- •Раздел I
- •Теоретические основы инженерной геодинамики
- •Глава 1
- •Глава 2
- •Техногенные геологические процессы и явления
- •Подготовительные и определяющие процессы и явления
- •Глава 4
- •Геологические системы и их модели, по а. А. Махорину (Теоретические основы..., 1985)
- •Глава 5
- •Классификация (сопоставление) природных геологических и инженерно-геологических процессов (по и. В. Попову, 1951)
- •Глава 6
- •Раздел II
- •Эндогенные геологические процессы и явления
- •Глава 7 сейсмические явления
- •Природные землетрясения
- •Причины землетрясений
- •Оценка силы землетрясений
- •Глава 8
- •Глава 9
- •Раздел III
- •Природные и техногенные экзодинамические процессы и явления
- •Глава 10
- •Глава 1 1
- •Переработка берегов
- •Глава 12 эрозионные процессы
- •Средние скорости течения рек, по г. П. Горшкову и л. Ф. Якушевой (Горшков, 1982)
- •Глава 13
- •Глава 14
- •I группа факторов, изменяющих свойства горных пород, слагающих склон или откос
- •II группа факторов, изменяющих напряженное состояние горных пород прноткосного массива
- •Характерные признаки оползневого процесса на отдельных стадиях его развития
- •I. Подготовительная стадия
- •Методы прогнозов оползневых процессов (по Современные методы»., 1981)
- •1 Фактическое число проявлений по годам; 2 — их прогнозное значение.
- •Глава15
- •I Преобладает пылеватая фракция (0.05-0.002 мм) с содержанием более 50 %. Глинистая фракция (диаметром менее 0.002 мм) не превышает 25-30 %
- •Глава 16 карстовые явления
- •I, II, III и IV — вертикальные; а,БиВ — горизонтальные
- •Оценка закарстованности и прогноз устойчивости территорий и сооружений
- •Глава 17
- •Глава 18
- •Глава 19
- •Глава 20
мероприятия
по ликвидации последствий гравитационных
явлений.
В
практике строительства и эксплуатации
противооползневых и противообвальных
мероприятий большое значение имеют
работы по обоснованию инженерной
защиты на разных этапах освоения
территорий. При современном уровне
развития техники стало возможным
защитить от гравитационных явлений
любую территорию и инженерное
сооружение (табл. 14.13). Для этого имеются
необходимые строительные материалы и
конструкции, машины и механизмы для их
производства и сооружения в нужном
месте. Чаще всего при гравитационных
явлениях наблюдается не разрушение
защитного сооружения, а его перемещение,
опрокидывание и обход. Оползневые
склоны ползут вместе с дренажными и
подпорными сооружениями по причине
их неправильного расположе-
340
Таблица
14 12
Классификация
противооползневых и противообвальных
мероприятий по их назначению
Категория
мероприятий
Предупреж
дающие
Ограничи
вающие
Ликвида
ционные
Виды
мероприятий
Оценка
динамики изменения степени устойчивости
склона или откоса Установление основных
факторов, воздействие которых
существенно влияет иа степень
устойчивости Лесомелиорация Регулирование
поверхностного стока Профилактические
мероприятия (наблюдения, создание
охранных зон)
Мероприятия
по улучшению свойств пород (дренаж,
техническая мелиорация, покрытия,
тампонаж, закрепление блоков штангами
и др )
Мероприятия
по уменьшению сдвигающих усилий
(террасирование, пригрузочиые призмы,
сваи, шпонки, анкеры)
Подпорные
сооружения (железобетонные стенки,
коитрабан- кеты, анкеры)
Защитные
сооружения от абразионной и эрозионной
деятельности поверхностных вод
Перекрытия
и покрытия от обвалов и камнепадов
Разборка
(полная или частичная) оползневого
тела
Разборка
сооружений защиты
Восстановление
территории и принятие решений о мерах
ее защиты и дальнейшем освоении
Назначение
Контроль
за состоянием склонов, откосов и
инженерных сооружений
Ограничение
влияния и управление воздействиями
основных факторов, построение локальных
сооружений
Предотвращение
изменений геологической среды и
ограничение внешнего воздействия
Ограничение внешнего воздействия
на особо опасных участках
Увеличение
сил сопротивления сдвигающим усилиям
Уменьшение
суммарного воздействия сдвигающих
усилий иа поверхностях скольжения
Предотвращение
реализации оползневых и обвальных
явлений, защита сооружений и берегов
Предотвращение
попадания блоков пород иа дорожное
полотно и другие объекты
Установление
механизма и причин гравитационных
явлении, морфологии и положения
поверхностей скольжения, состояния
и дефектов сооружений инженерной
защиты
Прогноз
условий дальнейшей эксплуатации
сооружений
341
1
2
Рис.
14.35. Подпорная стенка, построенная для
обеспечения устойчивости склона в
предположении наличия только одной
поверхности скольжения (1).
1
1
Рис.
14.36. Укрепление уступа карьера
железобетонными сваями. 1—1
— слабый контакт по наслоению в
песчаниках.
342ния
по отношению к поверхности скольжения
и основного направления касательных
напряжений. На рис. 14.35 показана схема
укрепления дорожной выемки подпорной
стенкой после выявления первой
трещины и предположения только одной
поверхности скольжения, являющейся
продолжением этой трещины. Расчеты
показали увеличение коэффициента
устойчивости на 15 %, но со временем в
откосе появилась еще одна трещина и
сформировалась более глубокая поверхность
скольжения, прошедшая ниже подпорной
стенки. В результате защитное сооружение
переместилось вместе с оползневым
телом.Возведение
свай в пластичных глинах оказывается
малоэффективным, так как глины их
«обтекают», а на полускальных слоистых
склонах сваи, анкеры и шпоны должны
пройти нижним концом через слабый
контактный слой и войти на глубину не
менее 1 м в устойчивые породы (рис.
14.36). Отдельные обвалоопасные блоки
закрепляются анкерами к устойчивому
массиву пород.
