замораживание пород до температуры -20°С;

- проходческие щиты со сжатым воздухом, отжимающим воду от забоя.

Для искусственного улучшения свойств плывунов используют двухрастворную силикатизацию и электроосмотическое осушение; виброуплотнение.

Меры устранения плывунности и борьбы с ней обусловлены геологическим строением, гидродинамической обстановкой, видом объекта и методом строительства.

Природа плывунности плывунов. К. Терцаги (33г.) плывунность песков объясня действием на них гидродинамического давления. Н. Маслов (59-71): плывунность свойственна только таким пескам, в которых силы внутреннего трения не находят своего проявления, а силы связности либо отсутствуют, либо незначительны.

Истинные (типичные) плывуны имеют характерный состав, предопределяющий их повышенную гидрофильность и склонность к подвижкам (текучести) под воздействием даже ничтожно малых сил, которыми могут быть силы тяжести, гидростатического взвешивания и гидродинамического давления. На рис.5 - схема распределения напряжений в водонасыщенной песчаной породе -- плывуне. Полное напряжение на глубине Н₁ + z от уровня воды в цилиндре равно u

Подобные документы

Обоснование роли инженерной геологии для строительства железных дорог и их эксплуатации. Анализ физико-механических свойств горных пород, необходимых для проектирования и строительства. Методы определения абсолютного и относительного возраста пород.

контрольная работа [1,8 M], добавлен 26.04.2010

Основные этапы развития инженерной геологии как науки. Особенности определения абсолютного возраста горных пород. Ключевые методы борьбы с подвижными песками. Анализ строительства в районе вечной мерзлоты. Способы определения притока воды к водозаборам.

курсовая работа [1017,4 K], добавлен 10.09.2013

Значение инженерной геологии для промышленного и гражданского строительства. Описание условий образования и строительные свойства грунтовых отложений (аллювиальных). Относительный и абсолютный возраст горных пород. Основной закон фильтрации подземных вод.

курсовая работа [1,4 M], добавлен 24.06.2011

Основные стадии процесса добычи полезного ископаемого. Предел прочности горных пород при растяжении, методы и схемы определения, количественная оценка. Деформация твердого тела. Методы определения хрупкости горных пород. Хрупкое разрушение материала.

реферат [303,3 K], добавлен 14.02.2014

Классификация коллекторов терригенного и карбонатного состава. Гранулометрический состав пород. Трещины диагенетического происхождения. Закономерности в расположении и ориентировке трещин в горной породе. Методы определения остаточной воды в пластах.

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Введение

Под нагрузкой поведение грунтов осложняется различными процессами. Для исследования таких процессов деформирования и разрушения грунтов разрабатываются различные теоретические и экспериментальные методы изучения грунтов.

По сравнению с конструкционными материалами прочность грунтов во много раз меньше, а деформируемость, наоборот, больше.

Массивы грунтов, которые являются основаниями сооружений, формируются в различных геолого-географических условиях, они постоянно испытывают воздействие различных природных процессов. Процессы, которые протекают в грунтах, могут изменять свойства и состояние грунтов, и протекают крайне медленно. При строительстве зданий и сооружений состояние грунтовых оснований нарушается и возникают новые процессы. Состояние и свойства грунтовых оснований могут меняться и при эксплуатации. Отсюда следует, что грунты обладают особыми свойствами и постоянно испытывают различные воздействия, которые изменяют их свойства и состояние.

Актуальность данной темы заключается в том, что нерациональное использование несущей способности грунтов, как правило, приводит к высокой стоимости строительства, а неправильный анализ свойств грунтов – к разрушению зданий при эксплуатации. Отсюда следует, что необходимо правильно и качественно исследовать механические свойства грунтовых оснований, а также найти наилучший конструктивный метод передачи нагрузок на грунт от зданий и сооружений.

Цель данной работы изучение физико-химических свойств грунтов.

