Основной объем испытаний выполнен на образцах ненарушенного сложения, доставленных после их отбора из массива. В процессе отбора выполнялось детальное изучение керна с описанием характера криогенного строения, льдистости, с выделением объема минеральных и биогенных включений и льда различного генезиса.
Для всех образцов производилось определение влажности после вскрытия монолита, плотности грунта методом режущего кольца, плотности частиц грунта и засоленности. Для классификации глинистых грунтов определялись показатели пластичности (ГОСТ 5180-84, ГОСТ 25100-95), для песков выполнялся гранулометрический состав (ГОСТ 12536-79).
Суммарная льдистость грунтов и льдистость за счет ледяных включений рассчитывалась по формулам А.10 и А.11 ГОСТ 25100-95.
определением электрической емкости водной вытяжки.
Ионно - катионный состав солей, который позволяет установить тип засоления, определялся в соответствии с ГОСТ 4254-72, ГОСТ 4245-72 и пособием (Руководство по определению физических, теплофизических и механических характеристик мерзлых грунтов).
Определение температуры начала замерзания (оттаивания) производилось методом криоскопии, который разработан рядом авторов (П.И. Андрианов, А.П. Боженова; Н.А. Цытович; Э.Д. Ершов, И.А.Комаров, Р.Г. Мотенко).
Определение фазового состава исследуемых в данной работе грунтов выполнены Р.Г.Мотенко контактным методом в лаборатории кафедры геокриологии геологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова.
Определение механических свойств мерзлых грунтов производилось по ГОСТ 12248 - 96. Выполнялись следующие испытания мерзлых грунтов при размерах образцов (h - высота, d - диаметр):
1. вдавливание шарикового штампа (h=3,5см d=7,1см)
2. одноосное сжатие под ступенчатой нагрузкой (h=10см d=4,5см)
3. компрессионное сжатие (h=2см d=7,1см)
Обработка опытных данных также производилась по стандартным методикам, за исключением испытания мерзлых грунтов одноосным сжатием под ступенчатой нагрузкой. Для этого случая автором разработан способ определения длительной прочности и деформации, основанный на представлении о термофлуктуационном процессе разрушения. Метод заключается в следующем: при обработке опытных данных на кривой ползучести на каждой ступени выделяется линейный участок деформирования, т.е. участок с постоянной скоростью, который описывается линейным уравнением, полученным по методу наименьших квадратов. Деформации на каждой ступени рассматриваются без учета деформаций на предыдущих ступенях (рис. 1а,б). Затем с помощью полученного уравнения выполняется экстраполяция деформаций во времени на каждой ступени до момента достижения её критического значения, которое соответствует точке перехода от шведовой вязкости к бингамовой, т.е. точке перелома реологической кривой (рис. 1в). По значению критической деформации получаем период времени до разрушения при данной нагрузке. Обработав таким образом результаты зависимости ε - t на всех ступенях испытания мерзлого грунта, получаем массив точек, в котором на каждой ступени нагрузки соответствует постоянная скорость деформации на данной ступени, а также период до разрушения при данном напряжении. После этого эти точки наносятся на графики lgσ-lgt и lgσ-lgε (рис. 2). Такой подход позволяет определить параметры уравнения длительной прочности, включающего кинетический параметр t0, которое рассматривается как одно из прогнозных уравнений предлагаемых для исследуемых грунтов (см. гл. 5, 6).
Нормативные значения физико - механических характеристик грунтов определялись статистической обработкой опытных данных в соответствии с ГОСТ 20522 - 96.
По показателям физических свойств исследуемых грунтов выделены расчетно - грунтовые элементы (РГЭ), на основе созданной в секторе исследования мерзлых грунтов Фундаментпроекта в соответствии с ГОСТ 25100 - 95 и <Рекомендации по определению прочности мерзлых грунтов с морским типом засоления. ФГУП ПНИИИС> (2001). Критерии разделения грунтовой толщи на элементы с соответствующими буквенными и цифровыми индексами приведены в табл. 1.
Табл. 1. Критерии выделения расчетно-грунтовых элементов (РГЭ) |
Буквенные и цифровые обозначения свойств грунтов в индексе РГЭ | Выделенные свойства | Степень проявления выделенных свойств |
Г.33.а.1.2 | состояние | Г - многолетнемерзлые мерзлые грунты В - охлаждённые грунты |
Г.33.а.1.2 | Наименование грунта | 19 - средний песок 20 - песок мелкий 21 - песок пылеватый 25 - супесь пылеватая 29 - суглинок легкий 33 - суглинок тяжелый 37 - глина легкая |
Г.33.а.1.2 | Засоленность | а - слабозасолённый; б - среднезасолённый; в - сильнозасоленный |
Г.33.а.1.2 | Температурно - прочностное состояние | 1 - твердомерзлые; 2 - пластичномерзлые |
Г.33.а.1.2 | Льдистость за счет ледяных включений | 1 - слабольдистый; 2 - льдистый |