Активные причины, вызывающие оползни |
Меры борьбы |
|
мероприятия |
виды |
|
Изменение напряженного со- стовния глинистых пород (перепад давления) |
Уполаживание склонов и откосов |
Срезка земляных масс в верхней части откоса и укладка их у подножия для пригрузки в месте ожидаемого выпирания |
Подземные воды |
Перехват подземных вод выше оползня |
Горизонтальный дренаж: трубчатый дренаж, сплошная прорезь, дренажная галерея, горизонтальные скважины-дрены Вертикальный дренаж: забивные и сквозные фильтры, колодцы, сифонный дренаж |
Поверхностные воды |
Защита берегов от абразии Защита берегов от боковой эрозии |
Волиоотбойиые стеиы. Волноломы подводные и надводные. Буны. Завоз пляжного материала Мощение откоса. Тюфяки. Каменная наброска. Струевые иапрааляю- щие сооружения |
Атмосферные осадки |
Регулирование поверхностного стока |
Микропланировка. Лотки, кюветы, канавы, быстротоки, дорожки, дороги |
Выветривание |
Зашита грунтов поверхности склона |
Одериовка, посев трав, древонасаждение. Замена грунта (плакировка). Изоляция поверхности |
Совокупность рада активных причин |
Механическое сопротивление движению Изменение физико- технических свойств грунта |
Подпорные стеиы. Свайные ряды, шпонки. Земляные коитрбаикеты. Замена грунтов поверхности скольжения Подсушка и обжиг глинистых грунтов. Электрохимическое закрепление грунтов |
Некоторые виды человеческой деятельности |
Специальный режим в оползневой зоне |
Сохранение склонов в устойчивом состоянии. Ограничение в производстве строительных работ. Режим эксплуатации различных сооружений |
343
ПРОСАДОЧНЫЕ
ЯВЛЕНИЯ В ЛЁССОВЫХ ПОРОДАХ
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
И ЗНАЧЕНИЕ
344На
железнодорожных трассах, проходящих
в выемках на скальных склонах или по
их основаниям, устанавливаются
специальные покрытия металлическими
стенками, которые предохраняют от
обвалов и вывалов. Такое же назначение
имеют и покрытия из набрызг- или
торкрет-бетона, предохраняющие, кроме
того, горные породы от выветривания
(Ройнишвили, 1973). На крутых откосах
выемок используют каменную кладку в
виде облицовочной стенки, которая
также предохраняет породы от выветривания
с последующими вывалами и камнепадами.
И наконец, в очень опасных местах
обвалов, вывалов и камнепадов сооружают
перекрытия железнодорожного полотна
из железобетонных и бетонных
конструкций. В редких случаях дороги
пропускают через туннели.На
автодорогах, проходящих по пересеченной
местности, оползневые явления проявляются
на природных склонах, подрезанных
этими дорогами, на откосах выемок и
полувыемок, а также на насыпных
сооружениях. Здесь идет активная борьба
с нарушениями устойчивости трассы
и условий безопасности эксплуатации
дорог на оползневых участках. В табл.
14.13 приведен перечень различных мер
этой борьбы. А. М. Дранников и др. (1972)
отмечают, что проектирование и
строительство противооползневых
мероприятий должно базироваться на
точном анализе активных причин
образования оползней, требующем
детального изучения природных
условий.На
угольных и рудных карьерах, достигающих
в настоящее время глубин в несколько
сотен метров, борьба с оползневыми и
обвальными явлениями получила свое
развитие с учетом специфики
строительства и эксплуатации откосных
сооружений в различных геологических
условиях. Разработаны методы и способы
управления их устойчивостью
(Галустьян, 1992).Глава15
К
лёссовым
породам
относят континентальные глинистые
отложения четвертичного возраста
(супеси, суглинки, глины) различного
генезиса, обладающие комплексом
специфических свойств. Лёссовые породы
являются предметом изучения разных
научных направлений (четвертичной
геологии, географии, петрографии,
инженерной геологии, почвоведения,
механики грунтов и др.). Условия
формирования лёссовых пород и их
физико-механические свойства детально
изучаются в инженерной геологии, где
им посвящено ог
345ромное
количество работ таких известных
специалистов, какВ. П.
Ананьев, JI.
Г.
Балаев, Г. К. Бондарик, М. Н. Гольдштейн,
М. Я. Денисов, Н. И. Кригер, В. И. Крутов,
А. К. Ларионов, М. П. Лысенко, И. И. Молодых,
С. С. Морозов, И. В. Попов, Е. М. Сергеев,
В. Т. Трофимов и др. В связи с этим в
данной главе мы будем рассматривать
только вопросы, касающиеся просадочных
явлений
в лёссовых породах.Среди
специфических признаков лёссовых
пород, определяющих просадочные
явления, необходимо отметить три самые
главные: преобладание пылеватой
фракции
(0.05—0.002 мм) в их составе (50—80 вес. %),
высокую пористость,
в том числе макропористость (>50 %),
и просадочностъ
— потерю связности при увлажнении с
последующим быстрым уплотнением под
весом вышележащих пород и нагрузкой
от зданий и сооружений.Разная
степень проявления отдельных «лёссовых»
признаков может являться основой для
типизации лёссовых пород. Среди них
выделяют типичные лёссы и лёссоподобные
образования (лёссовидные суглинки).
Многие в основу разделения лёссовых
пород кладут их генезис, считая типичными
лёссами породы только эолового
происхождения. Другие считают, что
просадочность характерна только для
эоловых образований, поэтому если она
отсутствует, то породы следует
считать лёссовидными. Некоторые
принимают за определяющий признак
просадочности макропористость
лёссовых пород, но это не всегда
соответствует реальности. Одна из
первых попыток создать инженерно-геологическую
классификацию лёссовых пород
приведена в табл. 15.1. Она базируется
на комплексе признаков, определяющих
условия освоения территорий, покрытых
лёссовыми породами различного генезиса,
состава, состояния и способности к
просадочным явлениям.Просадочность
лёссовых пород является интегральным
свойством деформирования, которое
связано с большим набором обусловливающих
его особенностей этих пород.
Пространственная изменчивость
лёссовых пород (Бондарик и др., 1976), а
также многообразие источников
естественного и искусственного
увлажнения создают благоприятные
условия для неравномерных проявлений
просадок в пространстве, во времени,
по масштабам деформаций и приуроченности
их к разным узлам сооружений и зданий.
Неравномерность и большая скорость
протекания процесса в большинстве
случаев приводят к аварийным ситуациям
и значительной сложности прогнозирования
и предупреждения просадочных явлений,
а также своевременного принятия
противопросадочных мер. Следует иметь
в виду, что в инженерной геологии и
механике грунтов термин «просадочные
явления»
трактуется более широко, как резкое
увеличение плотности грунтов под
давлением в результате увлажнения
(в лёссах), оттаивания (в ММП), динамического
воздействия (в тиксотропных грунтах).
Породы, в которых происходят эти
явления, называются просадочными.
Природа просадочности у разных пород
неодинакова, но у всех этих пород процесс
Характерные признаки |
Деградированные |
опесчаненные |
глинистые | гидрофильные |
|||
j увлажненные 1 уплотненные |
каменные |
|||||
Внешний облик пород |
Светло-палевые, S Темно- j Светло- или тем- макропористые, j палевые, \ ио-палевые, сла- неслоистые, неж- макропо- бомакропорис- иые на ощупь 1 ристые, ие- 1 тые, иеслоистые, ! слоистые, t плотные, нежные 1 нежные на \ на ощупь |
Светло-палевые, слабомакропо ристые, неслоистые, плотные, массивные |
Светл оокрашеииые, макропористые |
1 Темноокрашенные, макропористые, жирные на ощупь |
[
мииераль- I ный
Кварцево-полевошпатовый
с преобладанием в глинистой фракции
минералов групп каолинита и гидрослюды
грануломет
рический
I
воднораст- ■ воримые ! соединения
Естественная влажность W,
%
Пористость
п,
% Соотношение W
Просадочность
Преобладает
грубая
пьшь
(0.05-0.01
мм);
содержание
глинистой
|
фракции I
<
15-20 % I
Основное
место занимают карбонаты (10-15 Иногда
встречаются гипс, галит и др.
