Портал освітньо-інформаційних послуг «Студентська консультація»

  
Телефон +3 8(066) 185-39-18
Телефон +3 8(093) 202-63-01
 (093) 202-63-01
 studscon@gmail.com
 facebook.com/studcons

<script>

  (function(i,s,o,g,r,a,m){i['GoogleAnalyticsObject']=r;i[r]=i[r]||function(){

  (i[r].q=i[r].q||[]).push(arguments)},i[r].l=1*new Date();a=s.createElement(o),

  m=s.getElementsByTagName(o)[0];a.async=1;a.src=g;m.parentNode.insertBefore(a,m)

  })(window,document,'script','//www.google-analytics.com/analytics.js','ga');

 

  ga('create', 'UA-53007750-1', 'auto');

  ga('send', 'pageview');

 

</script>

Вплив режиму ґрунтових вод на зміну характеристик міцності лесового ґрунту

Предмет: 
Тип роботи: 
Стаття
К-сть сторінок: 
12
Мова: 
Українська
Оцінка: 

система рік, струмків, які формували рельєф шляхом ерозії і перевідкладання порід, що сформувалися раніше. Завдяки діяльності поверхневих вод формувалася балочна система різної глибини на поверхні кожного відкладу лесовидних ґрунтів. Під час наступного періоду зледеніння лесові відклади заповнювали нерівності на поверхні, вирівнюючи її, внаслідок чого формувалися відклади лесових ґрунтів різної товщини. Таким чином, вивчаючи інженерно-геологічну будову, ми зустрічаємося з прадавніми пониженнями рельєфу, заповненими лесовим ґрунтом у вигляді прихованих балок – улоговин, наявність яких може значно впливати на особливості експлуатації будівель і споруд на даній території.

Однією з територій для якої характерно розповсюдження лесових ґрунтів є Полтавське лесове плато. В геологічному відношенні Полтавське лесове плато складене серією лесових і лесовидних ґрунтів з прошарками похованого ґрунту. Серед процесів, які формують рельєф Полтавської області, найбільш активною є водна ерозія. З активністю ерозійних процесів пов’язано утворення ярів та балок. В результаті в наш час утворилася балочна система, яка характеризується наявністю доволі високих і крутих схилів. Схили Полтавщини сформовані в межах відносно піднятих у сучасному рельєфі структурно-тектонічних блоків із відмітками лесового плато 150 – 160 м. Вони мають довгу історію свого розвитку, яка почалася в період відступу валдайського льодовика. З пониженням базису ерозії в цей період на схилах струмків і річок почали інтенсивно розвиватися зсувні процеси.
Незважаючи на різноманітні причини виникнення зсувів особливий вплив на міцність лесових ґрунтів створюють ґрунтові води, адже їх розвантаження з плато відбувається саме через схили. Швидкість руху ґрунтових вод на схилах і біля них збільшується при підтопленні території. Унаслідок цього збільшується напірний градієнт, розвиваються явища суфозії, текучості, і як результат знижуються механічні властивості, особливо лесових ґрунтів. Розвиток цих негативних явищ пов’язаний із наявністю улоговин у водотривковому шарі [1].
Шукаючи вихід ґрунтові води рухаються якраз по улоговинах, що в свою чергу приводить до розвитку суфозії і зменшення механічних характеристик ґрунту, підвищення його деформативності. Особливо актуальною ця проблема постає для найнижчого шару лесового ґрунту під яким розміщений водотривкий шар. Але в останні десятиліття у зв’язку з розвитком процесів підтоплення великих міст України такого впливу зазнають і лесові породи, розміщені вище.. Можна зробити висновок, що втрата стійкості схилу річкових долин в більшості випадків пов’язана зі зменшенням міцності лесових ґрунтів в результаті дії ґрунтових вод, що рухаються по улоговинам.
Аналіз останніх досліджень. Численні досліди з визначення характеристик міцності лесового ґрунту показують, що після зволоження вони різко зменшуються. Так за даними Ю. К. Зарецького кут внутрішнього тертя знижується на 3-5°, а зчеплення зменшується в 3-5 разів [2]. Аналогічні дані, представлені в табл. 1, отримані Ю. М. Абелєвим [3] для лесових ґрунтів м. Грозного.
 
