Механика мерзлых грунтов общая и прикладная
..pdfЭто решение в случае возрастания нагрузки от начала загружения фундамента до момента 1 — по закону прямой (p=kt), а затем при
t> ti |
постоянной нагрузкой |
(/7= const) |
имеет следующий вид: |
||||||
а) |
при использовании |
способа послойного суммирования для |
|||||||
определения стабилизированной осадки затухающей ползучести: |
|||||||||
|
|
|
|
при t<4x |
|
|
(V.26) |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
при f>t-y |
|
|
|
||
где а0а) — величина |
установившегося |
коэффициента |
вторичной |
||||||
сжимаемости (при ползучести); этот параметр определяется по гра |
|||||||||
фику рис. 6 8 и формуле |
(111.19'); Т — параметр гиперболического |
||||||||
ядра ползучести |
(см. § 5 гл. III) и az — коэффициент рассеивания |
||||||||
сжимающих напряжений (табл. 8 , СНиП |
Н-Б. 1—62); |
|
|||||||
б) |
при использовании метода эквивалентного слоя решение по |
||||||||
лучается более простым: |
|
|
|
|
|
|
|||
|
Sn/ = |
M o ~ m & [ |
1 |
- f |
i n ( l + |
у |
) ] |
|
|
|
|
|
|
|
при <<<, и |
(V.27) |
|||
|
Snt = |
h3a0™mkti |
1 |
— In ^ 1 -(- |
|
||||
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
при |
|
|
|
|
где o0»m — средний |
стабилизированный |
коэффициент |
вторичной |
||||||
сжимаемости при затухающей |
ползучести для толщи |
мерзлых |
|||||||
грунтов, определяемый по формуле (V.25) |
с заменой в ней величин |
суммарного коэффициента относительной сжимаемости a h на ко. эффициенты вторичной сжимаемости Я(0~){.
В случае постоянной нагрузки (р = const) формулы (V.27) зна чительно упрощаются, и выражение для деформации затухающей ползучести принимает при гиперболическом ядре ползучести еледующий вид:
snt= fi3a0ccmP ^ |
j • |
(V.28) |
Эту формулу и можно рекомендовать для применения на прак. тике.
При экспоненциальном ядре ползучести будем иметь
Sni—h^ocomPil — е -!{,<). |
(V.29) |
Формулы (V.22) — (V.29) определяют большую часть осадки мерзлых грунтов цод нагрузкой, обусловленную ползучестью мерз лых грунтов; полная же осадка будет несколько больше, так как к полученным величинам необходимо добавить начальную осадку So за счет фильтрационно-миграционной деформации, которая по опытным данным, как отмечалось ранее, составляет около 10% и не более 30% от полной деформации.
Пример * 8. Определим протекание во времени деформаций ползучести осно вания фундамента с площадью подошвы 3X4,8 м2, возводимого на пластично
мерзлых грунтах (0= —0,5°С).
Грунты основания от поверхности до глубины 5,6 м — пылеватая супесь (с объемным весом у=1»85 Т/м3, характеризуемая параметром гиперболического
ядра |
ползучести Г'=0,4 месяца и а'0 =0,01 см2/кГ); от глубины 5,6 до |
11 м — |
глина |
массивной текстуры (у=1,7 Т/м3; Т"=0 ,2 месяца, а //Оо о = 0 ,0 0 6 |
см2/кГ); |
Рис. 105. К примеру расчета нарастания во времени деформации за тухающей ползучести пластичномерзлого грунта при переменной нагрузке
давление на грунт на уровне подошвы фундамента равно /?=2,6 кГ/см2; скорость возрастания нагрузки &= 0,26 кГ/см2-мес в течение 10 месяцев.
Расчет произведен по формулам (V.26), причем глубина активной зоны сжа тия под фундаментом заданных размеров принята по СНиПу равной 660 см.
