Навігація
Головна
 
Головна arrow Географія arrow Грунтознавство
< Попередня   ЗМІСТ   Наступна >

РОЗРІДЖЕННЯ ҐРУНТІВ

При дії зовнішніх динамічних навантажень, що виникають під впливом техногенних факторів, землетрусів і Волнопрібойная явищ, в водонасичених дисперсних грунтах можуть розвиватися специфічні явища, що виражаються у втраті міцності грунту (розрідженні), а потім, після припинення дії, в поступовому її відновленні.

В історії відомі катастрофи, пов'язані з тим, що абсолютно надійні піщані ґрунти на короткий проміжок часу перетворювалися в зибун. 7 червня 1692 року на Порт-Ройял (Ямайка) обрушилося сильний землетрус, і під поверхнею пісків залишилися дві третини міста і понад 2000 жителів ... По закінченні трьох століть дослідження показали, що потужні поштовхи землетрусу спровокували виникнення коливань піщинок, зчеплення між ними зменшилась , пісок втратив щільну структуру і знайшов плинність. Серед сумнозвісних районів на узбережжі Великобританії числиться затоку Моркембе-Бей, де протягом ряду років знайшли свою загибель понад 150 людей. У Дуврський круч за скелястим мисом Саут-Форленд знаходяться Гудвінскіе піски. Хроніки стверджують, що тут покояться бойові триреми Юлія Цезаря, останки кораблів вікінгів, галеони "Непереможної армади", ескадра адмірала Бьюмонта. піратські суду, англійські фрегати XVIII століття, танкери, суховантажі та підводні човни. В індійських пустелях, в районах Гадрамаута, зустрічаються зони, де важкий лом моментально тоне, занурюючись на глибину, що перевищує 100 метрів [116].

Руйнування в Ніїгата (Японія) в 1964 р, в Бора-Пік (США) в 1983 р, в Бхаі, в Ах- медабаде в 2001 р, викликані розрідженням грунтів під час землетрусів, знову привернули інтерес вчених. Дослідження показали, що подібне явище спостерігалося не тільки в водонасичених піщаних грунтах, а й в гравелістих.

Розрідженням грунту називається його перехід в текучий стан незалежно від причини такої трансформації і величини наступних деформацій. Динамічне розрідження - перехід водонасичених дисперсних грунтів в текучий стан в результаті руйнування структурних зв'язків під дією хвиль напружень різного типу.

За своїм змістом термін "розрідження" характеризує лише одну зі стадій поведінки грунту в динамічних умовах, тим не менш, він зазвичай використовується для характеристики всього явища в цілому. Виходячи з цього, під розрідженням розуміється явище повної або часткової втрати грунтом несучої здатності йод впливом динамічного навантаження і перехід його в текучий стан, що виникає в результаті руйнування структури грунту і супроводжується поступовим відновленням його структури і міцності при знятті динамічного впливу. В основі цього явища лежить складний трьохстадійний процес, що включає: а) руйнування вихідної структури грунту; б) перехід грунту в розріджений стан; в) відновлення структури і поступове зміцнення системи (рис. 8.90). Оскільки все виділяються стадії взаємно пов'язані між собою, то більшість дослідників, які вивчали явище динамічної стійкості дисперсних грунтів, називали його розрідженням.

Розрідження піщаних грунтів полягає в тому, що зі зростанням частоти коливань вони починають "текти", як в'язка рідина, після подолання певного порога коливань по частоті. До розрідження, при меншій частоті коливань до цього порога, проявляється віброползучесть. Найчастіше розріджується водонасичені дрібні і пилуваті піски, су-

неси. Чим більше пористість грунту, тим при менших динамічних впливах починається розрідження. Причина катастроф полягає в різкому підвищенні порового тиску при сейсмічних навантаженнях в грунтах, що призводить до деформацій зсуву і об'ємним деформацій. Розсіювання тиску у поверхні грунту і осадження частинок веде до різких осідань споруд. Аналогічно діють хвильові впливу в донних і прибережних грунтах, динамічні навантаження при бурінні свердловин, що викликають прихвати.