Таблиця 1
Характеристики ґрунтів за даними Ю. М. Абелєва
 
Проаналізувавши таблицю можна сказати, що зміна міцності лесових ґрунтів в результаті зволоження в основному відображається на зменшенні зчеплення ґрунту. Якщо кут внутрішнього тертя зменшився на 3-5°, то зчеплення – в 4-5 разів.
Така тенденція підтверджується іншими дослідниками. Так, за дослідженнями Я. Д. Гільмана, С. М. Клепікова, А. В Яковлєва [4, 5, 6] зменшення питомого зчеплення с відбувається в 1, 7-2 рази, кута внутрішнього тертя φ – в 1, 1-1, 2 рази; за Є. М. Сергєєвим [7] с зменшується в 2 рази; за даними професора П. О. Коновалова [8] с – в 3 рази, φ – в 2 рази. Внаслідок цього лесові основи, що мали достатньо високу первинну несучу здатність при природній вологості, значно втрачають міцність після досягнення коефіцієнта водонасичення Sr=0, 8 [8, 9]. При чому втрата міцності відбувається незважаючи на просідання ґрунтів, що призводить до їх ущільнення.
М. Я. Денисов [10], М. М. Маслов [11] та інші виділили із загального зчеплення, яке визначає міцність ґрунту, дві складові – структурне зчеплення та зчеплення зв’язності. Міцність лесових порід зумовлена впливом обох видів зчеплення, однак їх значення різне. Основне значення має структурне зчеплення. Структурне зчеплення надає породі певну жорсткість, твердість. Цей вид зчеплення пояснює наявність деяких жорстких зв’язків, які діють між частинками. Структурні зв’язки мають в певній мірі пружний характер, який визначає ступінь деформування порід та їх щільність. Однак при порушенні структури породи чи ґрунту жорсткі структурні зв’язки безповоротно порушуються. Ця властивість структурного зчеплення являється головною. Зчеплення зв’язності властиве глинистим та лесовим породам в будь-якій консистенції та в основному воно визначає їх міцність. Зчеплення зв’язності має трохи інших характер, ніж структурне зчеплення. У лесових супісках та легких суглинках зв’язність має невелике значення і залежить від щільності ґрунту. Збільшити її можливо штучними методами.
Постановка мети досліджень. На зсувонебезпечних схилах зсувний тиск слід визначати з урахуванням тертя та структурного зчеплення ґрунтів [12]. Тому особливу увагу слід приділити визначенню структурного зчеплення лесового ґрунту та його зміні з урахуванням фільтрації ґрунтових вод.
Виклад основного матеріалу. Для визначення характеристик міцності нормами регламентується проведення випробувань на зрушення.
Залежно від умов, в яких ґрунти в природних умовах будуть чинити опір впливу граничних нормальних і дотичних напружень, розрізнюють два основних види випробувань – консолідовано-дреноване та неконсолідовано-недреноване випробування. Останній вид випробувань має ще назву швидкого зрізу, або зрізу за закритою системою і широко застосовується при визначенні характеристик міцності для розрахунків стійкості схилу.
Для проведення випробувань був взятий ґрунт із зсувонебезпечного схилу на Інститутській горі в м. Полтаві. В природному стані ґрунт мав такі характеристики: ρ=1, 595 т/м3; W=0, 16; WL=0, 31; WP=0, 20.
З ґрунтом були проведені декілька серій (по 6 зразків у кожній) випробувань на зрушення. В результаті випробувань визначались характеристики міцності ґрунту за методикою ДСТУ Б В. 2. 1-4-96 [13], а також після представлення результатів зрушення у логарифмічних координатах методом «структурного зчеплення» [14].
У першій серії використовувався ґрунт природної вологості. Для порівняння одна серія зразків піддавалась випробуванню на зрушення при вертикальних тисках σ, рівних 0, 025, 0, 050 і 0, 075 МПа, тобто їх значення не перевищували значень природного тиску σпр. В другій серії зразки природної вологості ущільнювались і зрушувались при вертикальних тисках відповідно 0, 1, 0, 2 і 0, 3 МПа. Результати дослідів представлені у табл. 2.
Таблиця 2
Результати визначення характеристик міцності
лесового ґрунту природної вологості
 
Такі ж випробування були проведені для ґрунту, який був замочений у приладі ущільнення ґрунту перед зрушенням при аналогічних значеннях вертикального тиску. Результати дослідів представлені у табл. 3.
 