По результатам расчета построена кривая затухающей ползучести пластич номерзлого основания рассматриваемого фундамента (рис. 105, а). Расчет пока
зал, |
что полная стабилизированная деформация затухающей ползучести будет |
|
равна 7,6 см и около 88% ее величины произойдет |
к окончанию строительства |
|
(за |
10 месяцев от его начала). |
интенсивностью, например, |
|
Если же строительство будет вестись с большей |
в течение б месяцев, то развитие осадки во времени будет носить несколько иной характер и к окончанию строительства составит только 78% от полной стабили зированной осадки.
На рис. 105, 6 показан график степени стабилизации осадки (a = s nt/s «>) от продолжительности строительного периода.
* Пример заимствован из статьи Ю. К. Зарецкого «О реологических свойст вах пластичномерзлых грунтов», 1972 г.
ОСАДКИ МЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ ПРИ ОТТАИВАНИИ
§ 1. Значение прогноза осадок мерзлых грунтов при оттаивании
Если осадки, возникающие при оттаивании вечномерзлых грун тов в основаниях сооружений, не предусмотрены проектом, и вели чина их превзойдет предельные значения для данного сооружения, то неизбежно появятся недопустимые деформации и разрушения фундаментов и надфундаментных строений.
Большинство неудач при возведении сооружений на вечномерз лых грунтах обусловливается именно тем, что при допущении от таивания мерзлых оснований не учитываются их осадки и весьма резкие изменения прочностных свойств грунтов оснований: мерзлые грунты, расчетное сопротивление которых при сохранении отрица тельной температуры имеет величину порядка 5—20 кГ/см2, при оттаивании (особенно сильнольдистые) часто превращаются в раз жиженные массы, не способные нести нагрузку от сооружения.
Если деформации мерзлых грунтов при оттаивании, обусловлен ные резким (лавинным) изменением их структурных льдоцемент ных связей, имеют местный провальный характер (например, при действии локальных источников тепла — горячих печей, паровых котлов и пр.) и протекают быстро, сопровождаясь в большинстве случаев выдавливанием оттаявших грунтов, то они называются
просадками.
Если же при оттаивании вечномерзлых грунтов в основаниях сооружений имеют место общие деформации уплотнения (которые могут быть различны под разными фундаментами), то такие де формации называются осадками.
Величины и протекание во времени осадок мерзлых грунтов за висят не только от свойств мерзлого грунта (его структуры, нали чия ледяных включений и пр.) и действующей нагрузки, но и от температурного режима грунтов в процессе оттаивания. Кроме то го, осадки мерзлых грунтов при оттаивании будут происходить также и от действия собственного веса оттаявших грунтов, так как вследствие взрыхленности грунтов при промерзании и наличия у них кристаллизационных связей льда (льдоцементных) в естествен ных условиях они являются недоуплотненными.
Ниже будут рассмотрены осадки вечномерзлых грунтов при от таивании их с одновременным уплотнением нагрузкой от фунда ментов сооружений.
Согласно строительным нормам и правилам Госстроя СССР
(СНиП П-Б.6—66, п. 3.25), рекомендуется использование грунтов оснований в оттаивающем и оттаявшем состоянии «при наличии (в пределах расчетной глубины оттаивания) вечномерзлых грунтов, осадка которых при оттаивании не превышает предельных значений
(подчеркнуто нами. — Н. Ц.), если сохранение мерзлого -состояния грунтов основания по технологическим или конструктивным осо
бенностям здания и сооружения экономически нецелесообразно», а также в случае неглубокого залегания скальных пород. И далее: «...возможность допущения постепенного оттаивания грунтов осно вания в процессе эксплуатации здания или сооружения или необ ходимость предпосгроечного их оттаивания устанавливаются на основе предварительной оценки величины возможной осадки вечно мерзлых грунтов основания (подчеркнуто нами. — Н. Ц.) при их оттаивании».
Из приведенных цитат ясно, какое огромное значение имеет правильный прогноз осадок вечномерзлых грунтов при их оттаива нии под сооружениями.
Исследование осадок мерзлых грунтов при оттаивании начато было еще в 1933 г., когда был предложен способ испытания мерз лых грунтов в специальном приборе на осадку при оттаивании под нагрузкой *.
Этот способ давал возможность определять лишь общую осад ку уплотнения оттаивающих грунтов, не разделяя ее на составля ющие.
Начиная с 1937 г., и особенно в 1939—1940 гг., ввиду особой актуальности вопроса и требований практики, исследованию оса док мерзлых грунтов при оттаивании уделялось большое внимание. Здесь следует отметить работу Г. И. Лапкина (1939 г.), который на основании опыта в Норильске предложил разделять осадку мерзлых грунтов при оттаивании на две составляющие: «условную осадку оттаивания» (которая включает в себя осадку не только от таивания, но и постоянную при данном давлении — часть осадки обжатия) и переменную осадку обжатия, принимаемую пропорцио нальной увеличению давления сверх того, при котором испыты вался мерзлый грунт; работу А. Е. Федосова (1942 и 1944 гг.), пред ложившего способ прогноза водонасыщенных глинистых грунтов,
используя известную зависимость влажности глинистых грунтов от давления (не нашедший, однако, применения на практике); рабо ту М. Н. Гольдштейна (1942 г.), исследовавшего компрессию мерз лого грунта при нагрузке и разгрузке, и наши работы (1937— 1939 гг.) по исследованию компрессии мерзлых грунтов в процессе оттаивания с одновременным уплотнением оттаивающих грунтов под нагрузкой **.
Отметим, что на основе исследования компрессии оттаивающих грунтов был подробно разработан не только метод расчета окон чательных стабилизированных осадок фундаментов на оттаиваю щих грунтах (при строгом разделении их на величину, не завися щую от внешнего давления, так называемую осадку оттаивания, и на вторую составляющую — осадку уплотнения — прямую функ цию от нормального давления), но и метод прогноза протекания осадок оттаивающих грунтов во времени.
* Н. А. Ц ы т о в и ч . Основы механики грунтов. Стройиздат, 1934. ** См. сноски на стр. 26 и 42.
Отмеченные работы по исследованию осадок мерзлых грунтов при оттаивании (за период 1937—1942 гг.) получили дальнейшее развитие как в работах автора настоящей книги, так и ряда дру гих исследователей (В. П. Ушкалова, М. Ф. Киселева и др.). Цен ный вклад в теорию и практику прогноза осадок фундаментов на оттаивающих и оттаявших грунтах внесли работы последнего деся тилетия группы научных сотрудников НИИоснований, работавших под руководством автора (Ю. К. Зарецкий, М. В. Малышев, а в экспериментальной части — В. Г. Григорьева, В. Д. Пономарев и др.), которыми на основании более чем пятилетних подробных экспериментальных исследований (лабораторных и полевых) и аналитических расчетов составлены «Указания по расчету осадок оттаивающих и оттаявших грунтов во времени» (1967—1970 гг.), нашедшие применение на практике.
§2. Изменение сжимаемости грунтов при промерзании
ипоследующем оттаивании
Изучению влияния цикла промерзания и оттаивания на свойст ва грунтов был посвящен ряд работ М. Н. Гольдштейна, X. Ф. Винтеркорна, А. М. Пчелинцева, Н. К. Захарова, Е. П. Шушериной, наших совместно с В. Г Григорьевой, В. Д. Пономаревым и др.
Здесь мы остановимся лишь на • результатах исследований деформативных свойств, главным образом сжимаемости грунтов, под вергнутых замораживанию и последующему оттаиванию, как име ющих наибольшее практическое значение при прогнозе осадок мерзлых грунтов при оттаивании.
Как было показано ранее (гл. I и II), при промерзании влаж ных грунтов происходят весьма существенные изменения их тек стуры и структуры и формирование новой сложнейшей криогенной текстуры, что связано с миграцией воды и дисперсных минераль ных частиц в процессе промерзания грунта и последующего замер зания воды с увеличением ее объема, дифференциацией грунта по отдельностям, образующимися включениями льда, с обжатием ми неральных агрегатов и отдельных слоев грунта кристаллами льда и пр. и пр. Особенно сложное строение мерзлых грунтов имеет ме сто при промерзании их с подтоком воды извне с избыточным льдовыделением в виде ледяных линз, прослойков и пр., когда форми руется слоистая текстура мерзлых грунтов, а также при неодносто роннем промерзании водонасыщенных грунтов, когда формируется сетчатая (ячеистая) текстура с многочисленными тонкими прослой ками и ячейками льда, расположенными в различных направлени ях. При быстром промораживании влажные грунты приобретают в мерзлом состоянии массивную текстуру с более или менее равно мерным распределением порового льда по объему мерзлого грунта. Следует также отметить, что промерзание разжиженных глинистых грунтов сопровождается рядом физико-химических процессов, как то: свертыванием грунтовых коллоидов, агрегатированием глинис тых частиц и пр., причем плотность грунтовых агрегатов может
быть весьма значительной, достигая плотности ('консистенции) глин на границе пластичности W$.
Строение мерзлых грунтов (их текстура и структура) сущест венно сказывается на свойствах оттаивающих грунтов (их сопро тивлении сдвигу, что будет рассмотрено во второй части книги при оценке несущей способности оттаивающих грунтов, и особенно на величине показателей их деформируемости) .
Как отмечалось ранее (гл. I), лед в порах грунтов начинает таять при любом повышении температуры грунта, причем сцепле ние между минеральными частицами, обусловленное льдоцемент ными связями, уменьшается при приближении температуры грун та к нулю и наконец резко скачкообразно падает до совершенно незначительных величин при полном оттаивании грунта.
При оттаивании мерзлых грунтов в них возникает два противо положных процесса*: уплотнение, т. е. уменьшение пористости при отжатии талой воды, и набухание агрегатов, которое может обу словить при незначительной нагрузке на грунт увеличение его по ристости после оттаивания. Результирующим эффектом может быть как увеличение пористости грунтов после промерзания-оттаивания (что наблюдается особенно часто у дисперсных грунтов слоистой структуры), так (в отдельных случаях) и уменьшение ее.
Если после промерзания и последующего оттаивания пористость грунта увеличивается по сравнению с первоначальным ее значени ем (до промерзания), то коэффициент сжимаемости оттаявшего грунта (равный отношению» изменения коэффициента пористости грунта к производимому давлению) значительно увеличивается по сравнению с коэффициентом сжимаемости того же грунта, но не подвергавшегося замораживанию; при уменьшении пористости грунта (в особых условиях отжатия воды из переувлажненного грунта при его промерзании) наблюдается уменьшение коэффици ента сжимаемости (табл. 34). Однако наиболее характерным явле нием, почти всегда имеющим место в натуре, будет значительное увеличение коэффициента сжимаемости оттаявшего грунта (до не скольких раз), особенно при первых ступенях нагрузки на грунт;
при уплотнении же |
оттаявшего грунта давлением примерно в 2 — |
7 кГ/см2 изменения |
сжимаемости грунтов становятся незначитель |
ными.
По нашим специальным опытам**, поставленным по исследова нию изменений сжимаемости грунтов при промерзании и последую щем оттаивании, во всех случаях наблюдалось увеличение коэффи циента пористости грунтов при их замерзании и значительное увеличение их сжимаемости при оттаивании по сравнению с сжима емостью тех же грунтов при той же величине уплотняющей нагруз-
* Е. П. Ш у ш е р и н а. Исследование изменений физико-механических свойств грунтов в результате их промерзания и последующего оттаивания. Авто реферат кандидатской диссертации под руководством Н. А. Цытовича, Моск
ва, 1955.