Розрідження ґрунтів

Мал. 8.90. Розрідження ґрунтів:

а пухкий водонасищенний пісок з великими порами до землетрусу: б сейсмічний поштовх: в - момент розрідження - зв'язку між частинками розірвані, і вони знаходяться в підвішеному стані: г - ущільнений пісок після віджимання води і осідання частинок (9}

Вібрація під час динамічних дій зменшує сили междучастічного тертя і опір зрушенню. Сильні імпульсні дії можуть викликати додаткові опади. При певній частоті коливань в сипучих грунтах тертя частинок може так зменшитися, що грунт набуває властивостей в'язкої рідини навіть при малій кількості води в ньому. При наявності великої кількості води в грунті вона може не встигнути покинути пори, в яких перебувала, тому виникає норовить засунений, що зменшує опір зрушенню.

При динамічних впливах в основному зменшуються межчастичного сили тертя, а в меншій мірі - кут внутрішнього тертя, який буде зменшуватися внаслідок розпушення грунту, тобто збільшення його пористості. При прискореннях коливань до одного "£", як показали досліди, кут внутрішнього тертя практично не змінювався. Питоме зчеплення після дії динамічних навантажень також може зменшитися, однак, як правило, незначно, але для цього потрібні досить інтенсивні динамічні дії, що руйнують цементаційні зв'язку. Причиною слабкого ущільнення маловлажних глинистих ґрунтів є наявність великої зв'язності у частинок і, як наслідок, відносно висока міцність агрегатів частинок грунту.

Відсутність в грунті напруг саме змінного знака виключає можливість розрідження піщаних грунтів. Статичне навантаження не тільки знижує можливість руйнування структури грунту, але і зменшує уплотняемость незв'язних грунтів при динамічному навантаженні.

Узагальнення численних експериментальних даних, опублікованих у вітчизняній і зарубіжній літературі, дозволяє вважати, що незважаючи на зовнішню схожість, динамічні явища, що розвиваються в дисперсних грунтах (починаючи від чистих пісків і закінчуючи глинами), принципово різні за своєю природою. Розгляд цих явищ на мікрорівні дозволяє виділити і фізично обгрунтувати відмінності між механізмами тиксотропного, гравітаційного і пливунів розрідження дисперсних грунтів.

В основі тиксотропії лежать процеси коагуляційного структуроутворення. що розвиваються при певному балансі сил тяжіння і відштовхування між частинками і формуванні вторинного потенційного мінімуму на енергетичній кривій взаємодії. Максимальний розвиток тиксотропних властивостей можливо при певному енергетичному стані глинистих частинок, що характеризується оптимальним поєднанням стабілізованих (переважання сил відштовхування) і нестабілізованих (переважання сил тяжіння) ділянок поверхні частинок. Наявність енергетично неоднорідних ділянок обумовлює спрямовану коагуляцію частинок в тиксотропних системах (по типу базис-скол і скол-скол) і формування диспергувати-флоккулированном структури (рис. 8.91,1), здатної легко руйнуватися в динамічних умовах і поступово збільшувати свою міцність при знятті зовнішньою впливу. Розрідження типово тиксотропних систем при відсутності зовнішніх статичних навантажень йде без зміни порового тиску, а відновлення їх міцності має оборотний характер і не супроводжується зміною вологості і щільності.

Розвиток тиксотропних явищ залежить від дисперсності і складу глинистих мінералів ґрунту, а також фізико-хімічних факторів (складу обмінних катіонів, концентрації солей в поровом розчині, pH, температури), що визначають енергетичну неоднорідність поверхні глинистих мінералів, характер її стабілізації гідратний плівками і величину далекого потенційного мінімуму.