Значительная,
Незначительная
£20
%,
чаще
10-15% 1 >20-22
Высокая,
> 40-45 %
л-28
0.64
W>0.64
1-0.01л
Просадочиые
I
Чаше
водонасышенные
л-28
1-0.01л |
Непросадочные
Высокое
содерж.
карбонатов
(50-60
%)
Не
превышает
макс.
гигроско-
I
пическую
Низкая,.
<40%
W
-
любое
Такой
же, как и в лёссах, но может быть менее
однородным
Высокое
содерж. частиц размером > 0.05 мм (> 40
%) при незначит. содерж. глин, частиц
Пылеватая
фракция > песчаной;, Глинистая > 25-30
%
В
глинистой фракции преобладают
гидрофильные минералы (монмориллонит,
байделлит и др.)
Пылеватые
глинистые породы
Такие
же, как в лёссах, ио иногда в меньшем
количестве
Незначительная,
5-10%
Невысокая,
<45 %
В
зависимости от местных климатических
н гидрогеологических условий, но всегда
больше 10-15 % Высокая, как правило, > 45
%
W
-
любое
Слабопросадочные
или непросадочные
Непросадочные
а б
а
— по лабораторным испытаниям е
\
б
— по полевым опытам штампом s
=
р3
— нагрузка, при которой произошло
замачивание лёсса.
Рис.
15.2. К методике определения величины
относительной просадочности е4,
при разных давлениях методом двух
кривых (а) и начального давления
просадочности pd
по
графику е,(
=
/(р) (б).
347I Преобладает пылеватая фракция (0.05-0.002 мм) с содержанием более 50 %. Глинистая фракция (диаметром менее 0.002 мм) не превышает 25-30 %
IРис.
15.1. Деформационные кривые просадочных
лёссовых пород.просадки
начинаетря с разрушения структурных
связей, неустойчивых к данному виду
воздействия (водонеустойчивых в лёссах,
теплонеустойчивых в ММП и т. д.).Просадочность
лёссовых пород можно показать на примере
анализа деформационных кривых (рис.
15.1), построенных по результатам
лабораторных и полевых экспериментов.
Она выражена резким возрастанием
деформаций уплотнения при замачивании
опытного образца, находящегося под
постоянной нагрузкой. Показателем
просадочности является величина
относительной просадочности г,
= (е, - е2)/(1
+ е,) (рис. 15.1,с) или М
= S1/Sl
(рис.
15.1,6). Индекс si
происходит
от слова slum
—
просадочность. Для количественных
оценок и прогнозов необходим еще один
показатель — начальное просадочное
давление Pfl,
определяемое
при относительной просадочности, равной
0.01 (рис. 15.2).
348Лёссовая
порода в соответствии со СНиП 2.02.01-83
считается просадочной, если ej(
>0.01
при действующем давлении от собственного
веса и нагрузки здания и сооружения.Просадочные
явления в лёссовых породах могут
происходить в природных условиях под
влиянием их собственного веса и
увлажнения водами разного происхождения,
образуя понижения в рельефе, которые
называются по-разному в зависимости
от региона распространения: степные
блюдца, падины, западины, поды, колки и
т. п. (Молодых, 1982). Детальное изучение
форм просадочности стало проводиться
во второй половине нашего столетия в
связи с ростом темпов и масштабов
хозяйственного освоения территорий,
покрытых лёссовыми отложениями, на
которых, как известно, сформировались
очень плодородные почвенные покровы
(чернозем и серозем). В результате
долголетних исследований на территории
Украины была разработана подробная
классификация запа- динных морфоскульптур
с выделением двух типов по направленности
развития, шести подтипов по генезису,
одиннадцати классов по литологогенетическим
характеристикам, десяти видов по
региональной принадлежности и десяти
разновидностей по форме и размерам
(Молодых, 1982). В табл. 15.2 данная классификация
приведена в сокращенном виде.По
своим размерам в плане поды и степные
блюдца очень неоднородны. Первые
формы могут быть диаметром от 200—400 м
до 2—4 км, вторые — от нескольких десятков
до нескольких сотен метров, распределенных
с плотностью от 30 до 300 блюдец на 1 км2.
Воронки характеризуются незначительными
размерами — от 3 до 30 м в диаметре и
от 5 до 10 м по глубине. Гетерогенные
формы могут иногда иметь- в диаметре
до 15 км.Глубина
просадочных форм незначительная и
зависит от мощности лёссового
покрова, его просадочности и возраста.
В разных природных условиях понижения
в рельефе составляют в среднем от 0.5 до
3 м (редко 5—6 м), а мощность измененных
(уплотненных, увлажненных, оглеенных)
лёссовых отложений достигает 10 и более
метров, при этом их свойства покровных
отложений существенно изменились
и, как правило, потеряли свой лёссовый
облик.Природа
подов и степных блюдец объясняется
разными исследователями по-разному.
Естественней всего объяснить эти
понижения в лёссовых толщах их
уплотнением при дополнительном
увлажнении, т. е. просадкой. Однако
расчеты величины суммарной просадки
показывают, что во многих случаях она
меньше глубины подов и блюдец.
Следовательно, просадка, несомненно
играющая важную роль в образовании
этих форм, не является их единственной
генетической причиной. Второй причиной,
по мнению других исследователей,
является действие температурного
фактора в периоды оледенений, т. е.
термокарст..