** См. сноску * на стр. 42.
Влияние цикла промерзания — оттаивания на сж и м аем ость покровного суглинка (по опы там Е. П. Ш уш ериной)
|
Коэффициент сжимаем ости,смг/кГ |
|
|
|
|
Ступень на |
|
|
|
|
|
грузки, |
до промерза |
после цикла про |
Примечание |
|
|
кГ/см2 |
ния |
мерзанин-отта- |
|
|
|
|
|
ивания |
|
|
|
0 - 0 ,5 |
0,040 |
0,120 |
Коэффициент |
пористости |
до про |
0,5—1 |
0,02 |
0,050 |
мерзания— 0,71; |
после |
промерза |
1—2 |
0,025 |
0,040 |
ния — оттаивания — 0,75 |
|
|
2 - 4 |
0,018 |
0,022 |
|
|
|
4 - 8 |
0,021 |
0,014 |
|
|
|
0 - 0 ,5 |
0,426 |
0,233 |
Коэффициент |
пористости |
до про |
0,5— 1 |
0,120 |
0,087 |
мерзания — 0,99; |
после |
промерза |
1 - 2 |
0,067 |
0,040 |
ния — оттаивания — 0,83 |
|
|
2—4 |
0,030 |
0,037 |
|
|
|
ки, но не подвергавшихся замораживанию (табл. 35), что объяс няется резким изменением строения (текстуры) мерзлых грунтов при оттаивании.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а 35 |
|
|
И зм енение |
сж им аем ости |
грунтов |
при пром ерзании |
и |
оттаивании |
|
|||
|
|
|
|
При оттаивании и давлении |
При положительной темпе |
|||||
|
|
|
|
|
|
ратуре и давлении |
||||
|
|
|
|
|
Р = 1 кГ1см2 |
|
|
|||
Наименование грунта |
|
|
|
/7 —1 кГ/см2 |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
60 |
|
Ае |
е0 |
|
Ер |
Лб |
|
|
|
|
£Р |
а = |
|
а — |
|||
|
|
|
|
|
|
Р |
|
|
|
Р |
Песок |
|
(содержание |
|
|
|
|
|
|
|
|
фракции |
1—0,25 |
мм — |
0,649 |
0,606 |
0,043 |
0,628 |
0,619 |
0,009 |
||
9 3 % ) ................................... |
||||||||||
Пылеватый |
суглинок |
|
|
|
|
|
|
|
||
(содержание |
фракции |
0,710 |
0,619 |
0,091 |
0,703 |
0,688 |
0,030 |
|||
0,05—0,005 мм — 72%) |
||||||||||
Глина |
|
(содержание |
|
|
|
|
|
|
|
|
фракции |
0,005 |
мм — |
1,160 |
0,901 |
0,259 |
1,128 |
1,047 |
0,081 |
||
38%) |
|
|
|
|||||||
П р и м е ч а н и е , |
во — начальный |
коэффициент пористости; |
— коэффициент пористо |
|||||||
сти при давлении; а — коэффициент сжимаемости. |
|
|
|
|
Наибольшее увеличение пористости мерзлых грунтов, а следо вательно, и наибольшая их сжимаемость при оттаивании имеет ме сто у грунтов, промерзающих в условиях открытой системы с под током воды, когда формируется слоистая и сетчатая текстура со значительным количеством ледяных включений. Эти виды мерзлых грунтов при оттаивании всегда дают значительные осадки, а при
соответствующих влажности и давлении — просадки, тогда как пе реуплотненные грунты массивной текстуры или отдельные мине ральные прослойки между сжатыми ледяными прослойками (на пример, в прошлом находящиеся под давлением глетчеров и за мерзшие в уплотненном состоянии — под давлением) могут набу хать, т. е. увеличиваться в объеме, а не уплотняться, особенно при первых ступенях нагрузки. При некотором же давлении (большем «давления набухания») при оттаивании они также будут уплот няться и давать осадки.
При оттаивании резко меняется текстура грунтов, что сказыва ется не только на их сжимаемости, но, в первую очередь, и на водопроницаемости. Так, по опытам Е. П. Шушериной, для покров ного суглинка при первых ступенях нагрузки после промерзания — оттаивания скорость уплотнения (зависящая от фильтрационной способности грунтов и их сжимаемости) возрастает от 7 до 10 раз. По натурным наблюдениям Воркутской научно-исследовательской станции НИИОСП коэффициент фильтрации оттаявших грунтов во много раз больше коэффициента фильтрации грунтов немерз лых того же состава.
Результаты лабораторных и полевых исследований консолида ции оттаивающих грунтов, произведенные за последнее десятиле тие (1960—1970 гг.) автором с сотрудниками*, показали, что весь ма существенным показателем для оценки процесса протекания осадок оттаивающих грунтов во времени является их льдонасыщенность: будут ли грунты сильнольдистыми (tO6 ^0 ,5 ), а при от таивании текучеили текуче-пластичными, или слабольдистыми (iO6^0,25), а при оттаивании полутвердыми или твердыми, процесс консолидации их будет происходить совершенно по-разному. Если для грунтов сильнольдистых будет применима теория фильтраци онной консолидации (в специальной разработке, учитывающей осо бенности оттаивающих грунтов), то для слабольдистых преимуще ственное применение будут иметь теории ползучести.
Кроме того, при промерзании глинистых грунтов текучей и те куче-пластичной консистенции формируется сетчатая и слоистая текстуры мерзлых грунтов, что обусловливает их особые свойства при оттаивании, главнейшими из которых (на основании произве денных испытаний) можно считать следующие:
а) изменение коэффициента пористости этого вида мерзлых грунтов при уплотнении под нагрузкой намного больше, чем грун тов немерзлых;
б) водопроницаемость оттаивающих сильнольдистых грунтов в десятки и сотни раз больше водопроницаемости тех же грунтов после оттаивания, но уменьшается с течением времени, завися от компрессионного изменения коэффициента пористости грунта;
* 1. Н. А. Ц ы т о в и ч , В. Г. Г р и г о р ь е в а , Ю. К. З а р е ц к и й . Ис следование консолидации оттаивающих льдонасыщенных грунтов. Сб. НИИоснований, № 56. Госстройиздат, 1966; 2. В. Д. П о н о м а р е в . Экспериментальные исследования особенностей деформирования оттаивающих глинистых грунтов. Кандидатская диссертация под рук. Н. А. Цытовича. ПНИИИС, Москва, 1967.
в) поровое давление |
в оттаивающих сильнольдистых грунтах |
в течение всего процесса |
оттаивания остается неизменным; |
г) грунты плотные (полутвердой и твердой консистенции) при оттаивании обладают определенной структурной прочностью, а ко эффициент порового давления на границе оттаивания всегда намного меньше единицы.
В дальнейшем будут более подробно рассмотрены осадки мерз лых грунтов при оттаивании, их величина и протекание во времени на основе результатов непосредственных опытов по исследованию компрессии мерзлых грунтов при оттаивании и их осадок в усло виях невозможности бокового расширения при действии местной нагрузки. Анализируя результаты непосредственных опытов по ис следованию осадок мерзлых грунтов при оттаивании, необходимо иметь в виду качественные изменения грунтов при промерзании и оттаивании, описанные в настоящем параграфе, и основные физи ческие предпосылки, как вытекающие из изложенных материалов, так и устанавливаемые на основе специальных опытов, описанных ниже.
§ 3. О компрессии мерзлых грунтов при оттаивании
Методика испытания мерзлых грунтов при их оттаивании на компрессию (уплотнение под равномерной нагрузкой без возмож
ности бокового расширения |
грунта) |
разрабатывалась еще в 30-х |
|||||||
|
|
|
годах. Автором |
был |
предло |
||||
|
|
|
жен специальный прибор — не |
||||||
|
|
|
теплопроводный |
одометр |
(рис. |
||||
|
|
|
106), обеспечивающий |
плоско |
|||||
|
|
|
параллельное |
оттаивание |
об |
||||
|
|
|
разцов мерзлых грунтов во вре |
||||||
|
|
|
мени от тепла нагревателя с |
||||||
|
|
|
фильтрующим дном как без на |
||||||
|
|
|
грузки на грунт, так и при рав |
||||||
|
|
|
номерной уплотняющей нагруз |
||||||
|
|
|
ке до 7— 8 кГ/см2. Этот прибор |
||||||
|
|
|
в |
настоящее |
время |
широко |
|||
Рис. 106. Одометр системы Н. А. Цы- |
применяется |
на практике. |
соб |
||||||
товича для испытания мерзлых грун |
|
Следует отметить, |
что |
||||||
тов на осадку |
при оттаивании: |
людение |
плоскопараллельного |
||||||
/ — нетеплопроводная |
пластмасса; |
2 — |
оттаивания |
является |
обяза |
||||
термопара или 3 —термометр |
|
||||||||
|
|
|
тельным, так как в противном |
||||||
случае не будут соблюдаться условия одномерной задачи |
(равно |
||||||||
мерного сжатия |
без возможности |
бокового |
расширения |
грунта). |
Это, к сожалению, не учитывают некоторые специалисты, испыты вающие мерзлые грунты на осадку при оттаивании в металлических кольцах, что конечно, создает условия, не соответствующие постав ленной одномерной задаче, и приводит к результатам, зависящим от неравномерности оттаивания с боков и сверху образца, т. е. к пространственному случаю оттаивания, трудно поддающемуся ана лизу.
Первые опыты автора (1933 г.), как отмечалось ранее, ставили своей целью определить лишь полную стабилизированную осадку оттаивающих грунтов в условиях невозможности бокового их рас ширения. Естественно, что величина ее в случае компрессионного сжатия мерзлых грунтов при оттаивании с одновременным уплот нением при соблюдении вышеописанных граничных условий точно соответствовала известной из общей механики грунтов зависимо сти для одномерной задачи:
|
» = Т ^ ( А * ) , , |
(Д.) |
где h — полная глубина оттаивания (всего |
слоя испытываемого |
|
грунта), |
см\ ео — начальный коэффициент |
пористости мерзлого |
грунта; |
(Де)р — компрессионное изменение |
коэффициента порис |
тости при равномерном давлении на грунт интенсивностью р кГ/см2. При полном оттаивании испытываемого слоя грунта величины h и ео будут постоянными; остается переменной, от которой зависит
полная стабилизированная осадка оттаивающего грунта, величи на (Ле)р, являющаяся функцией не только свойств грунта, но и внешнего уплотняющего давления р.
В дальнейших опытах по изучению изменений коэффициента пористости (Де)р при оттаивании мерзлых грунтов без нагрузки и при различной ее величине и было уделено особое внимание.
Опыты по детальному испытанию оттаивающих грунтов на ком
прессию |
выполнялись |
во втором этапе исследований (1937— |
1940 гг.) |
и включали |
определение деформаций уплотнения (а по |
ним и изменение коэффициента пористости грунтов) как в мерзлом состоянии, так главным образом, в процессе оттаивания и далее — при последующем нагружении оттаявшего грунта.
Кроме того, впервые были поставлены специальные исследова ния процесса нарастания осадок оттаивающих грунтов (песчаных и глинистых) во времени до достижения грунтами стабилизирован ного состояния, что будет рассмотрено несколько «иже.
В подтверждение сказанному о важности исследований измене ний коэффициента пористости Ае грунтов при компрессии на рис. 107 показаны полученные в наших опытах компрессионные кривые при положительной температуре грунтов (немерзлых) и при оттаивании тех же грунтов, но мерзлых при одной и той же уплот няющей нагрузке (на оттаивающие и немерзлые грунты) интен сивностью в 1 кГ/см2.
Из сопоставления компрессионных кривых для немерзлых грунтов с мерзлыми при оттаивании с очевидностью вытекает, что
наибольшие изменения коэффициента пористости имеют место в
процессе оттаивания, и величиной, определяющей осадки оттаива ющих грунтов, будет изменение коэффициента пористости Ае в процессе оттаивания.
Полные исследования компрессии оттаивающих грунтов прово дились как автором с сотрудниками на целом ряде характерных мерзлых и вечномерзлых (с ненарушенным строением) грунтов,