книги из ГПНТБ / Силкин А.М. Инженерные сооружения на осушительных системах в торфяниках учеб. пособие

Тип

Подтип

Группа

Виды тор<ра

Рис. 5. Классификация видов торфов, составленная Московским торфяным институтом.

2.Физические характеристики торфов

Впроцессе изыскательских и лабораторных работ для торфов должны быть получены как основные физи­ ческие характеристики — объемный вес, удельный вес и весовая влажность, так и вспомогательные — объемный вес скелета, коэффициент пористости и т. п. Кроме того, должны быть определены физические характеристики,

присущие только торфам: степень разложения и золь­ ность.

С т е п е н ь р а з л о ж е н и я — это процентное (как правило) содержание в торфе разложившихся (гумусо­ вых) веществ, а также мелких веществ негумифицированных остатков по отношению ко всей массе торфа. От степени разложения торфа при прочих равных усло­ виях зависят многие его физико-механические характе­ ристики и свойства, такие, как влажность, объемный и удельный веса, сжимаемость и др.

Торфы болотоведы делят на слабо-, средне- и сильноразложившиеся. Одни считают, что слаборазложившийся торф имеет степень разложения до 20%, среднеразложившийся — 20—35% и сильноразложившийся — бо­ лее 35%. Другие относят к слаборазложившемуся торф со степенью разложения 5—25%, к среднеразложившемуся — 25—45% и к сильноразложившемуся — свыше 45%. Со строительной точки зрения такие границы де­ ления ничем не обоснованы. Их следует проводить в за­ висимости от характера деформации торфов под на­ грузкой от сооружения. По мнению автора, в практике мелиоративного строительства к слаборазложившемуся целесообразнее относить торф со степенью разложения до 45%, к среднеразложившемуся — 45—75% и к сильно­ разложившемуся— свыше 75%- Обоснование таких гра­ ниц дано ниже.

Торф по глубине залежи имеет различную степень разложения. С. Н. Тюремнов считает, что степень разло­ жения связана главным образом с интенсивностью био­ химического распада растительных тканей и в меньшей мере зависит от возраста торфа. Обозначается степень разложения торфа обычно буквой R и определяется в соответствии с ГОСТ 10650—63.

З о л ь н о с т ь торфа определяют следующим обра­ зом: предварительно высушенную навеску прокаливают в фарфоровом стаканчике при температуре 800°С. В ре-

12

зультате этого в стаканчике остается минеральный оста­ ток — зола, которая образуется из двух источников: растений-торфообразователей и принесенных извне ми­ неральных частиц. В первом случае зола называется первичной (конституционной), во втором— наносной.

Содержание золы в торфе характеризуется его золь­ ностью, то есть выраженным в процентах отношением веса минеральных составных частей к весу абсолютно су­ хого вещества торфа. Конституционная зольность тор­ фов верхового типа составляет 2—4%, низинного типа — 5— 14%. Зольность обычно обозначают буквой А. Ори­

Зольность оказывает большое влияние на физико­ механические характеристики и свойства торфов. Чем больше зольность, тем ближе торф по своим свойствам к минеральным грунтам.

Торф отличается от других грунтов большим содер­ жанием воды ( в л а ж н о с т ь ю ) . Влажностью торфа называется выраженное в процентах отношение веса во­ ды, содержащейся в нем, к весу абсолютно сухого ве­ щества (абсолютная влажность) или же к весу всей массы торфа (относительная влажность). Относитель­ ная влажность \Foth и абсолютная И^абс связаны зависи­ мостями:

Иногда пользуются так называемой объемной влаж­ ностью — отношением объема воды, содержащейся в торфе, ко всему его объему. В торфах неосушенных за­ лежей при стоянии уровня грунтовых вод вровень с по­ верхностью болота или близко к ней фактическая влаж­ ность обычно равна полной влагоемкости торфа. В этом

13

w,%

Количество воды в торфяной залежи зависит от ряда факторов, важнейшим из которых является степень раз­ ложения торфа. Зависимость средней влажности торфов неосушениой залежи от степени разложения, по данным С. А. Сидякина [31], с некоторыми поправками, вне­ сенными автором, отражена на рисунке 6. При малой степени разложения влажность низинных и верховых торфов резко различна, при более высокой — эта разни­ ца менее существенна. При разложении, близком к пол­ ному, влажность торфов практически одинаковая.

С изменением влажности торфов одной и той же за­ лежи, например, при осушении, изменяются и все их ос­ новные физико-механические свойства.

На рисунке б пунктирными линиями показана мини­ мальная предельная влажность торфов, достигаемая ими в результате водоотдачи при осушении залежей, в зави­ симости от степени разложения.

При ориентировочных расчетах для неосушенных за­ лежей относительную влажность торфов можно опре­ делять по формулам [39]:

М

Однако необходимо отметить, что полученные по этим формулам значения влажности меньше замеренных в натуре.

О б ъ е м н ы й в е с торфа в естественной неосушенной залежи несколько больше единицы, но при ориенти­ ровочных расчетах может быть принят равным еди­ нице.

По данным В. Г. Горячкина [9] (табл. 1 и 2), и для низинного, и для верхового торфа объемный вес с повы­ шением степени разложения при одной и той же естест­ венной влажности и полном заполнении всех пор водой несколько уменьшается, но в осушенных торфяниках — значительно увеличивается. Из таблицы также видно, что при одной и той же степени разложения объемный вес при уменьшении влажности до определенного момен­ та увеличивается, а затем уменьшается. Объемный вес низинных торфов выше, чем верховых торфов.

При влажностях, соответствующих определенной сте­ пени разложения торфов неосушенных залежей, объем­ ный вес с увеличением степени разложения повышается. Иными словами, с увеличением степени разложения тор­ фов неосушенных залежей влажность их в среднем уменьшается, а объемный вес соответственно возраста­ ет (рис. 6).

ния при одной и той же зольности удельный вес умень­ шается, и наоборот, с увеличением зольности при одной и той же степени разложения удельный вес возрастает.

в широком диапазоне, в среднем от 0,02 до 0,15 Г/см3 для верховых и от 0,05 до 0,17 Г/см3 для низинных тор­ фов. Зависит он в основном от степени разложения и зольности. Чем больше зольность при одной и той же степени разложения, тем больше объемный вес скелета. При одной и той же зольности он увеличивается с повы-

15

время не представляется возможным. Одни из них по­ лучены по результатам лишь лабораторных определений,

лежей следующие обобщенные значения коэффициентов

м е л к о з а л е ж н о г о т р о с т н и к о в о г о т о р ф а —

15(10—20).

4.Сжимаемость торфов под нагрузкой

Сжимаемость минеральных грунтов под нагрузкой характеризуется изменением коэффициента пористости и оценивается компрессионными испытаниями, то есть сжатием образцов торфа без возможности бокового рас­ ширения. Графическая зависимость между давлением и коэффициентом пористости, называемая компрессион­ ной кривой, выражается логарифмическим уравнением. Как показали исследования, проведенные под руковод­ ством И. И. Вихляева на строительстве канала имени Москвы [45], уравнение компрессионной кривой для минеральных грунтов пригодно и для торфов. Впослед­ ствии это было подтверждено целым рядом исследова­ телей.

Исследуя компрессионные свойства торфов, А. Ф. Печкуров [26] предложил для торфов неосушен­ ных залежей обобщенное уравнение компрессионной кривой вида:

Формула [7] удобна тем, что она применима в ши­ роком диапазоне нагрузок; не нужны длительные ком­ прессионные испытания. Для установления коэффици­ ента пористости при каком-либо внешнем давлении Р достаточно определить только величину ео.

20

П. А. Дрозд и В. Н. Заяц [12], проведя большое ко­ личество компрессионных испытаний «болотных» грун­ тов (торфы, сапропели, заторфованные и заиленные грунты), предложили для них компрессионное уравне­ ние:

Авторы формулы (8) отмечают, что она справедлива для различных «болотных» грунтов с начальным коэф­ фициентом пористости от 0,73 до 36. Наиболее точные результаты получаются при нагрузках от 2 до 20 «струк­

По результатам компрессионных испытаний, прове­ денных рядом авторов (А. Ф. Печкурова, А. А. Ткаченко, П. А. Дрозд и В. Н. Заяц, и др.), установлено, что чем больше степень разложения, тем меньше сжимаемость торфов. Следовательно, надо было бы ожидать под сооружением уменьшение осадки торфов основания с увеличением их степени разложения. Однако натурные исследования показывают, что в неосушенных залежах торфы высокой степени разложения в основании соору­ жений в зависимости от нагрузки дают большую осадку, чем торфы малой степени разложения. Это объясняется различием условий сжимаемости торфов в компрессион­ ном приборе и в натуре.

В связи с этим для изучения деформируемости тор­ фов под нагрузкой в условиях, близких к естественным, автором был сконструирован прибор [34], который позволяет проводить испытания образцов по трем схемам.

I. Образец подвергается нагружению в малом грун­ тоотборочном кольце без возможности бокового расши­ рения, нагрузка передается штампом по всей площади образца, то есть обычные компрессионные испытания

(рис. 7, /).

II. Образец подвергается нагружению в большом грунтоотборочном кольце с возможностью бокового рас-

21

/

ширения, нагрузка передается штампом лишь в центре

(рис. 7, II).

III. Образец подвергается нагружению в большо грунтоотборочном кольце с возможностью бокового рас­ ширения, нагрузка передается штампом в центре, по периметру штампа на всю толщину образца предвари­ тельно произведен срез (рис. 7, III).

Были исследованы образцы торфов пяти видов [41]. Высота образцов составляла 60 мм, диаметр — в малом

22