Рассматривая эти два главных фактора
в комплексе с другими факторами и
условиями, И. И. Молодых (1982) пришел к
выводу, что поды и степные блюд-
Типы (по направленности развития) |
Подтипы (по генезису) |
Классы (по литологии вмещающих пород) |
Гомогенные |
Поды (термокарстовые) |
Поды погребенные — в субаэральных тяжелых лёссовидных суглинках н глинах |
|
|
Поды выражены в рельефе — в субаэральных тяжелых суглинках и глинах |
|
|
Двухъярусные поды — нижний ярус в нижней н средней плейстоценовой толще, верхний — в легких и средних суглинках |
|
Степные блюдца (субтермокарстовые) |
В лёссовидных легких и средних суглинках и супесях |
|
|
В аллювиальных и водноледниковых песках |
|
Воронки и котловины (карстовые и суффозионные) |
В карстующихся грунтах плейстоцена На участках со снятым слоем покрывающих пород |
|
|
В лёссовидных породах, содержащих гипс |
Гетероген ные |
Цепочка термокарстовых подов, генерализованных в крупные поды |
Двухъярусные поды — нижний ярус в нижней и средней плейстоценовой толще, верхний — в легких и средних суглинках |
|
Крупные поды — лиманы и речные водоемы |
В засоленных породах с минерализованными грунтовыми водами |
|
Серия степных блюдец |
В лёссовых суглинках и супесях |
349
350ца
имеют разную природу. Так, например, в
Сибири и Якутии наблюдаются понижения
в рельефе, которые точно соответствуют
объему растаявшего льда, а условия этих
регионов можно считать аналогами
древних условий лёссово-перегляциальных
областей Украины, где распространены
поды.Главным
фактором образования степных блюдец
по многим признакам является
просадочность, т. е. деградация лёссовых
пород в условиях переувлажнения, которое
могло произойти повторножильными
льдами, образовавшимися в ледниковые
периоды в полигональных трещинах
лёссового покрова. В современных
условияхпри
строительстве гидротехнических
сооружений (особенно ирригационных)
на лёссовых породах аналогичные
понижения в рельефе формируются за
счет избыточного увлажнения лёссовой
толщи.Важность
изучения просадочности, как и любого
другого геологического явления, при
оценке устойчивости сооружений и при
прогнозе угрожаемое™ экологической
безопасности определяется характером
и масштабами явления, а также частотой
его возникновения, связанной с
распространением лёссовых пород.Распространение
лёссов детально рассмотрено в работе
Н. И. Кри- гера (1965). В Европе лёссовые
породы протягиваются с запада на восток,
начинаясь в Англии, при этом одна их
полоса прослеживается в Северной
Франции, Бельгии и средней части
Центральной Европы, а вторая
расположена южнее, у подножия Альп, и
тянется вдоль всей долины Дуная до
Черного моря через Баварию, Австрию,
Чехию, Словакию, Венгрию, Югославию,
Румынию и Болгарию. На Русской равнине
лёссовые породы распространены от
Польши до Урала, их можно встретить
также на равнинах Южной Сибири, в Средней
Азии и Закавказье и в Северном Китае.
В Северной Америке лёссы залегают
в бассейнах рек Миссисипи и Миссури, а
в Южной — на территории Аргентины, в
Африке, Австралии и Новой Зеландии
лёссовые породы имеют незначительное
распространение. На всех территориях,
где залегают лёссы, существует явление
их просадочности при взаимодействии
с различными инженерными сооружениями.
Многие отмечают, что за последние 20—30
лет к проблеме просадочности присоединилась
новая проблема техногенного характера
— подтопление (обводнение) лёссовых
пород на освоенных территориях. В связи
с этам возросло число аварийных ситуаций,
в результате которых нарушается
нормальная эксплуатация зданий (в
том числе жилых домов) и сооружений
(особенно гидротехнических).Уплотнение
лёссовых толщ при их замачивании и
формирующаяся при этом осадка земной
поверхности или наземных зданий и
сооружений носит название просадки
или дополнительной
осадки,
которая прогнозируется на базе
инженерно-геологических изысканий.
Если просадочность является свойством
лёссовых пород, аналогичным сжимаемости
глинистых, то просадка (дополнительная
осадка) — это деформация, обусловленная
просадоч- ностью. Характерной особенностью
просадки является ее неравномерность
проявления по месту, величине и времени.
Это объясняется изменчивостью
просадочности в пространстве, переменным
по месту и времени дополнительным
увлажнением (затоплением, подтоплением,
инфильтрацией атмосферных осадков,
технических вод и др.), а также
продолжительностью процесЬа просадки
в зависимости от природы просадочности.Таким
образом, широкое распространение
лёссовых пород и их специфическое
свойство (просадочность) определяют
значение этих пород в условиях
интенсивного техногенеза и большой
интерес к ним в инженерной геологии.
Природа
просадочности лёссовых пород
Kd
=
изучалась многими исследователями.
Особенно много работ, посвященных этой
проблеме, было опубликовано во второй
половине нашего столетия. Первые
значительные просадки, наблюдавшиеся
в лёссах при строительстве железной
дороги Оренбург—Ташкент в 1903 году и
связанные с их увлажнением, были изучены
А. Штукенбергом. В 1929 году М. М. Решеткин
и Е. А. Замарин, изучая просадки лёс- сов
в Средней Азии, объяснили их происхождение
высокой пористостью и макропористостью
пород, а в 1930 году Б. Б. Полынов иС. В.
Быстров связали просадочные деформации
Алханчурийского канала с растворением
и выносом воднорастворимых солей. Более
подробно просадочные явления были
описаны Ф. JI.
Андрюхиным
(1937), который выделил четыре
типа
просадок: а) просадки, появляющиеся
немедленно после замачивания; б)
просадки, происходящие длительное
время, медленно возрастая; в) просадки,
появляющиеся через большой промежуток
времени после замачиваний; г) просадки,
проявляющиеся в виде карстового процесса
в лёссах и глинах (Попов, 1959).Таким
образом, еще на самых первых этапах
изучения просадочности, высказывались
разные мнения по поводу ее природы.
Однако особый интерес к этой проблеме
появился после выхода в свет классической
работы Н. Я. Денисова (1946), в которой
впервые была предложена теория
просадочности, названная в последующих
работах принципом
Денисова.
Главной причиной просадочности Н.
Я. Денисов считает более высокую
пористость лёссовых пород по сравнению
с нормальной при данном .напряженном
состоянии. Породы с нормальной
пористостью в природных условиях
находятся в равновесии и называются
нормально
уплотненными породами.
Просадочные лёссы являются недоуплотненными
и характеризуются показателем
макропористостиК=А (15.1)где
eL
—
коэффициент пористости при влажности
на пределе текучести; ее
— естественная пористость лёссовой
породы. Разницу ее
- eL
Н.
Я. Денисов считал
макропористостью, при наличии которой
лёсс склонен к просадке (при К
< 1). Если исходить из выражения
В. А. Приклонского для показателя
уплотненности (15.2)
351где
ер
— коэффициент пористости при влажности
на пределе пластичности, то нормально
уплотненными следует считать глинистые
(лёссовые) породы, у которых Kd
=
0, недоуплотненными, а следовательно,
просадочными — Kd<
0,
и переуплотненными — Kd>
0.
352Недоуплотненное
состояние лёссовых пород признается
всеми исследователями, но формирование
этого состояния трактуется по-разному.
Факторами недоуплотненного состояния
могут являться состав и способ
отложения осадков, их влажность,
структурные связи между минеральными
частицами, скорость нарастания давления
вышележащей толщи, разуплотнение
отложившихся разными способами
осадков в результате изменения
температурного режима и
почвообразовательных процессов и т.
п. Недоуплотненное состояние лёссовых
пород, по мненикГН. Я. Денисова,
закрепляется сцеплением упрбчнения,
формирующимся в сухом теплом климате.
Но, исходя из наблюдений за просадкой,
сцепление упрочнения осуществляется
водонеустойчивыми связями, которые
при замачивании быстро разрушаются.
По результатам исследованийН. Я.
Денисова и Ю. М. Абелева основная часть
просадки (до 80 %
от
общей) происходит в течение 30 мин с
момента замачивания. Механизм разрушения
структурных связей Н. Я. Денисов
связывает с расклинивающим давлением
тонкого слоя смачивающей воды, возникающим
на контактах между частицами. К. Терцаги
объяснил быструю просадку разрушением
капиллярных связей в лёссовых
породах. Теория Н. Я. Денисова нашла
дальнейшее развитие в трудах многих
отечественных и зарубежных исследователей
(Н. И. Кригера, А. К. Ларионова, Г. И.
Тер-Степаняна, И. И. Горькова, И. П.
Иванова, И. Розенквиста, Л. Бьеррума, А.
Скептона, Т. Лэмба и др.). Н. И. Кригер
(1986) рассматривает недоуплотненность,
формирующуюся в конкретной
географической среде, с точки зрения
термодинамики и энергетики этого
процесса. В. А. Приклонский и А. К. Ларионов
определяют просадочность как
многофакторный процесс.Многие
исследователи придерживаются генетической
природы просадочности. Так, например,
Г. А. Мавлянов и его последователи,
изучив лёссовые породы Средней Азии,
считают, что разделение лёссовых
пород на генетические типы позволит
прогнозировать их просадочность. В
частности, лёссы эолового и пролюви-
ального происхождения наиболее
просадочны, а аллювиальные лёссовидные
отложения непросадочны.В
последние годы на кафедре инженерной
геологии МГУ под руководством Е. М.
Сергеева разрабатывалась новая теория
происхождения просадочности лёссовых
пород, а точнее их недоуплотненного
состояния в результате разуплотнения
при сублимации льда в условиях сезонного
промерзания. Итог по состоянию
изученности природы просадочности
подвел Н. И. Кригер (1986). Во- первых, в
основе теории просадочности лежит
принцип Денисова о недоуплотненном
состоянии лёссовых пород. Во-вторых,
он нашел много общего в выдвинутых
предположениях и причинах просадочности.
Так, например, представления В. А.
Приклонского и А. К. Ларионова о
многофакторности происхождения
просадочности основываются на
принципе Денисова. Генетический подход
Г. А. Мавлянова присутствует в концепции
Н. И. Кригера о роли
географической
среды в формировании просадочности, а
Е. М. Сергеев отвел эту роль геологической
обстановке. В конечном итоге точка
зрения Н. И. Кригера сводится к тому,
что решение проблемы о формировании
просадочности лёссовых пород может
быть найдено на основе роли географической
среды в этом процессе.Анализируя
огромное количество работ, выполненных
за последние 50 лет специалистами
разных направлений (геологов, географов,
строителей) с точки зрения современных
задач по оценке и прогнозу просадочности
лёссовых пород при их взаимодействии
с техногенной средой на территориях с
лёссовым покровом, можно сделать
следующие выводы и рекомендации:
Начиная
с первых целенаправленных исследований
просадочных явлений Ф. JI.
Андрюхина,
В. И. Батыгина, С. В. Быстрова, Н. Я.
Денисова, Ю. М. Абелева, В. А. Приклонского,
М. Н. Гольдштейна и других и заканчивая
работами В. П. Ананьева, JI.
Г.
Балаева, Г. К. Бондарика, Н. И. Кригера,
В. И. Крутова, А. К. Ларионова, М. П.
Лысенко, И. И. Молодых, Е. М. Сергеева,
В. Т. Трофимова и других, просадочность
определялась как свойство лёссовых
макропористых пород особого,
недоуплотненного, состояния,
проявляющееся при замачивании под
давлении в форме быстрого неравномерного
уплотнения.
Просадочность
характерна для лёссовых пород разного
генезиса и контролируется их
физическим и напряженным состоянием.
Процесс
просадки осуществляется поэтапно:
замачивание, разрушение водонеустойчивых
структурных связей (разупрочнение
системы), переход в движение легкоподвижных
пылеватых частиц, уплотнение всей
системы, наступление равновесия,
соответствующего степени воздействия
по увлажнению и давлению. На рис. 15.3
приведены результаты проведенных
опытов определения сопротивления
сдвигу просадочного лёсса. На рис.
15.3, а показан ход развития деформаций
сдвига. До точки 1 деформация происходит
при естественной влажности и пористости
до касательного усилия, близкого к
разрушающему давлению, определенному
на образце-аналоге. В точке 1
произведено замачивание, которое
вызвало лавинное разрушение
структурных связей, практически полную
потерю прочности опытного образца и
большую деформацию сдвига просадочного
характера. Точка 2 улавливается
индикаторами давления и деформации
с небольшой точностью, иногда сдвигающее
давление опускается до нуля, но всегда
после остановки деформации ее можно
снова вызвать ростом этого давления
до установления нового разрушающего
эффекта в точке 3, соответствующей
послепросадочному состоянию опытного
образца. На рис. 15.3,6 показаны три
диаграммы сдвига, соответствующие
трем состояниям серии опытных образцов:
естественному, в момент замачивания
и послепросадочному. Этот опыт дает
основание утверждать, что при
замачивании происходит разупрочнение
лёссовых пород, в результате которого
возникает их просадка на величину,
353
а б
Рис.
15.3. К изменению прочности лёсса во время
развития просадки.
а
— деформационная кривая при сдвиге с
замачиванием; б
— диаграммы сдвига, характеризующие
три состояния лёсса: 1 — естественное,
2 — при замачивании, 3 —
после
просадки.
определяемую
действующим давлением и степенью
недоуплотнен- ности.
Формирование
физического состояния лёссовых пород
(плотность, влажность, связность),
обусловливающего их просадочность,
является геологическим процессом,
происходящим в определенной
географической (главным образом
климатической) обстановке, начиная
с момента осаждения и проходя через
все стадии изменения осадка и
превращения в породу.
Структурные
связи в лёссовых породах характеризуются
во- донеустойчивостью с преобладанием
коагуляционных и капиллярных, реже
цементационных воднорастворимыми
соединениями.
Многофакторность
процесса формирования просадочности
лёссовых пород отражается на ее величине
и изменчивости в пространстве и во
времени. В условия^ интенсивного
техногенеза большую роль в этом следует
отводить деятельности человека,
которая направлена на деградацию
просадочности.
При
освоении территорий, сложенных лёссовыми
породами, инженерно-геологические
изыскания должны заканчиваться оценкой
их физического состояния и прогнозом
просадочности по всем прямым и косвенным
признакам.
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ПРОСАДОЧНЫХ ЯВЛЕНИЙ В ЛЁССАХ
Строительство
зданий и сооружений различного назначения
(от жилых домов до ирригационных каналов)
на лёссовых породах сопряжено с риском
для их устойчивости и нормальной
эксплуатации, что связано с возможностью
реализации просадочности, сформировавшейся
в природных условиях. Прогноз этой
возможности и снижения риска является
важнейшей задачей инженерно
354
П
mm
355геологических
изысканий на лёссовых массивах.
Надежность прогнозов может быть
обеспечена за счет использования
широкого набора критериев формирования
лёссовой толщи и ее просадочности.
