Закономерности формирования прочностных характеристик оттаивающих грунтов при сдвиге

Глава 1. Состояние изученности механических свойств оттаивающих грунтов.

Анализируется состояние вопроса по изучению механических свойств оттаивающих грунтов. На основе анализа состояния изученности механических свойств оттаивающих грунтов показано, что за примерно 100-летний период накоплено довольно большое количество данных по формированию деформационных свойств. Большой вклад в изучение деформационных свойств оттаивающих грунтов внесли Ф.Г. Бакулин, В.М. Водолазкин, И.Н. Вотяков, С.С. Вялов, М.Н. Гольдштейн, Э.Д. Ершов, В.Ф. Жуков, Ю.К. Зарецкий, А.А. Каган, М.Ф. Киселев, Н.Ф. Кривоногова, Г.И. Лапкин, В.П. Пономарев, Г.В. Порхаев, А.М. Пчелинцев, Л.Т. Роман, З.Г. Тер-Мартиросян, В.Г. Чеверев, В.П. Ушкалов, Д.М. Шестернев, Н.А. Цытович, F.C. Crory, J.F.Nixon, N.R. Morgenstern и многие другие. Определились два основных подхода к оценке деформационных свойств: расчетный (по физическим характеристикам) и экспериментальный (определение коэффициентов оттаивания и сжимаемости). На основе первого подхода получено около 15 зависимостей осадки оттаивающих дисперсных грунтов от физических свойств. Установлено, что основными определяющими физическими характеристиками являются показатели плотности (плотность мерзлого грунта, скелета и частиц грунта), показатели влажности (суммарная влажность мерзлого грунта, льдистость, влажность за счет незамерзшей воды). С увеличением плотности осадки при оттаивании уменьшаются, а с увеличением влажности и льдистости - увеличиваются. Влияние дисперсности учитывается введением в некоторые формулы показателя влажности на пределе пластичности и текучести. Отмечается, что вывод обобщенной корреляционной зависимости осадок при оттаивании от характеристик физических свойств практически невозможен, так как осадки при оттаивании обусловлены многими факторами, неподдающимися количественному определению. К таким факторам относятся структура, текстура грунта, набухание частиц грунта, физико-химические процессы, широкий диапазон дисперсности в пределах каждого вида грунта, скорость оттаивания и т.д. Поэтому основное внимание при прогнозе осадок оттаивающих грунтов уделяется экспериментальному определению деформационных характеристик: коэффициента оттаивания (равного относительной осадке оттаивающего грунта без нагрузки) и коэффициента сжимаемости (равного отношению приращения относительной осадки к приращению давления). Разработаны и утверждены нормативными документами методики определения указанных характеристик в лабораторных и полевых условиях, метод определения предельных осадок при оттаивании. Получено теоретическое обоснование методов прогноза осадок оттаивающих грунтов на основе теории фильтрационной консолидации.

Исследованиями прочностных характеристик оттаивающих грунтов занимались: П.И. Адрианов, Г.И. Бондаренко, Г.П. Бредюк, С.Е. Гречищев, Л.А. Жигарев, Н.К. Захаров, В.Д. Карлов, А.И.Кузеняткин, Р.В. Максимяк, Г.Д. Михайлов, Г.В. Порхаев, Е.П. Шушерина, Н.А. Цытович, S. Thomson, Е. Lobacz, T. Zhiguan, K. Tukada, S. Ogawa и др.

Анализ данных работ показал, что, несмотря на проведенные теоретические и экспериментальные исследования, целый ряд вопросов по изучению формирования прочностных характеристик оттаивающих грунтов при сдвиге остается нерешенным. Характерной чертой всех ранее выполненных исследований является изучение данных свойств от одной физической характеристики грунта (влажности). Лабораторные исследования проводились по различным методикам на отдельных видах дисперсных грунтов при различных условиях и режимах оттаивания, что затрудняет сопоставление и анализ полученных результатов.

В настоящее время отсутствует единая методика комплексного определения прочностных характеристик, ее положения не приведены в нормативной литературе, не выявлены условия формирования критических значений прочностных характеристик, позволяющих выполнять прогнозы устойчивости откосов, несущей способности грунтов оснований, криогенных процессов.

Проведенный анализ накопленного материала позволил выделить ряд факторов, влияющих на формирование механических свойств оттаивающих грунтов. Условно их можно разделить на две группы: внутренние и внешние. К внутренним факторам относятся гранулометрический состав, минеральный состав, строение, физические характеристики грунта, к внешним - условия оттаивания (влияющие на скорость оттаивания) и условия испытаний (закрытая или открытая схема испытаний, наличие или отсутствие порового давления, режим нагружения). Влияние перечисленных факторов на формирование прочностных свойств до сих пор остаются невыясненными.

На основе выполненного анализа сформулированы цели и задачи проведенных исследований.