Розвиток тиксотропії в чистому вигляді характерно для високодисперсних слабоуплотненних і Високовологе глинистих ґрунтів (більшості глин і важких пилуватих суглинків), а також глинистих паст і суспензій. У середніх і деяких легких пилуватих суглинків поряд з тиксотропними явищами розвиваються гравітаційні процеси при явному переважанні перших. Тому розрідження таких грунтів в динамічних умовах супроводжується їх незначним ущільненням і появою порового тиску.

image641

Мал. 8.91. Modeлі дрібнопористої диспергувати-флоккулированном (I), крупноячеистой агрегованих-флоккулированном (II) і диспергує (III) структур: а. в. д для монтморіллонітових і смешанослойних глин:

б, м е - для каолінітові. гідрослюдистої і хлоритових глин [88]

Розрідження чистих пісків пов'язано з наявністю в ньому контактів механічної природи і дією гравітаційних сил. Це явище характерне для пісків, що мають відносну щільність складання D <1, динамічний вплив на які призводить до їх ущільнення, віджимання частини норовить води і зміни норовить тиску. При цьому динамічна стійкість пісків визначається їх станом (щільністю, вологістю), структурними особливостями (дисперсністю, однорідністю, формою і характером поверхні зерен), наявністю зовнішньої статичної навантаження, а тривалість перебування в розрідженому стані і швидкість відновлення міцності - коефіцієнтом фільтрації і умовами дренування віджимають води. Момент руйнування структури піску і її повного відновлення чітко фіксується по появи і зникнення порового тиску. Міцність новоствореної структури завжди вище міцності вихідної структури.

Пливучесті називається здатність ділатантні-тиксотропних (пилуватих зв'язкових і незв'язних грунтів, які виявляють при динамічному навантаженні і ступеня вологості більше 0.5 одночасно ущільнення, що супроводжується віджатий ньому норовить вологи, і слабо виражені тиксотропні властивості) і деяких квазітіксотропних грунтів (зв'язкових грунтів з переважно коагуляційний структурами, які проявляють при динамічному впливі разупрочнение і подальше відновлення міцності в спокої при незмінних обсязі і вологості, в основі яких л жать тиксотропні явища. ускладнені додатковими ефектами перетворення структурних зв'язків і норовлять простору) до швидкого розрідженню при невеликій інтенсивності динамічного навантаження, пов'язаної з особливостями їх структури (змішаної і метастабільною коагуляционной відповідно).

Пливуни явища - найбільш складні за своєю природою і обумовлені одночасним розвитком процесів коагуляционного структуроутворення і гравітаційного ущільнення. Ці явища характерні для "перехідних" (від чистих пісків до глин) різниць грунтів, таких як пилуваті піски, супіски і деякі різниці легких суглинків та пов'язані з руйнуванням в динамічних умовах як коагуляційних, так і механічних контактів. Причому специфічний склад цих грунтів сприяє взаємному посиленню руйнування обох видів контактів. Тому пливуни грунти в розрідженому стані володіють мінімальної в'язкістю (меншою, ніж у розріджених глин або пісків) і найбільшою рухливістю серед всіх дисперсних грунтів. Наявність глинистих частинок перешкоджає швидкому розвитку ущільнення системи, що поряд з низькими коефіцієнтами фільтрації пилуватих пісків і супісків обумовлює другу важливу особливість пливунних систем - здатність їх до тривалого знаходження в розрідженому стані після припинення динамічного впливу. Обидві специфічні особливості пливунних грунтів роблять їх найбільш небезпечними в динамічному відношенні. Розвиток пливунних явищ супроводжується повільним ущільненням ґрунту після зняття зовнішнього впливу, невеликий його водоотдачей і поступовим зниженням порового тиску. При цьому відбувається нарощування міцності, яке може носити нерівномірний характер, пов'язаний з різною інтенсивністю розвитку тиксотропного і гравітаційного зміцнення.

