WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 | 4 |

На правах рукописи

ОСИПОВА МАРИНА АЛЕКСАНДРОВНА

КОМПЛЕКСНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СТРУКТУРНОЙ

ПРОЧНОСТИ ЛЕССОВЫХ ГРУНТОВ

ПРИОБСКОГО ПЛАТО

Специальность 25.00.08 «Инженерная геология, мерзлотоведение и

грунтоведение»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата геолого-минералогических наук

Барнаул – 2007

Работа выполнена в Алтайском государственном техническом университете им. И.И. Ползунова.

Научный

руководитель

- доктор геолого-минералогических наук, профессор, член-корреспондент Российской Академии

архитектуры и строительных наук

Швецов Геннадий Иванович

Официальные

оппоненты

- доктор геолого-минералогических наук, профессор Щербак Геннадий Гаврилович

- кандидат геолого-минералогических наук

Осьмушкин Владимир Степанович

Ведущая

организация

- Институт водных и экологических проблем

СО РАН, г. Барнаул

Защита диссертации состоится 30 мая 2007 г. в 14.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.265.02 в Томском государственном

архитектурно-строительном университете по адресу: 634003, Томск,

площадь Соляная, 2, факс (8-383-2) 65-24-71.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Томского государственного архитектурно-строительного университета.

Автореферат разослан «23 » апреля 2007 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета О.И. Недавний

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы.

Все возрастающие темпы строительства, освоение новых территорий, реконструкция зданий и сооружений, возведение объектов повышенной этажности, сложной конфигурации в плане с разнообразными видами техногенных нагрузок на грунты основания, приводят к нарушению природного равновесия и образованию новой экосистемы, которая в дальнейшем,как правило, отрицательно влияет на геологическую среду. Надежное прогнозирование изменений геологической среды под влиянием техногенных нагрузок возможно только на основании результатов комплексных исследований грунтов и, в первую очередь, их прочностных и деформационных свойств, характерных для лессов и лессовидных грунтов.

Одной из особенностей лессовых грунтов Приобского Плато юга Западно-Сибирской плиты, является широкое распространение на указанной территории І, реже II типа грунтовых условий по просадочности, что диктует необходимость изучения их структурно-текстурных особенностей и физико-механических свойств с учетом специфики региона.

Несмотря на многочисленные исследования, выполненные в данной области, до настоящего времени остаются нерешенными проблемы не только влияния различных факторов на величину структурной прочности лессовых грунтов, но и недостаточно четко определяется нижняя граница сжимаемой толщи грунтов основания сооружений, ее расчет ведется без учета структурных особенностей грунтов региона.

Данная работа поддержана грантом в 2006 г. по программе «Студенты, аспиранты и молодые ученые - малому наукоемкому бизнесу (Ползуновские гранты)».

Целью работы является комплексное изучение структурной прочности лессовых грунтов Приобского плато, как интегрального показателя деформируемости и устойчивости грунтовых оснований.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

- провести комплексные инженерно-геологические исследования и выявить особенности формирования структурной прочности лессовых грунтов региона.

- с применением растрового электронного микроскопа изучить структуру лессовых грунтов и ее изменение при их деформировании в условиях компрессионного сжатия.

- провести экспериментальные исследования и установить влияние состава, состояния и физико-механических свойств лессовых грунтов на их структурную прочность.

- разработать региональную инженерно-геологическую классификацию лессовых грунтов и рекомендации по использованию структурной прочности при определении величины сжимаемой зоны при расчете осадок грунтовых оснований.

Методы исследований.

Основные положения и выводы диссертационной работы основаны на полевых, лабораторных и теоретических исследованиях лессовых грунтов Приобского плато (на примере г. Барнаула), проведенных автором в течение нескольких лет.

Деформационные и прочностные характеристики лессовых грунтов определялись с использованием автоматизированной системы инженерно-строительных изысканий АСИС-18/4, а так же по стандартным методикам на компрессионных приборах КПр1 системы «Гидропроект» и в односрезном плоскостном приборе ГГП-30.

Микроструктурные характеристики лессового грунта изучались на комплексе растровой электронной микроскопии РЭМ-микро ЭВМ.