Задачами рассматриваемой темы:

- ознакомиться с тиксотропными и плывунными свойствами грунтов;

- изучить методы усиления грунтов.

1. Тиксотропные свойства грунтов

В коллоидной химии под тиксотропными явлениями, или тиксотропией, понимается способность некоторых коллоидных систем разжижаться под влиянием механического воздействия и затем, когда это воздействие устранено, переходить в прежнее гелеобразное состояние. Аналогичные обратимые изменения довольно широко протекают в дисперсных преимущественно песчано-коллоидных и связных грунтах при неизменной их влажности и температуре. Разупрочнение этих грунтов под воздействием динамических нагрузок происходит в результате нарушения естественной структуры грунта и может выразиться в виде его разжижения и полной потери прочности. Тиксотропное упрочнение, проявляющееся при прекращении воздействия на грунт, обусловлено формированием новых структурных связей, увеличением их количества и прочности. Следовательно, тиксотропные явления в грунтах представляют собой обратимый изотермический процесс, который выражается, с одной стороны, разжижением и потерей несущей способности грунтов под влиянием механического воздействия, а с другой – последующим тиксотропным упрочнением [2].

Обе стороны этого явления требуют изучения, так как и тиксотропное разупрочнение, и тиксотропное упрочнение грунтов могут быть значительными и должны учитываться при проектировании сооружений.

О природе и механизме тиксотропных изменений высказывались различные точки зрения. Наиболее распространенная заключается в том, что в основе тиксотропных превращений лежит образование сетчатой структуры из удлиненных частиц, в ячейках которой иммобилизован весь объем дисперсионной среды. Частицы связываются между собой лиофобными концами, на которых или совсем отсутствует сольватная оболочка (первый случай) или она имеет минимальную толщину (второй случай), обеспечивающую проявления молекулярных сил между сближенными концами частиц.

По современным представлениям причина тиксотропных изменений в грунтах связывается с особенностями водно-коллоидных и коагуляционных связей между частицами грунта. Эти связи осуществляются за счет сил молекулярного притяжения частиц через водные оболочки, экранирующие эти слои [7]. Однако тончайшая прослойка жидкой среды между частицами в местах сцепления не только понижает прочность связи, но и обеспечивает ее легкую восстанавливаемость, полную обратимость и легкую подвижность. Поэтому коагуляционные связи часто называют тиксотропно-обратимыми. Грунты, прочность которых полностью обусловлена коагуляционными связями, после их нарушения со временем полностью восстанавливают первоначальную прочность [1].

У большинства грунтов структурные связи имеют смешанный характер. Разрушение их в подобных грунтах приводит к необратимому разрушению кристаллизационных связей и поэтому в результате последующего тиксотропного упрочнения первоначальная прочность восстанавливается лишь частично.

В настоящее время существует большое количество показателей для характеристики тиксотропных свойств грунтов [9]:

1. Время застудневания – время, необходимое для обратного перехода системы из золеобразного состояния в гелеобразное. Для каждой системы является достаточно определенным. Его величина изме няется в широких пределах: от нескольких секунд, когда искусственно разжиженная система застывает практически мгновенно, до нескольких суток и более. Чем меньше величина времени, тем более тиксотропна система.

2. Тиксотропный предел – отношение объема жидкости к объему твердой составляющей в смеси в момент, когда разжиженная глина, находящаяся в пробирке, свободно течет из нее при перевертывании сейчас же после встряхивания или взмучивания, и остается неподвижной в пробирке после минутного покоя. Чем больше величина тиксотропного предела, тем более тиксотропна система.

3. Предел затвердевания – процентное весовое содержание влаги при тех же условиях. Этот предел соответствует той влажности, выше которой глинистый грунт теряет способность к тиксотропным изменениям в данных условиях.

Все эти показатели являются очень условными и характеризуют лишь качественно одну из сторон тиксотропии. Они могут быть использованы только для сравнительной характеристики тиксотропных свойств грунтов.