На пливуни властивості виключно великий вплив робить стан глинистого речовини. Наявність глинистих мінералів в диспергованому вигляді підвищує пливуни властивості за рахунок його "змащувальних" властивостей на контактах піщаних зерен і зниження фільтраційної здатності. Знаходження глинистого речовини в діспергірованно- флоккулированном і адсорбованому (на поверхні піщаних зерен) станах знижує пливуни властивості грунту. Розвитку пливунних властивостей грунту сприяє підвищення ступеня стабілізації глинистих частинок за рахунок фізико-хімічних факторів (переважання одновалентних катіонів в обмінному комплексі, низька концентрація норовить розчину, лужне середовище), присутність високомолекулярної органіки і діяльність мікроорганізмів [88].

Імовірність розрідження пісків при динамічних навантаженнях можна визначити при динамічному зондуванні через умовний динамічний опір р - опір грунту зануренню зонда при забиванні його падаючим молотом або вібромолотом (табл. 8.84).

Таблиця 8.84

Імовірність розрідження пісків при динамічних навантаженнях [109]

Умовний динамічний опір р , МПа

Імовірність розрідження пісків при динамічних навантаженнях

середнє

мінімальне

менше 1,5

менш 0.5

Велика ймовірність розрідження (піски пухкого складання, зчеплення практично відсутня)

Від 1.5 до 2.7

Від 0.5 до 1.1

Розрідження можливо (піски пухкі або середньої щільності зі слабо розвинутим зчепленням)

Від 2,7 до 3,8

Від 1,1 до 1,6

Імовірність розрідження невелика (піски середньої щільності з розвиненим зчепленням)

більш 3,8

більше 1,6

Розрідження пісків практично неможливо (піски щільні і середньої щільності з добре розвиненим зчепленням)

Для більш точної оцінки небезпеки розрідження використовуються експериментальні методи визначення стійкості грунту в динамічних приладах тривісного стиску в умовах природного напружено-деформованого стану і його зміни при пульсаціях тиску, що моделюють динамічні дії. Прилад дозволяє створити різні комбінації осьових і об'ємних навантажень при заданих умовах дренування. При відсутності в даний момент загальноросійських нормативів по визначенню динамічних деформаційних характеристик грунтів рекомендуються американські стандарти ASTM: D 3999-91, D 4015-91 [113].

В процесі лабораторних динамічних досліджень на розрідження слід визначати: критичний поріг, який сповіщає про початок розрідження ґрунту, - досягнення відносної осьової деформації зразка 5%; критичну відносну амплітуду впливів (динамічного навантаження) - величину відносної амплітуди напруги, при перевищенні якої зразок витримує менше 10 000 циклів навантаження [113].

Метод експериментального визначення порогових, або критичних, прискорень коливань заснований на виконанні вимоги:

де а - максимальне чинне прискорення коливань; η - критичне прискорення коливань.

Критичне прискорення коливань є природним властивістю грунту і визначається за результатами випробувань грунту на вибростоле як прискорення, при якому не виникає додаткових порових тисків або деформацій грунту. При виконанні зазначеної умови подальші дослідження динамічної стійкості грунту не потрібні.

 
Якщо Ви помітили помилку в тексті позначте слово та натисніть Shift + Enter
< Попередня   ЗМІСТ   Наступна >
 
Дисципліни
Агропромисловість
Аудит та Бухоблік
Банківська справа
БЖД
Географія
Документознавство
Екологія
Економіка
Етика та Естетика
Журналістика
Інвестування
Інформатика
Історія
Культурологія
Література
Логіка
Логістика
Маркетинг
Медицина
Нерухомість
Менеджмент
Педагогіка
Політологія
Політекономія
Право
Природознавство
Психологія
Релігієзнавство
Риторика
Соціологія
Статистика
Техніка
Страхова справа
Товарознавство
Туризм
Філософія
Фінанси
Пошук