Обработка результатов экспериментальных исследований, изменения прочностных и деформационных характеристик, а также уравнения регрессии и корреляционные зависимости структурной прочности получены с использованием программ «Microsoft Excel», «Mathcad - 2006» и «Microcal Origin» Microcal Software, Inc.

Исходные данные и личный вклад автора.

В основу работы положены материалы исследований, выполненных автором в период с 1999 по 2007 гг.

Диссертационная работа выполнялась в составе научного коллектива кафедры «Основания, фундаменты, инженерная геология и геодезия» Алтайского государственного технического университета им. И.И. Ползунова (АлтГТУ) по научно-исследовательской работе «Разработка концептуальных положений мониторинга изменения свойств грунтов оснований с учетом техногенных воздействий» (УДК 624.157.31 № госрегистрации 0120.0503514) и по программе «Ползуновские гранты» по теме «Расчет осадки фундаментов зданий и сооружений с учетом структурной прочности лессовых оснований» (2006 г.).

Все исследования, выводы выполнены и получены на основе личного участия автора. Автором выявлены корреляционные зависимости между структурной прочностью и физико-механическими характеристиками лессовых суглинков и супесей. На основании проведенных исследований составлена региональная таблица и разработаны рекомендации по учету структурной прочности при проектировании оснований зданий и сооружений.

Научная новизна:

- впервые на основе экспериментальных и теоретических исследований дана комплексная оценка структурной прочности лессовых грунтов региона;

- выявлены корреляционные зависимости между структурной прочностью и физико-механическими характеристиками лессовых грунтов;

- разработана региональная инженерно-геологическая классификация лессовых грунтов;

- впервые для региона даны рекомендации по использованию структурной прочности при расчетах границы сжимаемой толщи для оценки осадок грунтовых оснований.

Реализация и практическая ценность работы.

Полученные результаты исследования по оценке структурной прочности грунтов имеют важное практическое значение и используются при обосновании границы сжимаемой толщи при проектировании фундаментов возводимых на лессовых грунтах.

Результаты исследований используются в Алтайском государственном техническом университете им И.И. Ползунова при чтении лекций для студентов строительно-технологического факультета по дисциплинам «Основы научных исследований»; «Механика грунтов» и при выполнении курсового и дипломного проектирования.

На защиту выносятся:

  1. Выявленные особенности состава и состояния лессовых грунтов оказывающие наибольшее влияние на их структурную прочность, влажность, плотность, пористость, удельное сцепление.
  2. Закономерности изменения структуры лессовых грунтов выявленные в процессе их деформирования в условиях компрессионного сжатия.
  3. Региональная инженерно - геологическая классификация лессовых грунтов разработанная с использованием структурной прочности.

Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы докладывались на Международной научно-практической конференции «Гуманизм и строительство на пороге третьего тысячелетия» (г. Барнаул, 1999), на региональной научно-практической конференции «300 лет горно-геологической службе России: история горно-рудного дела, геологическое строение и полезные ископаемые Алтая» (г. Барнаул, 2000), на 59-ой научно-технической конференции «Научно-техническое творчество молодежи» (г. Барнаул, 2002), на Международной научно-практической конференции «Гуманизм и строительство. Природа, этнос и архитектура» (г. Горно-Алтайск, 2003), на 11-ом Всероссийском слете студентов, аспирантов и молодых ученых - лауреатов конкурса «Ползуновские гранты» (г. Владимир, 2006) и на научных семинарах кафедры «Основания, фундаменты, инженерная геология и геодезия» АлтГТУ (г. Барнаул, 1999 - 2006).

Публикации.

По результатам выполненных исследований опубликовано 6 работ, в том числе статья в Вестнике Алт ГТУ им И. И. Ползунова входившем в перечень журналов утвержденных ВАК до 31 декабря 2006 г.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов и списка литературы. Общий объем работы составляет 113 страниц, в том числе 18 рисунков, 10 таблиц, список литературы из 135 наименований.

Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю, д.г.-м.н., профессору Г.И. Швецову; сотрудникам АлтГТУ за помощь, деловые советы, консультации и дискуссии: И.В. Носкову, Б.М. Черепанову, Т.А. Горбуновой, Е.И. Вяткиной, Б.Ф. Азарову, Н.Я. Тейхреб, И.В. Карелиной и др.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дано обоснование актуальности и практической ценности работы, сформулированы цель и задачи исследований, защищаемые положения, научная новизна и ее апробация.

В первой главе рассматривается современное представление о структуре грунтов и основных факторах влияющих на изменение структурной прочности лессовых грунтов.

В современном представлении структура грунтов определяет важнейшие их качества, которые отражают условия их формирования и определяют физические, механические и другие свойства. Благодаря этому изучение структуры грунтов началось практически с самого основания грунтоведения и механики грунтов. Большой вклад в исследование структур грунтов внесли А. Казагранде, М.М. Филатов, В.И. Осипов, В.В. Охотин, И.В. Попов, Е.М. Сергеев, В.Т. Трофимов, А.К. Ларионов, В.Н. Соколов, Дж. Митчелл, Г.Р. Миркин, М.Д. Толкачев, Б. Гробовская-Ольшевская, А.Н. Заварицкий, Д.С. Штейнберг, П.И. Фадеев, Т. Г. Рященко, В.В. Акулова, А.В. Ван, и многие другие. Без учета структурных особенностей невозможно объективно рассматривать вопросы формирования и природы прочностных и деформационных свойств различных грунтов, разрабатывать физические модели грунтов и описывать их поведение под нагрузками.

При выделении структур грунтов в геологии сложились два основных подхода - морфометрический и энергетический. Наибольшее признание получил морфометрический метод, в котором в понятие «структура» положены морфометрические особенности структурных элементов и их соотношение.

При энергетическом подходе за основу понятия структуры берутся такие ее признаки, как характер взаимодействия структурных элементов и энергия всей структуры в целом, что нашло наибольшее отражение в физико-химической механике дисперсных систем. Здесь структуры подразделяются по характеру контактных взаимодействий.

Структуры пород, и в частности лессовых просадочных супесей и суглинков, являются чуткими индикаторами условий образования и их дальнейшего преобразования. В дисперсных отложениях, к которым относятся лессовые грунты, механические свойства в значительной степени зависят от прочности структурных связей между отдельными минеральными частицами. Природа этих связей сложна, многообразна и определяется по Н.А. Цытовичу "комплексом действующих в грунтах внешних и внутренних энергетических полей, в основе которых лежат молекулярные силы электромагнитной природы". Структурные связи рассматриваются специалистами в области инженерной геологии как неотъемлемая часть структуры.

Изучение структурных связей и контактных взаимодействий структурных элементов дисперсных пород можно производить прямыми и косвенными методами. Прямые методы количественного определения прочности структурных связей основаны на прямом измерении прочности индивидуальных контактов между частицами дисперсной породы. К косвенным относятся методы, которые позволяют судить о типе и прочности контактов на основе опытов на одноосное растяжение образцов дисперсного грунта, определения сопротивления сдвигу, контактной прочности, анализа компрессионных кривых и т.д.

При строительстве грунты подвергаются различным воздействиям, основными из них являются механические воздействия от статических и динамических нагрузок, создаваемых сооружениями. При этом химический и минералогический состав пород практически не изменяется, зато структура грунта претерпевает разнообразные изменения.

Главным фактором, контролирующим деформационное и прочностное поведение глинистых грунтов, является характер структурных связей, от которых зависит не только величина сжимаемости, но и характер этого процесса. Исследования многих ученых доказывают, что судить об основных механических показателях лессовых суглинков и супесей можно лишь при комплексном изучении их состава, структуры, текстуры и физико-механических свойств.

Исследования Я.Д. Гильмана образцов лессового суглинка показали, что наиболее существенно при увлажнении грунта изменяется величина сцепления, которая обусловлена, в основном, наличием цементационных связей. Существенное уменьшение величины удельного сцепления и угла внутреннего трения при увеличении влажности лессовых пород подтверждается данными Я.Е.Шаевича, Н.Н. Комиссаровой, А.А. Мустафаева, Г.А. Мавлянова и др. авторов. Г.И. Швецовым была установлена тесная корреляционная зависимость значений с, и коэффициентов пористости лессовых суглинков Приобского плато. Полученные им результаты свидетельствуют, что с увеличением коэффициента пористости величины прочностных характеристик лессовых суглинков уменьшаются, но степень их уменьшения различна.

Pages:     || 2 | 3 | 4 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»