Показателем, качественно характеризующим степень потенциальной способности грунтов к тиксотропному разупрочнению под влиянием вибрации, является зыбкость, характеризуемая показателем зыбкости, величина которого измеряется средним радиусом основания образца (в миллиметрах), деформированного на зыбкомере в течение 20 с.

Чем выше показатель зыбкости, тем меньшей прочностью характеризуются структурные связи грунта и тем выше его способность к тиксотропному разупрочнению. [6]

Величина показателя зыбкости позволяет установить степень потенциальной тиксотропности грунта, но этого недостаточно, чтобы утверждать возможность проявления тиксотропного разупрочнения грунта при заданной динамической нагрузке. Поэтому возможность тиксотропного разупрочнения всегда необходимо связывать с предполагаемыми конкретными нагрузками на него, так как даже сильно тиксотропный грунт при слабой вибрации, не разрушающей его структурные связи, не претерпевает тиксотропных изменений, продолжая оставаться потенциально тиксотропным.

В качестве показателя, количественно характеризующего способность грунтов к тиксотропному разжижению при воздействии на них динамических нагрузок, является предел структурной прочности при динамическом воздействии, который определяют путем испытания грунта шариковым штампом на вибростоле с регулируемыми параметрами колебаний или в вибросдвиговой установке [3].

К факторам, обусловливающим тиксотропные свойства грунтов, относят качественный и количественный состав их дисперсной фазы, форму частиц и их гидрофильность, состав и концентрацию электролита, находящегося в растворе, его рН и ряд других показателей. [2]

Одним из основных показателей, определяющих возможность тиксотропных изменений, является гранулометрический состав грунтов. Исследования показывают, что тиксотропные явления наблюдаются лишь в том случае, если в грунтах содержатся глинистые частицы (хотя бы в количестве 1,5–2 %). Отсюда становится понятным отсутствие способности к тиксотропным изменениям у чистых гравийно-галечниковых и песчаных пород и наличие четко выраженных тиксотропных свойств у связных грунтов, у которых они резко возрастают при увеличении содержания коллоидных частиц в глинистой фракции [1].

Огромное влияние на тиксотропные свойства грунтов оказывает минералогический состав их тонкодисперсной части, поскольку он, с одной стороны, определяет степень дисперсности грунтов, а с другой – характер их гидрофильности. Чем больше в грунтах содержится монтмориллонитовых частиц, тем выше их способность к тиксотропным изменениям при прочих равных условиях.

Тиксотропные свойства зависят от влажности грунтов. Наиболее характерны они для связных грунтов, имеющих пластичную или вязкотекучую консистенцию. Однако при интенсивном вибрационном воздействии на глинистые грунты с влажностью ниже предела раскатывания в них могут происходить тиксотропные изменения по типу гель-золь и далее по прекращении вибрации золь-гель. Следовательно, можно считать установленным, что тиксотропные изменения в глинистых грунтах могут происходить при их различных консистенциях и в достаточно большом интервале влажностей [7].

иксотропные явления наблюдаются при забивке свай, при действии на грунт динамической нагрузки от фундаментов, на которых размещены машины и т.д. При вибропогружении свай происходит резкое разупрочнение грунтов вблизи поверхности сваи и затем, после окончания погружения, тиксотропное упрочнение грунта. Оно ведет к частичному или практически полному восстановлению их первоначальной прочности и обусловливает, постепенное увеличение несущей способности свай [6].

Основной причиной проявления у пород плывунных свойств являетсягидродинамическое давление поровой воды, которое создается в результате перепада давления фунтовых вод при вскрытии котлована (траншей и т. п.)

Плывуны, находящиеся в покое, слабо отдают воду и маловодопроницаемы

Плывуны разделяют на ложные (псевдоплывуны) и истинные

Все способы борьбы с плывунами можно разделить на 3 группы:

· ограждение плывунов путем создания шпунтовых стен (рис. 164);

Читайте также: