Кривов Денис Николаевич
Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук
|
содержание |
Для выбора уравнений, позволяющих наиболее достоверно рассчитывать длительную прочность мерзлых грунтов, были проведены специальные исследования. Они заключались в следующем: по данным эквивалентного сцепления (Сэ), определенным за период времени 170 - 360ч, строились графики его снижения во времени. Параметры прогнозных уравнений, по которым рассчитывалось эквивалентное сцепление на максимальный опытный период, т.е. 170 - 360ч, определялись по данным 8-ми часовых испытаний. Пример такого сопоставления приведен на рис. 5.
Для анализа выбраны уравнения, наиболее широко опробованные в механике мерзлых грунтов, с несложной методикой обработки опытных данных для определения параметров (табл.2). Получены следующие выводы:
Логарифмическое уравнение (2) применимо для всех нельдистых видов грунтов. Точность прогноза эквивалентного сцепления не меньше точности опытов, при более высокой льдистости (средне- и сильнольдистых грунтов) точность прогноза уменьшается, однако она не превышает 0,018МПа.
Степенное уравнение (3) наиболее хорошо работает при незначительном засолении, в этом случае ошибка прогноза составляет от 0,007 до 0,020 МПа, при этом точность возрастает с возрастанием времени прогноза длительной прочности. Стоит отметить что, наилучшие результаты данное уравнение показало в случае, когда температура замерзания грунта близка к температуре опыта. Для засоленных грунтов степенное уравнение (3) дает заниженные значения, ошибка прогноза достигает 0,1 МПа.
При расчете по дробно-линейному уравнению (4) получается постоянное значение длительной прочности вне зависимости от времени прогноза. При этом на период 48ч прогнозные значения оказались завышенными, с достаточно большими отклонениями от опытных данных. Использование этого уравнения возможно лишь при определении его параметров по опытам длительностью не менее 2 суток.
Степенное уравнение (5), включающее кинетический параметр tо, показало незначительные отклонения рассчитанных значений Сэ от опытных. При этом отклонения уменьшаются с ростом прогнозируемого времени для всех видов грунтов. Это одно из немногих уравнений, которое имеет четкое физическое обоснование всех параметров.
Таким образом, для прогноза длительной прочности незасоленных мерзлых грунтов изучаемого района возможно использование уравнений (2), (3) и (5). При расчете длительной прочности для засоленных и льдистых грунтов целесообразно использование уравнений (3) и (5). Рекомендованные прогнозные уравнения приведены в табл.3.
| Табл. 3. Рекомендуемые уравнения для прогноза длительной прочности |
| Грунт | Засоленность | Льдистость | РГЭ | Рекомендуемые уравнения (номера см. табл. 2) |
| Песок | незасоленный | - | Г.20.1 | (2), (3), (5) |
| слабозасоленный | - | Г.20а.1 | (2), (3), (5) |
| среднезасоленный | - | Г.20б.1 | (3), (5) |
| сильнозасоленный | - | Г.20в.1 | (5) |
| Супесь | незасоленная | слабольдистая | Г.22.1 | (2), (3), (5) |
| льдистая | Г.22.2 | (3), (5) |
| слабозасоленная | слабольдистая | Г.25а.1.1 | (2), (5) |
| льдистая | Г.25а.1.2 | (3), (5) |
| среднезасоленная | слабольдистая | Г.25б.1.1 | (2), (5) |
| льдистая | Г.25б.1.2 | (5) |
| сильнозасоленная | слабольдистая | Г.25в.1.1 | (5) |
| льдистая | Г.25в.1.2 | (5) |
