WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 | 4 |

Е.М.Сергеев отдавая главенствующую роль структурно-текстурным особенностям глинистых грунтов и их влиянию на физико-механические свойства, отмечает значительное влияние минерального состава, которое проявляется через размер, форму и гидрофильность частиц. Так, наименьшим сопротивлением сдвигу и наибольшей сжимаемостью обладают Na-монтмориллонитовые глины, т.к. с ростом дисперсности и гидрофильности возрастает их пористость. Хотя высокая дисперсность способствует значительному увеличению сил молекулярного притяжения, однако существует предел «положительной роли» дисперсности, за которым следует снижение прочности породы.

Все вышесказанное свидетельствует о том, что многообразие лессовых грунтов требует детального изучения прочностных и деформационных характеристик с учетом их специфических региональных особенностей.

Во второй главе рассматриваются инженерно-геологические особенности лессовых пород Приобского плато.

Приобское Плато является одной из территорий, которую по распространению лессовых отложений и характеру их просадочности В.Т. Трофимов, Я.Е. Шаевич выделили в отдельную область в пределах Западно-Сибирской плиты. Это область преимущественного развития озерно-аллювиальных верхнее-плеоцен-четвертичных отложений.

Исследованию условий формирования, состава и свойств лессовых пород Приобского плато посвящены работы Я.Е. Шаевича, Ф.А. Никитенко, Е.В. Трепетцова, М.И. Кучина, А.С. Герасимовой, Г.А. Сулакшиной, Г.И. Швецова, В.Т.Трофимова, В.С. Арефьева, Т.А. Горбуновой, А.Я. Швецова, Ф.С. Тофанюк, В.И. Шарова, В.И. Циунчик, Н.И. Барац, М.И. Мещериной, В.Е. Михайлова, С.И. Черноусова, В.С. Осьмушкина, А.В. Вана и др.

Исследуемые лессовые породы являются первичными отложениями различных циклов осадконакопления, прошедшие через процессы диагенеза. Отсюда однородность минералогического состава просадочных и нижележащих пород, цикличность их образования.

Наибольший интерес для исследований имеют породы верхней краснодубровской подсвиты (Q3krd3), которые служат основанием зданий и сооружений. Гранулометрический состав суглинков характеризует­ся высоким содержанием пылеватых частиц (66-72%), меньшим содержанием глинистых (16-30%) и еще меньшим песчаных частиц (15-17%). Лессовые супеси содержат глинистых частиц не более 6-8%. Все разности лессовых пород региона сильно агрегированы.

Минералогический состав лессового грунта для фракции 0,25-0,05 мм представлен кварцем, полевым шпатом, небольшим количеством зерен эпидота, роговой обманки, апатита; для глинистых фракций характерна гидрослюда, гидрослюдистомонтмориллонитовые образования, в качестве примесей - каолинит и монтмориллонит.

Лессовые породы слабозасоленные, содержание карбонатов около 3,5%, общее количество водорастворимых солей 0,1-0,2%, водородный по­казатель /рН/ 6,8-7,9 и характеризует слабощелочные условия.

Естественная влажность лессовых пород колеблеца в пределах от 2 до 25%.

Прочностные показатели грунтов изменяются: для суглинков - угол внутреннего трения 21-23°, удельное сцепление - 0,016-0,036 МПа; для супесей - соответственно 19-24° и 0,016-0,026 МПа. Модуль общей деформации изменяется от 1,7 до 12,1 МПа. При замачивании удельное сцепление и модуль общей деформации уменьшаются в 2-4 раза, угол внутреннего трения - на 3-5°.

На основании анализа инженерно-геологических особенности лессовых грунтов Приобского плато можно выделить следующие:

1. Мощность лессовых просадочных грунтов изменяется в пределах от 3-4 м до 10-15 м. Наиболее распространенными грунтами лессовых пород Приобского плато являются суглинки, реже – супеси.

2. По просадочности исследуемые толщи относятся в основном к I типу и реже ко II.

3. В условиях континентального климата Сибири многократное сезонное промораживание лессовых пород приводит к их разуплотнению, образованию макропористой структуры. Процессы криогенного разуплотнения происходят особенно активно, если влажность лессовых грунтов выше влажности на границе раскатывания.

Анализируя отмеченные инженерно-геологические особенности необходимо отметить, что на формирование структурной прочности лессовых грунтов первостепенное влияние оказывают минералогический, химический, микроагрегатный, гранулометрический состав, состояние и физические свойства грунтов.

Для оценки влияния перечисленных факторов на формирование структурной прочности лессовых грунтов были проведены исследования, включающие изучение структуры лессовых грунтов с применением растрового электронного микроскопа (РЭМ) и автоматизированного анализа с помощью комплекса РЭМ - микроЭВМ, детальное изучение состава, в том числе микроагрегатного, ее состояния, физических и прочностных свойств.

Третья глава посвящена экспериментальным исследованиям структурной прочности лессовых грунтов Приобского плато.

Для получения наиболее достоверных результатов исследования лессовых грунтов было выбрано 6 площадок. В геоморфологическом отношении все исследуемые площадки расположены на Приобском Плато сложены лессовыми суглинками и супесями. На экспериментальных площадках были отобраны образцы грунта ненарушенной структуры. Грунт отбирался методом режущего кольца со дна и стенок шурфов, отрытых вручную до глубины 1,5-2,5 м. С глубины 2,5 м до 15 м. грунт отбирался в процессе бурения скважин в виде монолитов монолитов грунта. Бурение выполнялось вращательным способом установкой УГБ -1 ВС с применением грунтоносов диаметром 127 мм. Отбор монолитов грунта производился геологической бригадой треста «АлтайТИСИЗ» и поставлялись в лабораторию кафедры «Основания, фундаменты, инженерная геология и геодезия» АлтГТУ.

Определение прочностных и деформационных характеристик лессовых грунтов проводилось по стандартным методикам согласно ГОСТ 12071-2000. «Грунты. Отбор, упаковка, транспортирование, хранение образцов», ГОСТ 12248-96 «Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости», ГОСТ 25100-95 «Грунты. Классификация».

Для определения структурной прочности pstr испытание грунта проводилось методом компрессионного сжатия. По полученным данным строились компрессионные кривые. Было проанализировано более 250 компрессионных кривых лессовых суглинков и супесей.

Все компрессионные кривые имели идентичное очертание – криволинейное с начальным участком, отличающимся незначительным приращением деформаций с ростом вертикальных давлений.

Указанные особенности компрессионных кривых лессовых грунтов отмечались в работах Ю.М Абелева, В.И. Осипова, Г.И Швецова. Они обусловлены наличием у лессовых грунтов прочных структурных связей. Пока внешняя нагрузка не превышает прочность структурных связей грунта, деформации образца незначительные. Как только действующее давление превышает прочность структурных связей – структурную прочность грунта, деформации образца увеличиваются.

Математическая аппроксимация компрессионных кривых выполнялась на основе статистического обобщения результатов компрессионных испытаний твердых, полутвердых, тугопластичных лессовых суглинков и твердых и пластичных лессовых супесей. Все уравнения описывались степенной зависимостью с коэффициентом корреляции R близким к единице (R = 0,96-0,99). Полученные корреляционные уравнения использовались для определения точек перегиба графиков, т.е. предела структурной прочности лессовых грунтов рstr. Для этого брали вторую производную полученных корреляционных уравнений и приравнивали ее к нулю, после чего были получены корни решений этих дифференциальных уравнений. Первый корень соответствует величине рstr. На основании выполненных работ были построены графики зависимости между структурной прочностью и физико-механическими характеристиками исследуемых грунтов (рисунки 1, 2). По результатам исследований установлена тесная связь между структурной прочностью и состоянием лессовых грунтов и такими характеристиками как влажность, пористость, плотность, коэффициент пористости, удельное сцепление. Здесь коэффициенты корреляции близки к 1 (R = 0,86-0,98). Однако между структурной прочностью и углом внутреннего трения такой тесной зависимости не наблюдается (что можно объяснить небольшим пределом изменения угла внутреннего трения для лессового суглинка от 21° до 23°, для лессовой супеси от 19° до 24°). Получены корреляционные зависимости, сведены в таблицу 1.

а) б)

Рисунок 1 – Графики зависимости между структурной прочностью

и коэффициентом пористости:

а) лессового суглинка: 1 - твердого, 2 - полутвердого,3 - тугопластичного;

б) лессовой супеси: 1 - твердой, 2 - пластичной

а) б)

Рисунок 2 – Графики зависимости между структурной прочностью

и удельным сцеплением:

а) лессового суглинка: 1 - твердого, 2 - полутвердого,3 - тугопластичного;

б) лессовой супеси: 1 - твердой, 2 - пластичной

Таблица 1 - Уравнения корреляционных зависимостей для

вычисления структурной прочности лессовых грунтов

Тип грунта

Уравнение регрессии

рstr = f(е0)

Уравнение регрессии

рstr = f(с)

Суглинки

твердые

рstr = 0,1262-0,1171 е0

(0,99)*

рstr = 4,0243 С – 0,0792

(0,98)*

Суглинки

полутвердые

рstr = 0,0697–0,0600 е0

(0,97)*

рstr = 1,5948 С – 0,0173

(0,86)*

Суглинки

тугопластичные

рstr = 0,0649 – 0,0579 е0

(0,96)*

рstr = 1,3072 С – 0,0103

(0,85)*

Супесь

твердая

рstr = 0,1115 – 0,1005 е0

(0,96)*

рstr = 4,4197 С – 0,0517

(0,98)*

Супесь

пластичная

рstr = 0,1074 – 0,0995 е0

(0,97)*

рstr = 4,9312 С – 0,053

(0,98)*

Четвертая глава посвящена микроструктурным исследованиям лессового грунта в условиях компрессионных испытаний. Изучению микроструктуры глинистых пород посвящены работы В.И. Осипова, В.Н. Соколова, Н.А. Румянцевой, Т.Г. Рященко, В.В. Акуловой, Г.И. Швецова, Е.И. Вяткиной и др. При воздействии на лессовый грунт нагрузки равной структурной прочности этого грунта очень важным моментом является изучение на микроструктурном уровне изменений происходящих в грунте.

Отбор образцов грунта после компрессионного уплотнения для изучения микроструктурных характеристик проводился перпендикулярно приложенной нагрузке после передачи давления равного - рstr, и давления значительно превышающего величину структурной прочности исследуемого грунта - 0,10 МПа; 0,15 МПа. Одновременно отбирались образцы для проведения микроагрегатного и гранулометрического анализов.

Подготовка образцов осуществлялась методом вакуумной морозной сушки в вакуумном универсальном посту ВУП-5. Обработка исследуемой поверхности образцов проводился способом свежих сколов. Сначала на РЭМ изучался весь образец, а затем фотографировались при различных увеличениях (до 5000) 2-3 наиболее характерных участка.

Показатель класса структуры грунта К1 определялся по формуле

(1)

где q3 - фракция более 50 мкм, включающая преимущественно крупные монозерна.

Для определения q3 можно воспользоваться следующей эмпирической зависимостью

(2)

где Wl и Wp - выражены в долях единицы, q3 - в процентах.

Полученный результат К1 = 0,31 показывает принадлежность структуры лессового грунта к зернисто-пленчатому классу (по классификации А.К. Ларионова.

При анализе полученных РЭМ-фотографий микроструктура эталонного (начального) грунта со всех точек практически идентична. Микроструктура природного грунта (рисунок 3) однородная с рыхлым равномерно пористым скелетом, сложена округлыми глинисто-пылеватыми агрегатами и зернами в среднем размером 15-50 мкм. Глинистый материал расположен, в основном, на поверхности зерен (глобул) в виде сплошной «рубашки» и в местах контактов частиц, образуя между ними глинистые «мостики», через которые и происходит контактирование твердых структурных элементов. Ориентация структурных элементов практически отсутствует. Поровое пространство представлено крупными межзерновыми, межагрегатными и внутриагрегатными порами. Общая пористость грунта составляет 48,5%. Полученные микроструктурные данные являются характерными для лессовых грунтов Приобского плато. Все это в целом позволяет отнести микроструктуру лессового просадочного грунта к скелетному типу (по В.И. Осипову).

После приложения нагрузки равной структурной прочности грунта существенных изменений микроструктуры по сравнению с образцами эталонного (начального) лессового грунта не происходит (рисунок 4). Микроструктура грунта однородна с рыхлым равномерно пористым скелетом, сложена округлыми глинисто-пылеватыми агрегатами. При дальнейшем увеличении давления (рисунки 5, 6) до значений превышающих величину структурной прочности (0,10 МПа и 0,15 МПа) структурные связи ослабляются, вплоть до разрушения. Происходит уменьшение размеров всех категорий пор, увеличивается число ультрамикропор, тонких микропор, общего периметра пор (таблица 2). Тип структуры не меняется.

а) б)

Рисунок 3 - Микроструктура лессового грунта в естественном
состоянии увеличение снимков: а) 250; б) 1000

а) б)

Рисунок 4 - Микроструктура лессового грунта после компрессионного

уплотнения давлением Р = рstr с увеличение снимков: а) 250; б) 1000

а) б)

Рисунок 5 - Микроструктура лессового грунта после компрессионного

уплотнения давлением Р = 0,1МПа с увеличение снимков:

а) 250; б) 1000

а) б)

Pages:     | 1 || 3 | 4 |






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