Реферат на тему просадочность

Обновлено: 05.07.2024

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

ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОСАДОЧНОСТИ ЛЁССОВЫХ ГРУНТОВ НА ОБЪЕКТАХ РАЗЛИЧНОГО НАЗНАЧЕНИЯ И ОЦЕНКА ИХ РЕЗУЛЬТАТОВ

Лёссовые грунты пользуются широким распространением на территории России и их инженерно-геологическим особенностям посвящены многочисленные исследования [4].

При обосновании строительства на этих грунтах необходимо учитывать характерное свойство – просадочность, которое проявляется в потере связности и уменьшении их объёма при замачивании (естественном или техногенном) под собственным весом грунта, либо под действием веса от сооружения. Как следствие этого явления – развитие деформаций зданий и сооружений вследствие неравномерной осадки лёссовой толщи [3; 10]. Проектирование на них сооружений предполагают особый подход, и одной из главных задач при изучении инженерно-геологических условий территорий, сложенных подобными грунтами, является оценка и прогнозирование просадочных явлений, которые проводятся в несколько этапов. При этом задачи, решаемые на каждом этапе, несколько различаются, что предполагает использование и различных методов их решения. Оценка процесса явления просадки в лёссах производится, как прямыми, так и косвенными методами [3].

В данной работе анализируются результаты оценки просадочности лёссовых грунтов участков территорий Ростовского и Оренбургского регионов.

Исследуемая территория Ростовского региона расположена на правом берегу долины р. Дон, на понтическом плато Дон-Тузловского водораздела, которое рассечено долиной реки Дон, и в строении которого выделяются пойменная и три надпойменных террасы. Согласно инженерно-геологическому районированию территории Нижнего Дона и Северо-Восточного Приазовья, участки входят в Предкавказский инженерно-геологический регион [5]. В геологическом строении принимают участие осадочные породы мелового, неогенового и четвертичного возраста мощностью около 500 м, залегающие на скальном основании докембрийского возраста. В зоне влияния сооружений залегают четвертичные отложения, представленные лёссовидными суглинками и супесями, а в отдельных местах – неогеновые породы, представленные глинами, известняками и песками. В гидрогеологическом отношении территория характеризуется распространением грунтовых вод в лессовых толщах и аллювиальных отложениях, залегающих на глубине 2–15 м от поверхности земли, и межпластовых – в неогеновых отложениях.

На различных участках данной территории, предназначенных для строительства, проводились инженерно-геологические изыскания, включавшие оценку просадочности лёссовых грунтов прямыми (полевыми и лабораторными) методами.

Для сравнения результатов, полученных прямыми методами, которые показали, что все изучаемые образцы грунтов являются просадочными, проводились исследования этого явления при помощи косвенных критериев на нескольких участках (участки 1, 2, 3) Ростовского региона, цель которых – оценить возможность их применения на ранних этапах изучения инженерно-геологических условий территории. Они являлись продолжением проводимых ранее исследований на одном из участков [11].

Участок 1 расположен в пределах понтического плато; участки 2 и 3 – в пределах плиоценовой террасы и приурочены к различным геоморфологическим элементам: участок 1 – к зоне Доно-Тузловского водораздела; участки 2 и 3 – к высокой части террасы р. Дон. В их геологическом разрезе до глубин от 0,2 до 16,7 м повсеместно встречены лессовидные суглинки четвертичного возраста.

Косвенные критерии для оценки потенциальной просадочности лёссовых грунтов учитывают их физическое состояние. Основными из них являются: 1) коэффициент водонасыщения пород S_r; 2) показатель просадочности П; 3) показатель макропористости К_у Денисова Н.Я.; 4) показатель уплотнённости К_d Приклонского В.А.; 5) индекс просадочности И_п; 6) коэффициент дефицита влажности К; 7) коэффициент пористости е, плотность скелета грунта ρ_d и коэффициент водонасыщения пород S_r (по Крутову В.И.) - выделяются разновидности грунтов по степени просадочности [3; 7; 10].

Показатели физических свойств грунтов для участков (W – влажность, ρ – плотность, ρ_s – плотность минеральной части, ρ_d – плотность скелета грунта, n – пористость, e – коэффициент пористости, S_r – коэффициент водонасыщения пород, I_p – число пластичности) приведены ниже.

