Вопросы для самоконтроля

Какими методами определяется содержание незамерзшей воды в мерзлых породах?

Какими параметрами характеризуются теплофизические свойства мерзлых и талых пород?

Какими параметрами характеризуются механические свойства мерзлых и талых пород?

Рекомендуемая литература

ГОСТ 25100-95. Грунты. Классификация. – М.: Изд-во стандартов, 1995. – 14 с.

Инженерная геокриология: Справочное пособие / Под ред. Э.Д. Ершова. – М.: Недра, 1991. – 439 с.

Роман Л.Т. Механика мерзлых грунтов / Л.Т. Роман. – М.: Изд-во «Наука-Интерпериодика», 2002. – 426 с.

Глава 5. Методы определения механических свойств грунтов

Механические (деформационные, и прочностные) свойства мерзлых и оттаивающих грунтов криолитозоны представляют собой способность воспринимать внешние нагрузки и количественно оцениваются показателями (параметрами), величина которых функционально связана между механическим воздействием на грунты и реакцией грунтов на его величину. Единицами измерения механических свойств являются кПа и МПа. Показателями группы прочностных механических свойств грунтов являются: 1) и соответственно сопротивление грунта одноосному сжатию и растяжению; 2) - сопротивление грунтов сдвигу; 3) - эквивалентное сцепление мерзлого грунта, кПа; 4) R_af - со противление мерзлого грунта сдвигу по поверхности смерзания фундамента, кПа; 5) R - сопротивление мерзлых грунтов и льдов нормальному давлению, кПа; 6) R_sh - сопротивление мерзлых грунтов и льдов сдвигающим усилиям (сопротивление мерзлого грунта сдвигу по грунту или грунтовому раствору), кПа; 7) - удельную касательную силу пучения промерзающих грунтов, кПа.

Параметры, характеризующие прочностные свойства грунтов определяются преимущественно в лабораторных условиях. К ним относятся: предел прочности; условный предел прочности; условно-мгновенная прочность; длительная прочность; предел длительной прочности; величина сопротивления сжатию R_c скального грунта (растяжению). Глинистые грунты, а также мерзлые глинистые и песчаные грунты проявляют реологические свойства и их величины R_с зависят от времени приложения нагрузки.

5.1. Определение прочности грунтов методом одноосного сжатия.

Испытания на одноосное сжатие выполняются с целью определения деформационных и прочностных свойств мерзлых пород при постоянной температуре. Кратковременные испытания проводятся обычно на гидравлических, пневматических и электромеханических прессах с усилием до 50 кН (5 тс); испытания на ползучесть – на рычажных прессах с усилием до 5–10 кН (0,5–1 тс). Прессы должны обеспечивать центрированное приложение к образцу нагрузки, заданное напряжение в течение длительного времени (с точностью не менее 5 %), возможность деформирования образца не менее чем на 20 % от его начальной высоты. Прессы оборудуются специальными приборами для установки, центрирования и крепления образца, а также измерения его продольной и поперечной деформации (рис. 5.1).

Рис. 5.1. Схема установки для испытания мерзлых грунтов на одноосное сжатие [6]

Указанные приборы состоят из основания (10), направляющего приспособления (3), верхнего (4) и нижнего (5) штампов, имеющих углубления на 2,0+0,1 мм, с диаметром, равным диаметру образца (+0,1 мм), подвижного штока (2). При проведении испытаний необходимо обеспечивать неизменное положение оси подвижного штока, через который передается нагрузка на образец (1) в резиновой оболочке (6) от пресса.

В качестве устройств для измерения продольной (8) и поперечной (9) деформации могут использоваться индикаторы часового типа, прогибомеры (7), микрометры, электрические датчики перемещения, различные приборы для автоматической записи деформации. Главные требования к этим устройствам – обеспечение измерения деформаций величиной до 20 % от начальной высоты образца с точностью не менее 0,01 мм. Испытания обычно проводятся на образцах мерзлого грунта цилиндрической формы диаметром (40–71,4) ±0,1 мм и высотой (60–140) ±0,1 мм. Необходимым требованием к размерам образцов является соблюдение отношения высоты к диаметру, равного 1,5–2,0. Следует обращать особое внимание на параллельность торцевых поверхностей образцов, чистоту их обработки и центрирование образцов относительно штампов испытательного прибора. Перед загружением образца измеряют его диаметр и высоту. Нагрузка на образец, помещенный в испытательный прибор на прессе, передается через верхний вертикальный шток.