| Суглинок | незасоленный | слабольдистый | Г.33.1.1 | (2), (5,2), (5) |
| льдистый | Г.33.1.2 | (5) |
| слабозасоленный | слабольдистый | Г.33а.1.1 | (2), (5) |
| льдистый | Г.33а.1.2 | (5) |
| среднезасоленный | слабольдистый | Г.33б.1.1 | (2), (3), (5) |
| льдистый | Г.33б.1.2 | (5) |
| сильнозасоленный | слабольдистый | Г.33в.1.1 | (2), (5) |
| льдистый | Г.33в.1.2 | (5) |
| Глина | незасоленная | слабольдистая | Г.37.1.1 | (2), (3), (5) |
| льдистая | Г.37.1.2 | (3), (5) |
| слабозасоленная | слабольдистая | Г.37а.1.1 | (2), (5) |
| льдистая | Г.37а.1.2 | (5) |
| среднезасоленная | слабольдистая | Г.37б.1.1 | (2), (5) |
| льдистая | Г.37б.1.2 | (5) |
| сильнозасоленная | слабольдистая | Г.37в.1.1 | (2), (5) |
| льдистая | Г.37в.1.2 | (5) |
Исследование прочностных и деформационных свойств мерзлых грунтов одноосным сжатием выполнено с учетом изменения физических свойств, вызванного ступенчатым нагружением. Влияние такого изменения отмечалось многими авторами. Так, по данным М.Д.Цырендоржиевой при испытании мерзлой полимерной глины (θ=-3oС) 3-х ступенчатым нагружением относительная деформация была на 20-30% меньше, чем при одновременно приложенной суммарной нагрузке всех 3-х ступеней. Кроме того, требует дальнейшего совершенствования методика определения предельно-длительной деформации и прочности, т.к. нагрузка на каждой ступени выдерживается одинаковое время, не превышающее 2-3 суток. Разработанная нами методика обработки опытных данных (см.гл.3), основанная на представлении о термофлуктуационном процессе разрушения, позволяет повысить точность определения длительной прочности, установить взаимосвязь между процессами разрушения и деформирования.
Испытания одноосным сжатием выполнены для мерзлого суглинка (θ = -1,5; -2,0; -4,0oС) с различной концентрацией порового раствора (Кпр = 0,0105; 0,0263; 0,0421). Пример обработки опытных данных приведен на рис.6.
Параллельно с определением прочности на одноосное сжатие проведены испытания вдавливанием шарикового штампа и определения эквивалентного сцепления. Выполнен расчет длительных (на период 50 лет) значений Сэ50 и σ50. Затем в соответсвии с СНиП 2.02.04-88 расчитано сопротивление нормальному давлению c использованием обеих характеристик, т.е. R(Cэ50) и R(σ50) и по ГОСТ 25100-95 - длительные значения модуля деформации Eдл. Результаты расчетов приведены в табл.4
Как можно видеть из табл. 4 значений сопротивления нормальному давлению, рассчитанными по данным одноосного сжатия и вдавливания шарикового штампа, дают незначительное расхождение. Так для незасоленного суглинка оно составляет 0,022 - 0,034МПа, для засоленного суглинка - 0,005 - 0,023МПа, для засоленной супеси - 0,012 - 0,026МПа.
| Табл. 4. Расчетные значения сопротивления нормальному давлению |
| Грунт (РГЭ) | θ, oС | Кпр | Rσ, МПа | RC, МПа | Eдл, МПа |
| Суглинок (Г.33.1.1) | -1.5 | 0,000 | 0,231 | 0,265 | 5,4 |
| Суглинок (Г.33.1.1) | -2.0 | 0,000 | 0,521 | 0,550 | 6,8 |
| Суглинок (Г.33.1.1) | -4.0 | 0,000 | 0,834 | 0,856 | 8,1 |
| Суглинок (Г.33.1.1) | -1,5 | 0,007 | 0,150 | 0,173 | 5,2 |
| Суглинок (Г.33а.1.1) | -1,5 | 0,009 | 0,099 | 0,115 | 5,1 |
| Суглинок (Г.33б.1.1) | -1,5 | 0,024 | 0,063 | 0,058 | 4,9 |
| Супесь (Г.25.а.2.1) | -3,0 | 0,011 | 0,956 | 0,982 | 15,4 |
| Супесь (Г.25.а.2.1) | -3,0 | 0, 026 | 0,901 | 0,889 | 12,1 |
| Супесь (Г.25.а.2.1) | -3,0 | 0, 042 | 0,653 | 0,680 | 10,3 |
|