Конечным результатом инженерно-геологических
прогнозов является расчет величины
просадки лёссовой толщи при замачивании
и давлении от собственного веса толщи
(для определения типа ее просадочности)
и от суммарного давления веса толщи и
нагрузки сооружения. В соответствии
со СНиП-2.02.01-83 расчет величины просадки
при замачивании сверху больших площадей
или при подъеме уровня грунтовых вод
ведется по формуле= (15.3)где
zsl
—
относительная просадочность i-ro
слоя
при соответст-
вующих
значениях давления в i-м
слое; Л, — мощность i-го
слоя;
кsl
—
нормативный коэффициент; п
— число слоев в просадочнойтолще.
Разделение лёссовой толщи на расчетные
слои производит-
ся
в соответствии с положением эпюр
действующего давления и
начального
просадочного давления (рис. 15.4).Таким
образом, для проведения окончательных
прогнозных
расчетов
необходима следующая количественная
информация:
1)
мощность и строение толщи лёссовых
пород на изучаемом
объекте;
2) плотность и влажность отдельных
разновидностей
лёссовой
толщи, характеризующие ее естественное
состояние;
относительная
просадочность лёссовых пород в
зависимости от
прогнозируемого
давления до и после стро-ительства,
т. е. zs,=f(p)
по типу кривой
рис.
15.2,6; 4) величины начального проса-
дочного
давления для разных горизонтов
лёссовой
толщи. Для выполнения условий
3
и 4 необходимо иметь данные о
проса-
дочности,
полученные методом двух кри-
вых
(рис. 15.2, а).Прогнозирование
просадочных явлений
проводится
в несколько этапов. На первом
этапе
производится сбор и анализ геологи-
ческих
сведений и материалов о лёссовыхРис.
15.4. Эпюры распределения давлений
в
лёссовой
толще от ее собственного веса (/),
от
собственного
веса и проектируемого сооружения
(2)
и начального просадочного давления
(5). Про-
садка
от собственного веса в данном
случае
возможна
только с глубины zlf
где
Psi<yzj.
1.56W
(15.4)
п
п
- 0.28 1-п
1
-п
356породах
(генезис, мощность, состав, свойства,
просадочные формы рельефа и др.), а также
результатов наблюдений за строительством
и эксплуатацией зданий и сооружений
на лёссовых породах района будущего
освоения. Особое внимание следует
обратить на сведения о режиме
поверхностных и подземных вод, промстоков
и других потенциальных источников
затопления и подтопления лёссовой
толщи.На
втором
этапе производится прогнозирование
склонности пород к просадочным явлениям
по косвенным признакам для предварительного
районирования изучаемой территории
по потенциальной угрожаемое™ (табл.
15.3). Такое районирование дает возможность
ограничить объем специальных изысканий
на заведомо непросадочных объектах
и сосредоточиться на изучении
просадочных. Как известно, типичные
просадочные лёссы залегают мощным
покровом на водораздельных пространствах
и высоких террасах в засушливых регионах,
создают зону аэрации значительной
мощности (более 10—20 м), которая в
обнажениях держит вертикальные откосы
высотой до 10 м. Эти лёссовые образования
характеризуются однородным сложением,
высокой пористостью и макропористостью,
пылеватым составом, небольшим содержанием
глинистой фракции (не более 15—20%) с
преобладанием в ней каолинита и
гидрослюд.При
использовании косвенных показателей
следует уделять особое внимание
физическому состоянию лёссовых пород,
так как в конечном итоге все характерные
черты этих пород суммарно отражаются
на их физическом состоянии, обусловливающем
склонность к просадке и величину
просадочности при конкретных значениях
давления. Развивая идею Н. Я. Денисова
о недоуплот- ненном состоянии лёссовых
пород и учитывая природу их прочности,
нами (Иванов, 1958) был предложен новый
подход к оценке потенциальной возможности
просадки с использованием показателей
естественной влажности и пористости.
Обработка значительного объема
данных опытов дала возможность провести
границу между просадочными и непросадочными
породами в виде прямой, описываемой
уравнением VP0
=
(п
- п0)
к,
где W0
—
объемная естественная влажность
(W0
=
w
рс,
w
—
весовая влажность, рс
— плотность скелета породы), к=\.1Ъ
— угловой коэффициент, п
—объем пор при естественной влажности,
п0
=
28 % — отрезок на оси п.
Принимая значение плотности минеральной
части исследуемых лёссовых пород
рт
= 2.68—2.69 г/см3
и переходя к обычному весовому
выражению влажности, можно записать
следующее отношение для индекса
просадочностиИ,где
W
и
п
выражены в долях единицы.
Показатели |
Просадочные |
Непросадочные |
||||
Рельеф территории |
Водораздельные плато. |
Низкие террасы, понижен |
||||
|
высокие террасы, степные |
ные участки, котловины, |
||||
|
блюдца |
впадины |
||||
Климат |
Сухой |
Влажный |
||||
Мощность лёссовых пород |
Большая, > 10 м |
Малая, < 5 м |
||||
Глубина залегания грунто |
Большая, > 10 м |
Небольшая, <5 м |
||||
вых вод |
|
|
|
|
||
Внешний облик пород |
Макропористые, светлоок |
Темноокрашенные, слабо |
||||
|
рашенные, с карбонатны |
выраженная макропорис |
||||
|
ми включениями, хрупкого |
тость, пластичные на |
||||
|
разрушения, формируют |
ощупь |
||||
|
вертикальные обнажения |
|
|
|||
|
более 5—10 м |
|
|
|||
Гранулометрический состав |
Глинистая фракция < 20 %, |
Глинистая фракция > 20 %, |
||||
|
крупная пьшь > 50 % |
преобладает мелкая пьшь |
||||
Глинистые минералы |
Каолинит, гидрослюда |
Монтмориллонит, гидроанода |
||||
Влажность |
<20 % |
>20 % |
||||
Пористость |
>45 % |
<40 % |
||||
Физическое состояние: |
|
|
|
|
||
а) Степень водонасмщен- |
|
|
|
|
||
ности |
|
|
|
|
||
С=*- |
G < 0.8 |
С>0.8 |
||||
|
|
|
|
|
||
б) Показатель уплотнения |
|
|
|
|
||
е, —е П = — 1 + е |
П< |
0.10 —з /р = 1 - 10 % 0.17 —> = 10-14 % 0.24-3/,,= 14-22% |
П> |
0.10 -з/р = 1-10% 0.17-3/,,= 10-14% 0.24-3/,,= 14-22% |
||
в) Показатель уплотнения |
|
|
|
|
||
Н. Я. Денисова |
|
|
|
|
||
.. ei. |
Ку < |
1 |
Ку> 1 |
|||
II |
|
|
|
|
||
г) Показатель уплотнения |
|
|
|
|
||
В. А. Приклонского |
|
|
|
|
||
„ Ч~ее и - |
Kd< 0 |
Kj> 0 |
||||
eL~‘p |
|
|
|
|
||
д) Индекс просадочности |
|
|
|
|
||
И. П. Иванова |
|
|
|
|
||
и |
И„< |
1 |
и„> |
1 |
||
п п-28 |
|
|
|
|
||
0.64 |
|
|
|
|
||
1 - 0.0 In |
|
|
|
|
Примечание.
Показатели а) и б) рекомендованы СНиП.
е
— коэффициент естественной пористости,
V/
— естественная влажность, п
— объем пор, ei
—
коэффициент пористости на границе
текучести, ер
— коэффициент пористости на границе
пластичности, ]р
— число пластичности.
357
1-0.01л’ 4 '
w.
358Рис,
15,5. Зависимость относительной
просадочности от разницы
пористости—влажности.Для
просадочных лёссов Ип
< 1, а для непросадочных Ип
> 1. Дальнейшая математическая обработка
результатов лабораторных исследований
на модели парной корреляции в координатах
у
= es/
и
х
= n-W0
показала,
что существует определенная зависимость
Es,=f(n-W0),
которая
может быть описана линейным уравнением
вида у
= а
(х
- Ь),
где а
=
0.47, b
=
0.15 в границах n-W0
= =
0.15 +■ 0.45 (рис. 15.5). Соответственно esl
=
0.47(и - W0
-
0.15) = = 0.47(л - 1У0)
- 0.07. Полученная зависимость дает
реальную возможность провести
предварительное районирование по
глубине и в плане, обосновать расположение
зданий и сооружений и составить
программу детальной оценки просадочности
под конкретные объекты, т. е. перейти к
следующему этапу прогнозирования.В
1963 году была опубликована подобная
формула В. И. Шере- тюк, но с иными
значениями углового коэффициента к
и л0:W
= 0.53(15.5)которая
предполагает несколько больший риск
отнесения просадочных разновидностей
к непросадочным. Так, например, Ип
= 1 при естественной влажности W
=
0.2 и пористости 0.5, что явно допускает
определенный риск. У И. П. Иванова в этом
случае Ип
= 0.7, что дает основание отнести данные
лёссы к просадоч- ным. Эту же идею вложил
в коэффициент
дефицита влажности А.
К. Ларионов (1968 г.):(15.6)Непросадочными
являются лёссовые породы, у которых К
>
1.1— 1.2.
Третий
359Недостатком
всех косвенных методов прогноза
склонности к просадке, базирующихся
на оценке физического состояния
лёссовых пород, является неучет
напряженного состояния, в котором
происходит замачивание и принятие
постоянным значения уплотняющей
нагрузки р
= 0.3 МПа. Это допущение приводит к
уменьшению риска пропустить
просадочные разновидности, но к
увеличению объема лабораторных
исследований, включая в опытные образцы
часть 'непросадочных пород при давлениях
р
< 0.3 МПа. Для предварительных оценок
и прогнозов такой подход вполне Оправдан.
этап инженерно-геологического
прогнозирования предусматривает
определение в лабораторных и полевых
условиях относительной просадочности
выделенных слоев в зависимости от
напряженного состояния лёссовой толщи
в период строительства и эксплуатации
сооружений в предположении возможности
дополнительного увлажнения.
Напряженное состояние определится из
расчета минимальной величины уплотняющего
давления от собственного веса и
проектируемых внешних нагрузок от
зданий, сооружений, транспорта и др.
Для этого необходимо построить эпюры
давлений по типу изображенных на рис.
15.4. Методика проведения опытов изложена
в специальных нормативных указаниях
и в специальной литературе. Она должна
моделировать условия работы породы
под сооружением, характер замачивания,
состав воды, скорость нагружения,
контроль за всеми изменениями во время
проведения опытов. В лабораторных
условиях, в которых выполняется большая
часть опытных работ, наиболее
информативной является методика
двух кривых, предусматривающая
проведение компрессионных испытаний
на двух образцах-близнецах: на одном —
с сохранением естественной влажности
до конца опыта, а на втором — с замачиванием
на первой же ступени нагрузки и
действующем до конца опыта. По данным
опытов на одном графике строятся две
кривые (см. рис. 15.2, а). С целью сохранения
объема опытных образцов некоторые
исследователи предлагают различные
упрощения. Так, В. И. Крутов (1982) предлагает
провести на одном образце компрессию
с сохранением естественной влажности
до величины нагрузки от собственного
веса (но не менее 0.1 МПа) и после
стабилизации деформаций произвести
замачивание и далее продолжить нагружение
до запроектированной величины под
водой. По результатам исследований
строят одну компрессионную кривую
для опыта под водой и одну прямую,
продолжающую отрезок, полученный по
данным опыта в условиях естественной
влажности (рис. 15.6). Таким образом, по
испытаниям на одном образце тоже можно
построить график зависимости £sl
=f(p)
и
по нему определить начальное просадочное
давление и значения относительной
просадочности, необходимые для дальнейших
расчетов.Для
уточнения результатов лабораторных
опытов в случае особо сложных объектов
проводят экспериментальные исследования
в
Рис.
15.6. Построение двух комп-
рессионных
кривых по испытани-
ям
на одном образце.
Пунктирами
показаны предположитель-
ные
положения кривых
Р\
Pi
Ръ
Р4 Р5
Рб р
Четвертый
/ Вода
360полевых
условиях in
situ. Наи-более
распространенным явля-
ется
метод определения проса-
дочности
опытными штампами на глубине закладки
фундаментов.
Опыты
проводятся по двум схемам, аналогичным
лабораторным ис-
пытаниям.
В методе одной кривой на опытный штамп
постепенно
создается
нагрузка, равная .давлению от сооружения.
После стаби-
лизации
деформации производится замачивание,
вызывающее про-
садку
при достигнутой нагрузке. По результатам
опыта строится
одна
кривая s
= f(p),
характеризующая
осадку от давления до и после
замачивания
(см. рис. 15.2,6). Вторая схема требует
проведения двух
опытов
в двух шурфах, расположенных рядом в
одном и том же слое
лёссов.
Один опыт проводится с сохранением
естественной влаж-
ности,
а второй — с замачиванием после первой
ступени нагрузки.
Далее
строятся две кривые s
=
f(p),
по которым можно выбрать на-
иболее
оптимальные условия строительства. В
результате проведе-
ния
инженерных изысканий должны быть
получены надежные дан-
ные
для построения кривых ew
=
f(p)
для каждого слоя лёссовых
пород.
Эти данные используются в дальнейших
прогнозах на четвер-
том
и пятом этапах.Кроме
вышеупомянутых двух характеристик
лёссовых пород, которые нашли свое
применение в оценках и прогнозах
просадоч- ных явлений, в последние годы
начали использовать начальную
(критическую)
влажность
просадки. Это такое значение влажности
лёссовых пород, при котором в конкретном
напряженном состоянии начинается
процесс просадки. За начало просадки,
как и при определении начального
просадочного давления, принимается
достижение относительной просадочности
0.01. Начальную влажность можно
определить как в лабораторных, так и в
полевых условиях, но для этого потребуется
дополнительный объем испытаний
(Крутов, 1982).