Участок 1 (Суглинок тяжёлый пылеватый): W (%) – 15,10÷20,80; ρ (г/см 3 ) –1,77÷1,82; ρ_s(г/см 3 ) – 1,50÷1,54; ρ_d(г/см 3 ) – 2,70÷2,71; n (%) – 43,06÷44,44; е– 0,757÷0,80 д.ед.; 3; S_r – 0,545÷0,706; I_p– 15,5÷16,3;

Участок 2 ( Суглинок тяжёлый пылеватый): W (%) – 13,00÷15,70; ρ (г/см 3 ) –1,77÷1,84; ρ_s(г/см 3 ) – 1,57÷1,59; ρ_d(г/см 3 ) – 2,68 ÷2,69; n(%) – 40,95÷41,62; е–0,695÷0,719 д.ед.; S_r – 0,493 ÷0,611; I_p– 10,0 ÷11,2;

Участок 3 (Суглинок лёгкий пылеватый): W (%) –20,2÷23,40; ρ (г/см 3 ) –1,77÷1,90; ρ_s(г/см 3 ) – 1,43 ÷1,58; ρ_d(г/см 3 ) – 2,69; n(%) – 41,44÷46,72; е– 0,705÷0,879 д.ед.; S_r – 0,719÷0,769; I_p–12,2÷13,5;

По приведённым характеристикам физических свойств грунтов, для каждого участка были произведены расчёты косвенных показателей, которые были положены в основу построения диаграмм, показывающих количество определений, охарактеризовавших грунты как просадочные для различных косвенных показателей, по каждому из участков и для всех участков (Рис. 1).

Как можно судить из приведённых диаграмм, набор показателей, определивших грунты, как просадочные, различен для каждого участка. Из них были выделены косвенные критерии, которые на данных участках в наибольшем количестве (более 85 %) охарактеризовали исследуемые грунты как просадочные: 1), 2) и 7). Остальные показатели были верны лишь в некоторых случаях и не для всех участков.

Анализ полученных данных по площадкам свидетельствует о сложности прогноза просадочности грунтов по косвенным критериям, и явление просадочности при такой оценке нельзя полностью предсказать по их физическим характеристикам. В тоже время, их можно рассматривать при предварительной оценке возможности развития данного явления, о чём свидетельствуют исследования, проводимые для лёссовых грунтов на некоторых территориях России [7].

Рисунок 1. Оценка склонности грунтов к просадочным явлениям по косвенным показателям

При окончательной оценке инженерно-геологических условий территорий, характеризующихся присутствием лёссовых грунтов, обязательным является исследования, в которых основное место занимают прямые методы определения просадочности. Но даже при их использовании, не всегда можно говорить о надёжности полученных результатов, что подтверждают данные изучения инженерно-геологических условий площадок объектов нефтяной и газовой промышленности, расположенных в Оренбургской области.

Согласно инженерно-геологическому районированию рассматриваемая территория располагается в пределах Прикаспийской синеклизы и приурочена к юго-восточному склону Общего Сырта [5]. В её геологическом строении наибольшее распространение получили плиоцен-четвертичные субаэральные сыртовые отложения, подстилаемые толщей верхнепермских и мезозойских коренных пород.

Инженерно-геологические изыскания выполнялись для реконструкции Оренбургского ГПЗ на одной из площадок и включали полевые работы с отбором проб грунтов, и последующим определением комплекса их физико-механических свойств в лабораториях, в том числе и авторами представленной статьи на кафедре грунтоведения и инженерной геологии СПбГУ.

По данным изысканий было установлено, что основную часть исследуемой территории с поверхности слагают сыртовые отложения плиоцен-четвертичного возраста, представленные преимущественно глинами и суглинками (твердой и полутвердой консистенции) максимальной мощностью более 30,00 м. На отдельных участках их подстилают палеоген-четвертичные элювиально-делювиальные отложения, слагающие переходную зону и представленные суглинками и глинами с различным содержанием дресвы и щебня, мощностью до 7,00–9,00 м. Также они встречены с поверхности, где их мощность составляет от 3,00 до 6,00 м. Подземные воды первого от поверхности водоносного горизонта приурочены к татарскому водоносному комплексу. Его питание осуществляется за счет инфильтрации атмосферных осадков в областях выхода комплекса на поверхность. На рассматриваемой территории он повсеместно перекрыт толщей слабопроницаемых суглинков и глин и вскрыт на глубине, составляющей в среднем около 11,00 м.

Учитывая, что территория расположена в зоне распространения просадочных грунтов, основной задачей являлась оценка просадочности образцов, отобранных из сыртовых и элювиально-делювиальных отложений.

Сыртовые отложения в основном не проявляют просадочные свойства. Только для 4 % образцов из всего числа проведённых испытаний, величина относительной деформации просадки (e_sl ) ≥ 0,01 охарактеризовала их как просадочные в соответствии с ГОСТ 25100-2011 [1].

При этом следует отметить: на некоторых участках, образцы, отобранные из верхней части разреза (до глубины около 6м), при испытании проявляли способность к набуханию (по величине свободного набухания характеризовались, как слабо-, средне- и сильно набухающие); на глубинах 10–15 м, имея высокую плотность –2,02 … 2,10 г/см 3 , достигавшую до 2,13 … 2,15 г/см 3 и значения коэффициента водонасыщения около 0,90, при испытаниях проявляли просадочные свойства.

Сравнение физико-механических свойств грунтов верхней части разреза, полученных в результате указанных испытаний с данными исследований 70-х годов показало, что плотность их и степень влажности значительно увеличились, что, по-видимому, является результатом техногенного воздействия на грунты – проникновением на глубину различных химических реагентов. Этим же можно объяснить и неоднородное распределение по площади просадочных грунтов на глубине 13,00–20,00 м, которое было установлено в результате прямых методов исследований. Замачивание грунтов под воздействием природных естественных факторов маловероятно из-за гидрогеологических условий площадки, о чём указано выше: водоносный горизонт повсеместно перекрывается глинами (водонепроницаемыми) и тяжёлыми суглинками (полупроницаемыми).

Как показали результаты исследования физико-механических свойств лёссовых грунтов площадки в Оренбургской области, их невозможно было оценить достаточно достоверно, так как не учитывалось предполагаемое техногенного загрязнение, которое изменяет состав, состояние и свойства дисперсных грунтов.

Таким образом, как следует из приведённых примеров, надёжная оценка инженерно-геологических условий территорий распространения грунтов, подверженных просадочности, может быть основана только на детальном изучении всех их особенностей, на базе комплексных исследований. Они должны включать, как стандартные полевые и лабораторные методы, так и инновационные разработки, включающие применение новых методов определения параметров микроструктуры в совокупности с изучением их минерального, химического состава и физических свойств [8]. Особое значение такой подход приобретает при изучении инженерно-геологических условий территорий, подверженных техногенному загрязнению, в процессе которого изменяются физико-механические свойства дисперсных грунтов [2; 6].

Список литературы:

1. ГОСТ 25100-95 (2011). Грунты. Классификация. – М: 1995 (2011).

3. Иванов И.П., Тржцинский Ю.Б. Инженерная геодинамика. – СПб: Наука, 2001. – 416 с.

4. Инженерная геология России. Том 1. Грунты России: Под ред. В.Т. Трофимова, Е.А. Вознесенского, В.А. Королёва, – М.: КДУ, 2011. – 672 с.

6. Корвет Н.Г., Васильева В.Н. Влияние промышленных сооружений, связанных с транспортировкой и хранением углеводородного сырья на изменение геологической среды. // Теоретические и практические проблемы геотехники. Межвузовский тематический сборник трудов. СПбГАСУ. Санкт-Петербург. 2005. С. 209–2015.

7. Костарев В.П. О соответствии показателей просадочных суглинков Усть-Кишерти косвенным критериям просадочности пылевато-глинистых грунтов Пермского Приуралья. // Перспективы развития инженерных изысканий в строительстве в РФ. Материалы 3 конференции изыскательских организаций. – М.: ОАО ПНИИС. 2008 – С. 83–86.

8. Рященко Т.Г. Региональное грунтоведение (Восточная Сибирь). – Иркутск ИЗК СО РАН, 2010. – 287 с.

9. Сергеева Т.Д., Кузнецова Т.А. Проблемы изучения инженерно-геологических условий на объектах нефтяной и газовой промышленности. // Перспективы развития инженерных изысканий в строительстве в РФ. Материалы 3 конференции изыскательских организаций. – М.: ОАО ПНИИС. 2008 – С. 58–60.

10. Трофимов В.Т. Генезис просадочности лёссовых пород / В.Т. Трофимов. – М.: Издательство МГУ, 1999. – 271 с.

11. Чеботарёва Т.Н. Оценка склонности лёссовых грунтов к просадочным явлениям на основе применения косвенных показателей // Геология в развивающемся мире: Сб. научных трудов. Т. 1. Пермский Государственный национальный исследовательский университет. Пермь, 2016. С. 500–503.

Лёссовые породы встречаются на всех континентах, но наиболее широко они распространены в Европе, Азии и Америке. По подсчетам К. Кейльгака, при средней мощности лёсса 10 м общая площадь, занятая лёссовыми породами на земном шаре, составляет 19 млн. км2. Северная граница распространения лёссов опускается в Европе до 60њ с. ш., в Азии она проходит гораздо севернее, а южная граница достигает 28њ с. ш. В тропических и субтропических областях лёссы не встречаются.

Рис. 3. Карта развития лёссовых пород на территории СНГ.

На территории стран СНГ площадь, покрытая лёссовыми породами, составляет около 34% континентальной части СНГ. Лёссы лежат сплошным покровом на большей части Украины (до 80%) и юге европейской части России. Большие площади покрыты лёссовыми породами в Средней Азии, Казахстане, Восточной, Южной и Западной Сибири. Довольно часто они встречаются в Белоруссии, Поволжье, Якутии и других районах. На рис. 3 показана карта распространения лёссовых пород на территории СНГ, составленная В.С. Быковой и С.А. Пастушковой ("Лёссовые породы СССР", 1986). Лёссы - это молодые отложения четвертичной системы, возникшие в недавнее геологическое время (не более 1,5 млн. лет тому назад), а в определенных физико-географических условиях они могут образовываться прямо на глазах человека, например, в результате пыльных бурь. По условиям залегания лёссы повсеместно располагаются в виде покровов (то есть не перекрыты другими отложениями). Мощности лёссовых пород колеблются от нескольких сантиметров до десятков и даже сотен метров. В северных районах, где лёссовые отложения развиты лишь на отдельных участках, их мощность составляет 5 - 10 м, а в районах сплошного распространения (на юге Украины, Северном Кавказе) она повышается до 30 - 50 м и более. Самые мощные разрезы лёссовых пород (до 100 - 200 м) обнаружены в межгорных впадинах на территории Средней Азии.

Более чем за вековую историю изучения лёссов было предложено не менее двадцати различных гипотез их происхождения. Обобщение этих данных позволило объединить все гипотезы в несколько групп, объясняющих возникновение лёссов эоловым (ветровым) и водным путем. Эоловая гипотеза . Ее основателем является Ф. Рихтгоффен (1877). Относя лёссы к эоловым отложениям , он не считал ветер единственным фактором образования лёссовых пород. После детального изучения лёссов Китая Ф. Рихтгоффен пришел к выводу, что лёссовый (пылеватый) материал переносился и откладывался в бессточных впадинах ветром и дождевой водой и удерживался там степной растительностью. Эоловая гипотеза нашла много последователей среди ученых России и других стран, которые развили и дополнили ее. Так, В.А. Обручев (1904) объяснял формирование сплошного лёссового покрова на высоких элементах рельефа за счет пыли, принесенной из отдаленных районов (экзотическая пыль). По мнению П.А. Тутковского (1899), ветры развевали ледниковые отложения и уносили пыль далеко от ледникового покрова, где она и образовывала лёсс. Американские ученые Ф. Леверетт (1899), Т. Чемберлин и др. (1909) основное значение придавали образованию пылеватых толщ за счет развевания речных и водно-ледниковых отложений близлежащих долин. Многие известные отечественные и зарубежные ученые, например, А.И. Москвитин, И.И. Трофимов, Н.И. Кригер были и до настоящего времени остаются горячими сторонниками эоловой гипотезы. Это связано с тем, что данная гипотеза хорошо объясняет покровное залегание лёссов на больших площадях и подкрепляется фактами быстрого накопления в засушливых областях довольно мощных слоев пылеватых осадков после прохождения сильных пыльных бурь. Гипотезы водного происхождения. Среди сторонников, рассматривающих лёсс как породу, сформировавшуюся в водной среде, следует отметить выдающихся ученых П.А. Кропоткина (1876), В.В. Докучаева (1892), А.П. Павлова (1898), Ю.А. Скворцова (1948), Н.И. Толстихина (1928). По мнению этих исследователей, образование толщи пылеватых осадков происходило в результате смыва и последующего переотложения склоновых пород, переноса и накопления минерального материала в речных долинах и озерах, а также переноса и накопления лёссовых отложений водно-ледниковыми потоками. Существовала также точка зрения, что лёсс - это принесенная пыль, но переотложенная водными потоками. Все эти гипотезы рассматривают лишь процесс накопления пылеватых отложений, но не отвечают на главный вопрос: как пылеватый осадок превращается в лёсс с характерным набором признаков и свойств. Почвенно-элювиальные гипотезы . В соответствии с этими гипотезами пылеватые отложения могут накапливаться любым путем, а их превращение в лёсс со всеми специфическими признаками этой породы происходит в результате почвообразования и выветривания. К сторонникам этой гипотезы следует отнести Л.С. Берга (1916), Н.М. Симбирцева (1900), Б.Б. Полынова (1934), И.П. Герасимова (1939). При рассмотрении данных гипотез, к сожалению, приходится констатировать, что они могут объяснить происхождения лишь отдельных лёссовых толщ. Обобщение и анализ существующих в настоящее время гипотез происхождения лёссов позволяет сказать, что процесс формирования лёссовых пород состоит из двух этапов:

 накопление минерального пылеватого осадка, которое может происходить различными путями,

 превращение накопленного осадка в типичный лёсс, то есть в просадочную породу.

Безусловно, второй этап, характеризующийся появлением уникального явления - просадочности лёссов , имеет важнейшее значение. Ведь именно просадочность делает лёссы теми загадочными породами, над которыми уже более ста лет бьются ученые.

До сих пор нет единого мнения о природе просадочности лёссовых пород . Различные исследователи выдвигали достаточно много предположений и гипотез по поводу возникновения этого специфического и неотъемлемого свойства лёссов. Анализ существующих мнений показывает, что все гипотезы, объясняющие просадочность лёссовых пород, можно разделить на две группы. I. В первой группе просадочность лёссов рассматривается как их первичное свойство, то есть когда просадочность формируется непосредственно в ходе накопления и начальной стадии преобразования минерального пылеватого осадка. Одну из причин возникновения просадочности Н.Я. Денисов (1953) видел в формировании недоуплотненных лёссовых толщ вследствие захоронения рыхлой, сцементированной легкорастворимыми веществами, массы пылеватых частиц под постепенно накапливаемыми слоями вышележащих пород. Слабыми местами этой гипотезы было то, что она не могла объяснить сохранение просадочных свойств в течение длительного времени, не давала объяснений фактам увеличения просадочности под горизонтами погребенных почв и скачкообразному изменению просадочности лёссовых пород по разрезу каждого накопленного слоя. II. Гипотезы второй группы характеризуют просадочность как новообразованное свойство породы, то есть когда просадочность приобретается после накопления пылеватого осадка. Наибольшее распространение здесь получила гипотеза мерзлотного выветривания . По мнению Е.М. Сергеева и А.В. Минервина (1960), формирование просадочности происходит в результате циклического сезонного промерзания-оттаивания исходных пылеватых пород и удаления из них льда посредством сублимации (испарения льда минуя жидкое состояние). В ходе промерзания поровая вода превращается в лед, разуплотняет породу и способствует дроблению более крупных песчаных зерен до размера пылеватых частиц. Данная гипотеза формирования просадочности подтверждается лабораторным и натурным моделированием. Она хорошо объясняет распространение и характер залегания лёссов в пространстве и разрезе, скачкообразное изменение просадочности лёссовых пород по разрезу, увеличение просадочности под горизонтами погребенных почв, появление просадочности в условиях сурового климата плейстоценовой эпохи развития Земли (приблизительно от 10 до 800 тысяч лет тому назад) - периода времени, когда наблюдалось наиболее интенсивное накопление лёссовых толщ .

Многолетний опыт исследований лёссов показывает, что одним из основных факторов, определяющих просадочность этих пород, является их специфическая структура, то есть размер и форма твердых (минеральных) структурных элементов, строение порового пространства и особый характер структурных связей (взаимодействий между частицами).

Как уже отмечалось, лёссы - это пылеватые породы, которые не менее чем на 50% состоят из пылеватых частиц с размерами 0,005 - 0,05 мм. Для большинства лёссов характерно высокое, иногда до 15 - 20%, содержание карбонатов, преимущественно кальцита (CaCO3), и присутствие до 3 - 5% растворимых солей (сульфаты, хлориды). Важной особенностью структуры лёссовых пород является ее высокая агрегированность , когда пылеватые и глинистые частицы образуют изометричные агрегаты с размерами 0,01 - 0,25 мм. Фотография такого глинисто-пылеватого агрегата, полученная с помощью растрового электронного микроскопа (РЭМ), показана на рис. 4а. Специфическое строение имеют песчаные и крупные пылеватые зерна, названные глобулами . Как показали наблюдения в РЭМ, в центре глобулы размещается ядро, состоящее из отдельных кварцевых микроблоков. Поверх ядра располагается дырчатая оболочка кальцита, которая в свою очередь перекрывается глинистой "рубашкой" (непрерывной пленкой частиц глинистых минералов), пропитанной оксидами железа и аморфным кремнеземом (SiO2). Пример такой искусственно разрушенной глобулы показан на рис. 4б, где в центре виден хорошо ограненный микрокристалл кварца со следами кальцитовой оболочки на поверхности. Специфический характер твердых структурных элементов в лёссах обусловливает формирование в них так называемых агрегативных, или зернистых, микроструктур. Пример агрегативной микроструктуры показан на рис. 5а, где А - глинисто-пылеватый агрегат изометричной формы. Пористость просадочных лёссов обычно изменяется от 42 до 46%. При этом поровое пространство лёссовых пород характеризуется присутствием трех типов пор: макропор, межзерновых и межагрегатных микропор, внутриагрегатных микропор. Наиболее крупными являются макропоры , имеющие трубчатую форму с диаметром 0,05 - 0,5 мм (рис. 5а, 3 ). Они обычно хорошо видны невооруженным глазом и пронизывают лёссовую породу в вертикальном направлении. Макропоры являются одним из важнейших диагностических признаков структуры просадочных лёссов. Некоторые ученые считают, что макропоры - следы корней растений. Однако сейчас существует мнение, что большая часть макропор представляет собой своеобразные магистральные каналы, образовавшиеся в результате преимущественно вертикальной миграции воды и газов. Об этом свидетельствует наличие значительных выделений солей на стенках макропор.

Наиболее важными в структуре лёссовых пород являются межагрегатные и межзерновые микропоры (рис. 5а, 2 ). Эти микропоры обычно имеют изометричную форму, а их размер изменяется от 0,008 до 0,05 мм. Электронномикроскопические исследования показывают, что подобные микропоры слагают основную часть порового пространства и относятся к категории так называемой активной пористости, которая и определяет величину просадочной деформации породы. Подчиненную роль в поровом пространстве играют более мелкие внутриагрегатные микропоры (рис. 4а ; 5а, 1 ) с размером менее 0,008 мм. Специфический состав и условия формирования лёссовых пород приводят к образованию у них разнообразных по своей природе структурных связей, которые во многом определяют особенности деформирования этих пород при увлажнении. Основную роль в структурном сцеплении (связности) лёссовых пород играют контакты между зернами и глинисто-пылеватыми агрегатами, осуществляемые через глинистые "рубашки" или глинистые "мостики". В физико-химической механике дисперсных систем такие контакты называются переходными. Их прочность обусловлена ионно-электростатическими силами. Характерной особенностью переходных контактов является их обратимость по отношению к воде. При увлажнении они быстро теряют прочность и трансформируются в слабопрочные коагуляционные контакты. Помимо переходных, в просадочных лёссовых породах могут также существовать фазовые контакты цементационного типа, обусловленные выделением легко растворимых солей в приконтактных зонах при испарении поровой влаги. Рассматривая механизм просадочности лёссов , можно сказать, что присутствие обратимых переходных контактов повышает просадочность благодаря их быстрому разрушению при увлажнении породы. Наличие же более прочных фазовых контактов цементационного типа может приводить к увеличению прочности всей структуры и, соответственно, снижению величины просадки. Для подобных пород характерны медленные послепросадочные деформации, которые во много раз могут превысить величину самой просадки при кратковременном увлажнении. И, наконец, при рассмотрении процесса просадочности лёссов нельзя не принять во внимание присутствие в этих породах сил поверхностного натяжения воды, так называемых капиллярных сил, о которых часто забывают многие ученые. Точные экспериментальные исследования показывают, что по мере заполнения пор водой, то есть при исчезновении капиллярных менисков, связывающих отдельные зерна и агрегаты, при увлажнении лёсса происходит слишком быстрое и резкое снижение его прочности, которое нельзя объяснить только разрушением переходных и цементационных контактов. Силы поверхностного натяжения воды вполне могут играть роль своеобразного спускового механизма, обусловливающего начало процесса просадки. Подводя итог, можно сказать, что в основе просадки лежат два взаимосвязанных явления, развивающихся при увлажнении лёссов и воздействии внешней нагрузки. Во-первых, происходит резкое снижение энергии взаимодействия структурных элементов на контактах, потеря структурной прочности вследствие преобразования переходных контактов в коагуляционные и исчезновение сил поверхностного натяжения. Во-вторых, происходит распад глинисто-пылеватых агрегатов, сопровождаемый формированием своеобразных дефектов в микроструктуре лёссов, и возникают условия для взаимного смещения структурных элементов. Таким образом, в результате просадки происходит смыкание части макропор и большинства крупных межагрегатных микропор и формируется более плотная и однородная микроструктура, аналогичная показанной на рис. 5б. Одновременно возрастает содержание мелких межагрегатных и внутриагрегатных микропор (рис. 5б, 2 и 1 соответственно).

В связи с широким распространением лёссовых пород на территории России и стран СНГ проблема борьбы с просадочностью этих пород в основаниях инженерных сооружений становится весьма актуальной. Ведь при промачивании лёсса происходит просадка и резкое уменьшение прочности грунта (под грунтом понимают любую горную породу, являющуюся предметом инженерной деятельности человека). При этом наблюдается потеря устойчивости основания, его интенсивная осадка и часто выдавливание водонасыщенного лёссового грунта из под фундамента сооружения, что обычно приводит к полному или частичному разрушению зданий, плотин, дорог и т.д. По оценкам специалистов, до 45% стоимости работ по строительству гражданских и промышленных объектов на лёссовых грунтах тратится на комплекс мероприятий, предотвращающих деформацию сооружений из-за просадочности. Познание природы просадочности лёссовых пород позволило разработать эффективные инженерные методы борьбы с этим грозным явлением. В основном эти методы сводятся к воздействию на неустойчивую специфическую структуру лёсса и трансформации ее в устойчивое недеформируемое состояние. При этом, исходя из описанного механизма просадки, стремятся повысить плотность лёссового грунта (снизить его активную пористость) и увеличить прочность контактов между минеральными частицами (перевести менее прочные, обратимые по отношению к воде, переходные контакты в более прочные - фазовые). Существует несколько способов борьбы с просадкой лёссов. Наиболее распространенным является механическое уплотнение лёссовых грунтов тяжелыми трамбовками, вес которых может достигать 10 т, а иногда и более. Обычно трамбовки многократно (до 10 - 16 раз) сбрасываются на уплотняемый участок грунта с высоты 4 - 8 м. Данный метод позволяет уплотнить толщу лёссового грунта на глубину до 3,5м. Если необходимо ликвидировать просадочные свойства лёссовых грунтов на глубину до 25 м, то проводят их глубинное уплотнение грунтовыми набивными сваями или энергией взрыва. Иногда для ликвидации просадочных свойств производят предварительное промачивание лёссового массива. При этом происходит спровоцированная просадка грунта, после чего он уплотняется, теряет просадочность и переходит в стабильное состояние. Одним из способов борьбы с просадочностью является термическое закрепление лёссовых грунтов , при котором через грунт с помощью специальных приспособлений пропускают раскаленный воздух или газы при температуре 300 - 800 њC. Под действием высокой температуры происходит оплавление и спекание минералов на контактах между отдельными частицами и агрегатами частиц и формируются прочные фазовые контакты кристаллизационного типа, устойчивые по отношению к воздействию воды. В результате существенно повышается прочность лёссового грунта и он становится непросадочным. Просадочность многих типов лёссовых отложений может быть также существенно уменьшена с помощью метода силикатизации . При этом в грунт через перфорированные трубы с одной стороны нагнетают раствор силиката натрия (жидкого стекла), а с другой - раствор хлористого кальция. При соединении обоих растворов в порах просадочного грунта образуется водонерастворимый гель кремниевой кислоты, который цементирует грунт и делает его непросадочным. К сожалению, данный метод в некоторых случаях может приводить к сильному химическому загрязнению закрепляемых пород, и поэтому в настоящее время он применяется очень редко.

Проблема лёссов , возникшая более ста лет назад, все еще существует и далека до полного разрешения. Тем не менее, сейчас можно говорить о различных условиях происхождения лёссов и о весьма сложной и многофакторной природе их просадочности. Во многом просадочность лёссов может объясняться формированием в них особой лёссовой структуры. Последующее углубленное изучение тончайших особенностей структуры лёссовых пород, по-видимому, и является ключом к разгадке проблемы лёссов. Решение этой проблемы позволит достичь существенного прогресса в создании эффективных методов борьбы с просадочностью лёссовых пород, что повысит надежность строительства и исключит возможность разрушения возводимых на этих породах инженерных сооружений.

 Грунтоведение. Под ред. акад. Е.М. Сергеева М.: 1983.

 Денисов Н.Я. Строительные свойства лёсса и лёссовидных суглинков. 2-е изд. М.: Стройиздат, 1953.

 Кригер Н.И. Лёсс, его свойства и связь с географической средой. М.: Наука, 1965.

 Кригер Н.И. Лёсс. Формирование просадочных свойств. М.: Наука, 1986.

 Ларионов А.К. Инженерно-геологическое изучение структуры рыхлых пород. М.: Недра, 1986.

 Лёссовые породы СССР. Под ред. Е.М. Сергеева, А.К. Ларионова, Н.Н. Комиссаровой. М.: Недра. 1986, Т. 1, 2.

выбор типа фундамента сооружения с учетом просадочных свойств грунтов основания на объекте "самарский театр юного зрителя"

Методы определения просадочности грунтов ( реферат , курсовая , диплом , контрольная )

Согласно СП 11−105−97 (Часть III) просадочность грунтов можно определить с помощью полевых и лабораторных испытаний.

При лабораторных исследованиях просадочных грунтов, помимо природной влажности, плотности, гранулометрического состава, границ текучести и раскатывания, деформируемости и прочности следует выполнять определение специфических свойств, которые описаны в ГОСТе 23 161−2012.

ГОСТ 23 161–2012 устанавливает метод лабораторного определения характеристик просадочности при замачивании грунта водой: относительной просадочности еsl, начального просадочного давления Рsl и начальной просадочной влажности wsl .

Характеристики просадочности следует определять по относительному сжатию, полученному по результатам испытаний образцов грунта ненарушенного сложения в компрессионных приборах без возможности бокового расширения образцов грунта. Испытания проводят на образцах грунта ненарушенной структуры с природной влажностью и с замачиванием их водой при давлении, последовательно увеличиваемом ступенями.

Испытания просадочных грунтов в компрессионных приборах следует проводить по следующим схемам:

Графики испытания просадочного грунта в компрессионном приборе приведены на Рис. 3.

Допускается также для определения относительной просадочности еsl при различных значениях давления на грунт и начального просадочного давления Рsl .

Из комплекса полевых методов исследований грунтов в СП 11−105−97 (Часть III) рекомендуется использовать испытания грунтов штампами, статическое зондирование, пенетрационный каротаж, замачивание грунтов в опытных котлованах и испытания свай.

Рис. 4. Графики испытания штампом просадочного грунта. 1 — осадка; 2 — просадка при заданном давлении; 3 — осадка после замачивания (ГОСТ.20 276−85)

Статическое зондирование и (или) пенетрационный каротаж грунтов рекомендуется применять для расчленения толщи просадочных грунтов на отдельные слои, различающиеся прочностью и плотностью, и для оценки пространственной изменчивости свойств просадочных грунтов. По данным статического зондирования с определением сопротивления грунта погружению конусу зонда при естественной влажности и в водонасыщенном состоянии может быть установлено предварительное значение относительной просадочности грунтов. (ГОСТ.20 276−85) Статическое зондирование с поверхности дна шурфа выполняется ручным пенетрометром и основано на замере сопротивления зондированию динамометром сжатия. Относительная просадочность при давлении на грунт определяется в зависимости от коэффициента К3, пользуясь экспериментально установленной зависимостью для исследуемого района тарировочной зависимостью дпр=f (К3). (Калачева, 1972).

Функция "чтения" служит для ознакомления с работой. Разметка, таблицы и картинки документа могут отображаться неверно или не в полном объёме!

Введение Среди специфических грунтов особую категорию составляют лессовые просадочные грунты. Вот выноска из свода правил по инженерно - геологическим изысканиям при строительстве:

К просадочным грунтам в соответствии с ГОСТ 25100-95 следует относить пылевато-глинистые разновидности дисперсных осадочных минеральных грунтов (чаще всего лессовые грунты), дающие при замачивании при постоянной внешней нагрузке и (или) нагрузки от собственного веса грунта дополнительные деформации - просадки, происходящие в результате уплотнения грунта вследствие изменения его структуры. К просадочным относятся грунты с величиной относительной деформации просадочности , д.е. ³ 0.01.

Отсюда следует вывод, что изучение лёссовых просадочных грунтов представляет собой важную задачу в связи с их распространённостью в южных районах Российской Федерации. Особую важность сведения о лёссовых просадочных грунтах представляют для инженеров- строителей, производящих работы на территории Ростовской области и прилегающих районах:

Просадочные лессы распространены в южных районах Российской Федерации, где они участвуют в строении толщ лессовых пород, покрывающих обширные пространства. Мощность лессовых толщ изменяется от нескольких метров в северной части зоны их распространения до 50 - 80 м, а местами и более в ее южной части.

Лессовые грунты имеют широкое распространение в мире, особенно в Европе и Азии, занимая площадь около 13 млн км2. Почти сплошным покровом лёссовые породы лежат на большей части территории юга европейской части России (Нижний Дон, Предкавказье, Заволжье и др.), а также на юге Западной Сибири и в ряде других степных районов.

Значительные площади заняты ими на юге Украины, в восточном Закавказье, в Молдове, Восточной Европе, в Китае, Средней Азии, Монголии и во многих других районах мира.

Лессовые отложения покрывают сплошным плащом обширные плоские водоразделы, их склоны, поверхность высоких террас. В зоне влияния речных долин и морского побережья они прорезаны многочисленными балками и оврагами. Последние имеют резкие формы, особенно в своей верховой части: узкое дно и высокие обрывистые склоны. Высота обрывов достигает 5-6 м., иногда более. На поверхности водоразделов развиты просадочные блюдца и поды. Размер блюдец в плане изменяется от нескольких метров до первых десятков метров, глубина-от долей метра до 1-2 метров. Поды представлены обширными понижениями шириной в сотни метров или километры с глубиной не превышающей первых метров. Дно подов сложено непросадочными тяжелыми суглинками или глинами.

Условия залегания лёссовых пород достаточно однообразны. Независимо от гипсометрического положения отдельных положительных форм рельефа, они покрывают плоские водоразделы, их склоны, поверхность высоких террас и т. д.

Внешними признаками, отличающими макропористые лессовые грунты, будут следующие:

1. Видимая невооруженным глазом пористость (макро пористость), обусловленная наличием тонких, более или менее вертикальных канальцев иногда с остатками растений. Канальцы, пронизывающие всю толщу лессовидных грунтов, покрыты изнутри налетами углекислых солей.

Читайте также: