7.5 Консолидация (Одномерное уплотнение торфа во времени)
Консолидация это упрочнение грунта во времени за счёт уплотнения. В торфяных грунтах уплотнение происходит за счёт отжатия жидкости, поэтому консолидацию называют фильтрационной. Водонасыщенные дисперсные системы при уплотняющих нагрузках деформируются в течении длительного времени. Это связанно с большим сопротивлением отжатию жидкости.
Осадка происходит при внешнем нагружении под действием собственного веса и во время осушения торфяных залежей.
Сущность теории фильтрационной консолидации в том, что она рассматривает полностью водонасыщенные грунты, в которых движение жидкости подчиняется закону Дарси. Твердая фаза и дисперсионная среда считаются не сжимаемыми.
Более сложен вопрос об изменении плотности залежи ( γ ) при консолидации под действием собственного веса. Увеличение γ снижает водопроницаемость залежи в несколько раз и приводит к появлению начального градиента напора, который необходимо учитывать в формуле Дарси.
Высокое давление, вызывает уплотнение торфяной залежи до определенного порога плотности когда вообще может прекратиться движение жидкости и в залежи будет сохранятся остаточное поровое давление.
Степень консолидации это отношение осадки за определённое время к конечной стабилизированной осадке:
,
Где St – осадка основания во времени; SK – конечная стабилизированная осадка.
Классическая формула определения степени консолидации
,
где е – основание натурального логарифма
Рекомендуюется определять сроки консолидации, в зависимости от мощности торфяной залежи, по экспериментальным данным. Табл 7.1
Таблица 7.1 Значение сроков консолидации торфяного основания различной мощности ( в сутках) (К.С.Ордуянц)
-
Мощность залежи, м
Степень консолидации U,%
30
40
50
60
70
80
90
1
10
15
22
30
40
52
72
2
40
60
86
120
160
208
288
3
90
135
196
270
360
486
658
4
160
240
352
480
640
862
1152
5
250
375
550
750
1000
1300
1800
6
360
540
792
1080
1440
1870
2592
Для достижения U =100% требуется очень значительное время, поэтому ограничиваются U=90% а часто принимают U=30%
На практике чаще всего требуются определить время t, соответствующее данной степени консолидации, т.е.
t = 4h 2 N/(π 2 c ν ),
где h глубина залежи, см.; Сv - коэффициент консолидации, см2/час
с ν = к ф /(а о γ w )
а0- коэффициент относительной сжимаемости,см2/час кф – коэффициент фильтрации, см/сут; γw – плотность воды, т/см3. N - показатель степени в формуле классического определения степени консолидации
N = π 2 c ν t/4h 2
N зависит от времени. Обычно его берут по таблице.
Пример: Найти время t при степени консолидации U= 0,5;0,9 для т/з с h=3м и средним коэффициентом фильтрации 10-6 см/сек и коэффициентом относительной сжимаемости а о = 1см 2 /кг.
1.Коэффициент консолидации
С ν = к ф /(а о γ w ) = 10-6 ·3·10 7 /(1·0,001) = 30000см 2 /год
2. 50%
t = 4h 2 /(π 2 c ν ) = 4*300 2 /(9,87*30000) =0,89 года
3. Время при степени консолидации U=90%
t = 4*300 2 *2,35/(9,87*30000) = 2,85 года
Таблица 7. 2 Значения N для случая Р = γh (нагрузка от собственного веса)
U=St/Sk |
0.1 |
0.2 |
0.3 |
0.4 |
0.5 |
0.6 |
0.7 |
0.8 |
0.9 |
0.95 |
N |
0.12 |
0.25 |
0.39 |
0.55 |
0.73 |
0.95 |
1.24 |
0.64 |
2.35 |
3.17 |
Ускорить процесс осадки можно уменьшением расстояния движения влаги при фильтрации до осушителя, т.е. делать каналы чаще, выполнить дополнительный дренаж или интенсивным дополнительным нагружением (например, насыпь с пригрузом, который при достижении заданной осадки или плотности грунта снимается или смещается в сторону от насыпи).