этап прогнозирования направлен на
определение типа лёссовых пород по их
просадочности. Для этого рассчитывается
величина просадки лёссовой толщи,
находящейся под давлением собственного
веса в предположении ее подтопления
или затопления. Расчет просадки
проводится по формуле (15.3), рекомендованной
СНиП, при этом в данном расчете kd
=
1, определяется по графику £sl
=
f{p)
для
давлений от собственного веса,
действующего в середине расчетного
слоя мощностью ht
=
1—2 м. Расчетные слои выделяются в той
части лёссовой толщи, где р, > рй
(см. рис. 15.4).
Номер расчетного слоя |
г, м р, т/м2 |
|
1 |
11 16.5 |
0.045 |
2 |
13 19.5 |
0.035 |
3 |
15 22.5 |
0.030 |
4 |
17 25.5 |
0.025 |
5 |
19 28.5 |
0.020 |
|
|
|
Номер |
е„ М |
|
расчетного слоя |
|
|
1 |
0.045 • 2 = |
0.09 |
2 |
0.035 • 2 = |
0.07 |
3 |
0.030 • 2 = |
0.06 |
4 |
0.025 ■ 2 = |
0.05 |
5 |
0.020 ■ 2 = |
0.04 |
Итого Sj; = 0.31m
Пятый
361В
соответствии с нормативными документами
лёссовые толщи делятся по величине
просадки от собственного веса на два
типа — с Ssl
<
5 см и с Ssl
>
5 см. В нашем примере мы установили, что
лёссовые породы принадлежат ко второму
типу, что потребует более сложных
расчетов и дорогостоящих мероприятий
по обеспечению устойчивости сооружений
при их строительстве в данных грунтовых
условиях.
(последний) этап прогнозирования решает
вопросы взаимодействия лёссовых
пород (главным образом относящихся ко
второму типу) с различными инженерными
сооружениями, устойчивость которых
определяется по деформациям их основания.
Как известно, для большинства
песчано-глинистых грунтов оценка
устойчивости начинается с определения
расчетного
давления основания.
Для лёссовых пород эта оценка имеет
принципиальное значение, так как для
них несущая способность существенно
меняется в зависимости от влажности.
Многочисленными исследованиями
установлено, что сцепление лёссовых
пород при замачивании уменьшается
в 10 и более раз. В связи с этим расчет
дополни
к
ksl
Максимальная
362тельной
осадки за счет просадочности не имеет
самостоятельного значения при оценке
устойчивости зданий и сооружений по
второму предельному состоянию (т.
е. по деформациям), как для глинистых
грунтов. Тем не менее прогноз просадки
обязателен для выявления неравномерности
деформаций по величине и по времени,
крена фундаментов и других особенностей
эксплуатации сооружений с целью
принятия решений о типе фундамента,
глубине его заложения, усиления
конструкций, улучшения основания и
других мероприятий по обеспечению
устойчивости.Приступая
к расчету дополнительной осадки,
необходимо подготовить следующую
информацию: а) геологический разрез
лёссовой толщи и подстилающих ее
пород; б) положение уровня грунтовых
вод и амплитуду его колебаний; в)
показатели свойств лёссовых пород
(относительную просадочность, начальное
проса- дочное давление, плотность); г)
данные о проектируемом сооружении,
его фундаменте, глубине заложения,
нагрузках на основание и др.Сам
расчет проводится по той же формуле
(15.3), по которой определяли просадку от
собственного веса пород. При этом
значения относительной просадочности
определяются по графику ef/
=f(p)
для
каждого расчетного слоя при давлении
в середине этого слоя, определяемом
как сумму давлений от собственного
веса на этой глубине и от сооружения
(эпюра 2 на рис. 15.4). Коэффициент ksl
определяется
в соответствии с рекомендациями СНиП
следующим образом:
= 1 для всей лёссовой толщи при ширине
фундамента Ь
£ 12м;
=
0.5 + 1.5 (p-psi)/p0
при
b
=
3 м (где р
— среднее давление под подошвой
фундамента, кПа, psl
—
начальное просадочное давление лёсса
г-го слоя, р0
=
100 кПа); ksl
определяется
интерпретацией при 12 > b
>
3 м.Расчет
проводится только для тех слоев, у
которых tsl
>
0.01 и Р,
> Psi
(Р,
— суммарное давление в середине
расчетного слоя). Нижняя граница
просадочной толщи определяется из
расчета глубины, на которой суммарное
давление р,
= psl.
Ниже этой границы Р,
< Psi-При
оценке устойчивости зданий на просадочных
грунтах принято различать максимальную
просадку, среднюю просадку фундамента
(или его частей), разность просадок,
крен фундамента, относительный
прогиб (Крутов, 1982).
просадка определяется для наиболее
неблагоприятных условий: для всей
просадочной толщи при полном ее
водонасыщении и полной нагрузке от
фундамента. Средняя
просадка представляет собой
средневзвешенную величину абсолютных
максимальных просадок отдельных
фундаментов с учетом их площади и
количества. Разность
просадок относится к отдельным
фундаментам,
связанным надфундаментными конструкциями,
и рассчитывается по фор^ле ASs!
=
Ss!
-
Ss!.
Крен
фундамента рассчитывается как tg
0
= где ASsl
—
разность просадок на торцах фундамента;
b
—
расстояние между торцами. Относительный
прогиб
от просадки / по осям зданий определяется
как*
(15-7)где
Ssli
и
Ssl3
—
просадки на торцах здания или блока; —
наибольшая и наименьшая просадка
фундамента на данном участке; I
— расстояние между торцами здания
(блока).Изучая
просадочность лёссовых пород, нельзя
ограничиваться ее оценкой только с
целью определения величины дополнительной
осадки под фундаментами зданий и
сооружений. Просадочность имеет
большое значение при прогнозе устойчивости
гидромелиоративных сооружений
(оросительных систем), построенных на
лёссовых массивах. В период с 1973 по 1985
г. под руковрдст- вом С. С. Саватеева
было обследовано 2387 сооружений на 223
оросительных системах. Аварийные
ситуации на этих объектах были связаны
с размывом и просадкой лёссов, в
результате которых деформировались
каналы, опрокидывались насосные станции,
затоплялись и подтоплялись поля и т.
д. Стоимость гидротехнических
сооружений на просадочных грунтах
оказывается в 2—5 раз дороже, а их срок
эксплуатации в 4—9 раз меньше, чем на
других песчано-глинистых породах. Среди
рекомендаций, разработанных после
анализа выполненных исследований, есть
одна очень важная в инженерно-геологическом
аспекте: проводить детальный и
достоверный прогноз просадочности
и размываемости лёссовых массивов,
по которым пройдут ирригационные
системы.Лёссовые
породы принимают участие в оползневых
процессах на речных склонах многих
крупных рек, протекающих в лёссовых
провинциях. Потеря прочности при
дополнительном увлажнении лёссовой
толщи приводит к оползням разной формы
и размеров. На склонах многих рек Европы
и Азии оползни в лёссах имеют широкое
распространение и описаны в работах
многих исследователей оползневых
процессов (Н. Я. Денисова,
М.
Дранникова, М. Н. Гольдштейна, Н. И.
Кригера, Р. Ниязова,