Таблиця 3
Результати визначення характеристик міцності замоченого лесового ґрунту
 
Як бачимо по-перше підтверджено результати описаних вище досліджень – після замочування зменшення кута внутрішнього тертя становило 6-10° при визначенні за нормативною методикою і 7-8° – за методом «структурного зчеплення». Питоме зчеплення зменшилось у 2 рази, а структурне зчеплення – до 4 раз. По-друге відзначається значна різниця значень характеристик міцності, визначених за методом «структурного зчеплення», якщо зрушення зразків ґрунту проходило при вертикальних тисках, що не перевищують природного та більших від нього. Якщо значення кута внутрішнього тертя у першому випадку навіть більше на 2-3°, то структурне зчеплення менше у 2-3 рази.
Інші зразки були піддані фільтраційній дії води на протязі 3 місяців з різними значеннями напірних градієнтів. Результати таких випробуваннях представлені в табл. 4-6.
Проведення випробувань зразків ґрунтів, що піддавались фільтрації води з напірним градієнтом І=3 та І=5, при високих вертикальних тисках виявилось неможливим, оскільки лесовий ґрунт знаходився у текучому стані і просто видавлювався в процесі випробування в зазор між рухомою і нерухомою частинами зрізної коробки.
 
Таблиця 4
Результати визначення характеристик міцності лесового ґрунту після фільтрації з напірним градієнтом І=1
 
Таблиця 5
Результати визначення характеристик міцності лесового ґрунту після фільтрації з напірним градієнтом І=3
 
Таблиця 6
Результати визначення характеристик міцності лесового ґрунту після фільтрації з напірним градієнтом І=5
 
Аналізуючи результати проведених випробувань можна зробити декілька висновків:
1. Проводити випробування на зрушення при визначенні характеристик міцності лесових ґрунтів необхідно при значеннях вертикального тиску, що не перевищують значень природного тиску.
2. В результаті замочування значення структурного зчеплення лесового ґрунту різко зменшуються, що зумовлено структурними особливостями таких ґрунтів.
3. Фільтрація води призводить до подальшого зменшення структурної міцності, що повинно бути враховано при розрахунку стійкості схилів.
4. Метод «структурного зчеплення» дає можливість проведення випробувань та визначення структурного зчеплення лесового ґрунту з урахуванням фільтраційної дії води без порушення природної структури ґрунту, що дозволить більш точно оцінити стійкість зсувонебезпечних схилів у місцях розвантаження ґрунтових вод.
 
1. С. В. Біда. Особливості зсувних процесів на схилах річкових долин // Будівельні конструкції. Міжвідомчий наук. -техн. збірник. Вип. 75: В 2-х кн. : Книга 2. Київ. ДП НДІБК, 2011. – с. 371-377.
2. Зарецкий Ю. К. Вязкопластичность грунтов и расчеты сооружений. – М. : Стройиздат, 1988. – 352 с.
3. Абелев Ю. М., Абелев М. Ю. Основы проектирования и строительства на просадочных макропористых грунтах. – М. : Стройиздат, 1979. – 272 с.
4. Гильман Я. Д. Основания и фундаменты на лессовых просадочных грунтах. – Ростов-на-Дону: Изд-во РИСИ, 1991. – 217 с.
5. Клепиков С. Н. Расчет сооружений на деформируемом основании. – К. : НИИСК, 1996. – 204 с.
6. Яковлєв А. В., Винников Ю. Л. Особливості проектування, будівництва, експлуатації будівель і споруд на лесовому ґрунті та зсувонебезпечній території України. – К. : НМК ВО, 1992. – 252 с.
7. Сергеев Е. М. Грунтоведение. – М. : Издат. Моск. ун-та, 1959. – 333 с.
8. Коновалов П. А. Основания и фундаменты реконструируемых зданий. – М. : ВНИИНТПИ, 2000. – 318 с.
9. Інженерна геологія. Механіка ґрунтів, основи і фундаменти: Підручник/ Н. Л. Зоценко, В. І. Коваленко, А. В. Яковлєв, О. О. Петраков, В. Б. Швець, О. В. Школа, С. В. Біда, Ю. Л. Винников – Полтава: ПНТУ, 2004. – 568 с.
10. Денисов Н. Я. строительные свойства лесса и лессовидных суглинков. – М. : Стройиздат, 1953. – 154 с.
11. Маслов Н. Н. Основы инженерной геологии и механики грунтов. – М. : Высшая школа, 1982. – 511 с.
12. ДБН В. 1. 1-3-1997. Інженерний захист територій, будинків і споруд від зсувів та обвалів. Основні положення/ К. : Державний комітет будівництва, архітектури та житлової політики України. – 1998. – 45с.
13. ДСТУ Б В. 2. 1-4-96. Ґрунти. Методи лабораторного визначення характеристик міцності і деформативності. Державний комітет України у справах містобудування і архітектури, Київ 1997, – 101с.
14. С. В. Біда, О. В. Куц, К. В. Підрійко. Визначення характеристик міцності лесових ґрунтів при розрахунках стійкості схилів // Будівельні конструкції. Міжвідомчий наук. -техн. збірник. Вип. 75: В 2-х кн. : Книга 2. Київ. ДП НДІБК, 2011. – с. 543-548.
Фото Капча