Механика мерзлых грунтов общая и прикладная

лотнения мерзлого грунта в процессе его оттаивания при одновре­ менном действии постоянной местной нагрузки, т. е. при

При глубине оттаивания мерзлого грунта под фундаментами сооружения ^ 2 hB, осадка уплотнения от действия постоянной на­ грузки от фундаментов сооружения принимает постоянное значе­ ние, равное a%iph3. Тогда

Отметим, что для середины здания можно принимать глубину протаивания грунтов равной

ht= h V I

где Р/ — тепловой коэффициент, определяемый теплотехническим расчетом.

Формулами (VI.37) и (VI.37') и можно пользоваться при расче­ те осадок уплотнения мерзлых грунтов под фундаментами сооруже­ ния в процессе оттаивания мерзлых грунтов.

Пример 11. Определить осадку оттаивающего слоя мерзлого грунта (рассчи­ танную ранее в примере 10 по методу автора) при прежнем задании.

Осадку за время t рассчитываем по формулам (VI.27) и (VI.28):

St = S\t + s^t

или

Тогда по табл. 39 ул=0,84; 72=0,72 и величина осадки мерзлого слоя грунта при оттаивании его в течение 1 года будет равна

s M год = 0,02-4 + 0,001 ^0,84-4-20+ 0 ,7 2 - ^ j = 0,153 м ,

т. е. осадка за 1 год будет равна 15,3 см.

260

Важно отметить, что в примере 10, рассчитанном по приближен­ ному инженерному методу автора, осадка того же слоя мерзлого грунта за 1 год получилась равной 15 см.

Приведенные данные показывают, что оба изложенных метода прогноза осадок оттаивающих грунтов во времени дают вполне со­ поставимые результаты.

В случае местной нагрузки (пространственная задача при на­ грузке на грунт от фундаментов сооружения) расчет величины и

затухания осадок доуплотнения грунта s(3^ во времени произво­ дим также по методу эквивалентного слоя грунта, принимая тре­ угольное очертание эквивалентной эпюры уплотняющих давлений с основанием, равным внешней нагрузке р и высотой, равной удво­ енному эквивалентному слою грунта /ta=2/ia.

Если учитывать только фильтрационную консолидацию доуплотнения оттаявших грунтов (что, например, приемлемо при малой фильтрационной способности грунтов), то для осадки под действи­ ем нагрузки будем иметь *

4 S > = . ^ « L ( i _ Xl) x

х {‘--5-К ‘- т К + 'Н 1+£ )е-,ЛГ- •••]}•<VL38>

где N = ^ 3 L f ;

&om » '— средние коэффициент относительной сжимаемости и коэффициент фильтрации грунта после его полного оттаивания; fta=2/ia— максимальная мощность активной зоны сжатия.

Если же оттаявший грунт достаточно водопроницаем (напри­ мер, в случае мелких песков, супесей, ленточных суглинков и пр.), то фильтрационная консолидация доуплотнения будет иметь малое значение, и основную величину осадки составит деформация зату­ хающей ползучести.

Тогда согласно формуле (V.15) будем иметь:

что будет применимо, главным образом, в случае оттаявших глини­ стых грунтов, обладающих известной уплотненностью (полутвер­ дых, тугопластичных и пр.).

Для грунтов же, взрыхленных при промерзании, а также неуп­ лотненных (песчаных, сильнольдистых глинистых и пр.), будет бо-

* См. сноску на стр. 127, формула (125).

лее применима формула (V.17), согласно которой

(VI.40)

где б, Т — параметры затухающей ползучести.

§ 7. Осадки оснований при предварительном оттаивании вечномерзлых грунтов

В предыдущем параграфе были рассмотрены осадки в процессе оттаивания мерзлых грунтов и осадки доуплотнения уже оттаяв­ ших грунтов. Однако в ряде случаев для улучшения строительных свойств естественных оснований в области вечномерзлых грунтов применяют предварительное оттаивание вечномерзлых грунтов, что, во-первых, уменьшает общую осадку грунтов на величину осадки оттаивания, а, во-вторых, грунты приобретают более уплотненное состояние (под действием собственного веса грунта, а иногда и при применении специальных методов уплотнения и закрепления), что обусловливает меньшую их деформируемость в оттаявшем состоя­ нии. В настоящем параграфе мы и рассмотрим осадки оснований при предварительном оттаивании вечномерзлых грунтов и после­ дующем загружении их местной нагрузкой.

Для расчета осадок фундаментов и их изменения во времени 'не­ обходимо экспериментально получить расчетную .компрессионную кривую для грунтов, оттаявших только под действием собственного веса (без внешней нагрузки), чтобы взрыхленность, обычно возни­ кающая при замерзании грунтов, особенно при избыточном льдовыделении, могла быть полностью учтена.

Как показывают детально проведенные опыты, изменение коэф­ фициента пористости оттаявших грунтов, величина которого про­ порциональна осадке уплотнения, при увеличении внешнего давле­ ния нелинейно зависит от увеличения давления, даже при неболь­ шом диапазоне его изменения (рис. 120).

Нелинейность и значительные изменения коэффициента пористо­ сти оттаявших грунтов необходимо полностью учитывать при про* гнозе осадок фундаментов на предварительно оттаявших грунто­ вых основаниях.

Изменение коэффициента пористости оттаявших только под дей­ ствием собственного веса грунтов может быть описано экспонен­

где Ает ах = еиач —еКои— разность начального и конечного (для все­ го диапазона давлений) коэффициентов пористости; ак— коэффи­

262

Т а б л и ц а 41

нием, равным давлению от фундаментов р, и высотой, равной удво­ енной мощности эквивалентного слоя грунта, т. е. /1а= 2Лэ (рис. 122).

Здесь будут иметь место два расчетных случая: 1) изменения коэффициента пористости оттаявшего грунта велики и нелинейно зависят от величины внешнего давления (см. рис. 120) и 2) ком­ прессионные изменения пористости пропор­ циональны изменению внешнего давления (как это обычно принимают для немерзлых грунтов).

1. В первом случае для осадок уплотне­ ния будет справедливо выражение (VI.43), в котором следует положить коэффициент оттаивания А= 0 и вместо M = aKy'ht, под­ ставить М' = ак'р, где р — величина внешне­ го давления от фундаментов сооружения:

U(p ) при изменении уплотняющих давлений по эквивалентной тре­ угольной эпюре, будет иной, а именно:

£/<£>=/(Ж', N '),

где

N ' = - ^ - t ; М '= а кр. 4h\

*

Для облегчения вычислений в табл. 42 приведены значения сте­

пени консолидации f7p) как функции величин N' и М'.

2. При небольшой величине внешнего давления, когда измене­ ния коэффициента пористости грунтов без большой погрешности можно принимать линейно зависящими от давления, величину и протекание во времени осадок фундаментов на уже оттаявшей и уплотненной собственным весом толще грунтов, рассчитываем по известным формулам общей механики грунтов *.

* См. сноску на стр. 120.