авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 |

Исследование фильтрационной анизотропии лёссовидных макропористых грунтов приобского плато

-- [ Страница 2 ] --

Таблица 1 – Расположение и общая характеристика площадок отбора

образцов грунта

№ Площад- ки Месторасположение площадки № скважины Глуб. отбора, м Коэф-т порис-тости, е Число пластич-ности, IP Тип грунта
1 2 3 4 5 6 7
1 г.Барнаул, Центральный район ул.Промышленная, 106 Скв.1 5 0,61 0,10 Суглинок лёссовидный
5,7 0,69 0,11
6,5 0,64 0,09
9 0,56 0,11
2 г.Барнаул, Индустриальный район, Микрорайон 1051 Скв.2 11 0,72 0,05 Супесь лёссовидная
Скв. 3 3 0,80 0,07 Суглинок лёссовидный
6 0,79 0,09
3 г.Барнаул, Железнодорожный район, район Черемушек Скв.10 5 0,76 0,08 Суглинок лёссовидный
6 0,74 0,07
Скв.15 6 0,77 0,09
4 г.Барнаул, Индустриальный район, Квартал 2002 Скв.2 4 0,82 0,07 Суглинок лёссовидный
6 0,78 0,07
5 г.Барнаул, Индустриальный район, Квартал 1051 Скв.7 4 0,82 0,07 Суглинок лёссовидный
6 0,77 0,08
7 0,78 0,09
10 0,65 0,09
6 с.Зональное, Алтайский Край Скв.3 3 0,81 0,11 Суглинок лёссовидный
5 0,79 0,10
Скв.4 3 0,77 0,10
5 0,75 0,11
Скв.8 6 0,75 0,11
8 0,69 0,10
7 г.Барнаул, Индустриальный район, Квартал 2001-А Скв.3 2 0,72 0,05 Супесь лёссовидная
3 0,68 0,05
6 0,69 0,06
8 0,71 0,09 Суглинок лёссовидный
19 0,59 0,09
23 0,57 0,11
8 г.Барнаул, Ленинский район, ул.Монтажников, 16 Скв.1 17 0,82 0,10 Суглинок лёссовидный
18 0,78 0,10
19 0,64 0,09
21 0,56 0,09

Коэффициент фильтрации грунтов определялся на компрессионных приборах при одноосном испытании, путем замера расхода воды при ее фильтрации через образец грунта.

Для определения водопроницаемости по двум, взаимно перпендикулярным направлениям, эксперимент проводился на двух образцах-близнецах пространственная ориентация продольных осей которых в массиве различается на 90°. Образцы для испытания в приборе вырезались из монолита металлическими кольцами высотой 0,02 м и площадью поперечного сечения 25х10-4 м2. Подготовка образцов грунта для испытаний производилась в лабораторных условиях. Коэффициент фильтрации образцов грунтов определяют при заранее заданном давлении на грунт (Р=0,1; 0,2; 0,3 МПа).

Перед испытаниями образец полностью насыщали водой, а затем некоторое время фильтровали через него воду, для устранения защемленного в порах воздуха. Все испытания проводились при одном и том же градиенте напора равном единице.

Степень фильтрационной анизотропии определялась формулой:

(1)

где nf – коэффициент фильтрационной анизотропии; kФ верт и kФ гор – коэффициенты фильтрации, соответственно, в вертикальном и горизонтальном направлениях.

Экспериментальные исследования подтвердили наличие ярко выраженной фильтрационной анизотропии лёссовидных суглинков и супесей. В ходе исследований была оценена степень фильтрационной анизотропии, и ее диапазон изменения. Согласно проведенным исследованиям в 90% опытов показатель анизотропии находится в интервале от 1,18 до 8,32.

Экспериментальные данные были использованы для оценки влияния уплотняющей нагрузки на величину коэффициентов фильтрации по взаимно перпендикулярным направлениям (осям z, x) с построением соответствующих графиков.

При увеличении нагрузки на грунт, коэффициенты фильтрации в вертикальном и в горизонтальном направлениях уменьшаются. При изменении нагрузки от 0,1 до 0,3 МПа коэффициенты фильтрации в зависимости от начальных параметров грунта пропорционально уменьшаются в 1,63…10,25 раз. При нагрузке Р=0,3 МПа грунт сохраняет анизотропные свойства.

Оценена степень фильтрационной анизотропии грунта в процессе его уплотнения.

При увеличении нагрузки от 0,1 до 0,3 МПа в 50 % случаев степень фильтрационной анизотропии уменьшается, т.е. грунт становится более изотропным, в остальных 50 % степень фильтрационной анизотропии незначительно увеличивается. Увеличение степени фильтрационной анизотропии при повышении нагрузки можно объяснить увеличением поперечного сечения вертикальных канальцев вследствие вымывания частиц грунта и затруднением фильтрации воды в горизонтальном направлении в результате «защемления» горизонтальных пор.

С глубиной водопроницаемость грунта уменьшается, причем на глубине около 6 метров наблюдается падение значения коэффициентов фильтрации в обоих направлениях. От 6 метров и ниже значения коэффициентов фильтрации в обоих направлениях изменяются незначительно, и даже наблюдается некоторое их повышение на определенных глубинах. Это связано с разнородностью сложения массива грунта по глубине.

Глава 3. Учет фильтрационной анизотропии при решении задач

теории фильтрационной консолидации

По СНиП 2.02.83* «Основания зданий и сооружений» рекомендовано определение осадок методом послойного суммирования, причем при расчете оснований сложенными просадочными грунтами общая осадка определяется как сумма осадок и просадок. Для более достоверного прогноза деформирования водонасыщенного основания производят расчет осадок во времени, основанный на теории фильтрационной консолидации. Уравнение фильтрационной консолидации основано на модели учитывающей восприятие нагрузки от здания в начальный момент времени поровой водой в основаниях, с последующей передачей на скелет грунта (рисунок 1). Далее, в процессе уплотнения грунта от веса возведенного на нем здания или сооружения, происходит отжатие воды из пор, т.е. ее фильтрация через толщу грунтового основания. Поэтому процесс развития уплотнения (осадки) зависит от скорости отжатия воды из пор. Следовательно, нужно знать фильтрационные свойства грунтов оснований.

Рисунок 1 – Модель деформации грунта, полностью насыщенного водой, от действия нагрузки (нагрузка вначале передается на воду, затем, по мере сжатия, на скелет грунта (пружина))

Фильтрационная анизотропия лёссовидных грунтов объясняется наличием характерных, видимых невооруженным глазом, макропор имеющих вид ячеек и вертикальных канальцев, из-за чего водопроницаемость в вертикальном направлении выше, чем в горизонтальном.

Факт фильтрационной анизотропии лёссовидных макропористых грунтов зафиксирован. Другой важной частью является определение возможности ее учета в расчетах. Учесть фактор фильтрационной анизотропии предлагается путем введения поправочного коэффициента, определенного из следующих соображений.

Схематично расположение пор в изотропных и анизотропных (лёссовидных, с преобладающей вертикальной водопроницаемостью) грунтах на макроуровне можно изобразить так, как на рисунке 2.

Рисунок 2 – Схемы расположения пор изотропного (слева) и анизотропного грунта, с преобладающей вертикальной водопроницаемостью (справа)

Соответственно, схемы распространения воды в грунте при изотропной модели и анизотропной с преобладающей вертикальной водопроницаемостью от точечного источника замачивания будут иметь следующий вид (рисунок 3):

Рисунок 3 – Схемы распространения воды изотропного и анизотропного грунта, с преобладающей вертикальной водопроницаемостью

Далее рассмотрим упрощенные схемы фильтрации для этих двух вариантов, обозначив направление и величины потоков воды в виде векторов (рису-нок 4).

  Обозначение потоков воды в виде векторных величин - изотропного (слева) и-6

Рисунок 4 – Обозначение потоков воды в виде векторных величин - изотропного (слева) и анизотропного грунта, с преобладающей вертикальной водопроницаемостью (справа) где Кz и Кx – коэффициенты фильтрации соответственно в вертикальном и в горизонтальном направлениях;

К и К – результирующий вектор

Из приведенных схем становится ясно, что процесс отжатия воды из пор грунта будет происходить неодинаково, что повлияет на ход всего процесса консолидации (уплотнения). Следовательно, и величина осадки при приложении нагрузки будет различной. Причем во втором случае интенсивность поступления воды в толщу грунта будет выше. Для эксплуатации зданий это опасно тем, что будет происходить замачивание нижележащих неуплотненных слоев грунта и вызывать неравномерные деформации основания (осадки и просадки), а, следовательно, и надземных строительных конструкций.

В случае изотропной модели боковой отток воды будет выше, а при анизотропии наоборот больший объем воду устремляется вглубь.

Определим во сколько раз результирующий вектор в случае изотропной модели больше чем в случае анизотропной, с учетом формулы (1):

В итоге, имеем:

(2)

Здесь Кz и Кx – коэффициенты фильтрации соответственно в вертикальном и в горизонтальном направлениях, nf – степень фильтрационной анизотропии.

Физический смысл полученного коэффициента в том, что он показывает во сколько раз отток воды при изотропной модели (фиктивной) в стороны больше по сравнению с анизотропной (реальной) моделью, где преобладает вертикальная водопроницаемость. Коэффициент и есть искомый поправочный (компенсирующий) коэффициент.

Значение поправочного коэффициента определяется также графически (рисунок 5).

Рисунок 5 – График определения поправочного коэффициента анизотропии в

зависимости от степени фильтрационной анизотропии nf

Данный коэффициент компенсирует потери воды по сторонам и «направляет» поток в глубину массива грунта путем умножения на коэффициент фильтрации Кф верт при определении коэффициента консолидации:

см2/год; (3)

где: kФ верт – коэффициент фильтрации в вертикальном направлении (см/с, см/сут, см/год);

mv – коэффициент относительной сжимаемости (см2/кг);

– удельный вес воды, равный 1 г/см3.

Как видно из схемы, изображенной на рисунке 4, очень важной величиной, определяющей фильтрационные анизотропные свойства лёссовидных грунтов, является так же угол . Его величина обратно пропорциональна степени фильтрационной анизотропии.

(4)

Угол является углом фильтрационного потока по отношению к вертикальной оси (z) и показывает направление результирующего вектора фильтрации. Для исследованных лессовидных грунтов значения угла фильтрационного потока лежат в диапазоне от 120 до 400. Чем больше степень фильтрационной анизотропии, тем меньше угол фильтрационного потока и, следовательно, больший объем воды уходит непосредственно вглубь массива.

При проектировании инженерных коммуникаций на просадочных макропористых лёссовидных грунтах, угол распространения воды в грунте в случае возможных утечек из них и определения области потенциального замачивания грунта оснований представляют практический интерес.

Из рисунка 6 видно, что в случае фильтрационной анизотропии вода из водопроводящих коммуникаций будет распространяться преимущественно вглубь толщи грунта и зона замачивания будет меньше в зависимости от угла фильтрационного потока 2. Это можно учитывать при устройстве водонепроницаемых отмосток вокруг зданий и сооружений, для защиты просадочных грунтов от замачивания.

Рисунок 6 – Схема утечек из водопроводящих коммуникаций (идеальная)

Рисунок 7 – Схема утечек из водопроводящих коммуникаций

с учетом действия силы тяжести (реальная)

В реальности вода не будет распространяться точно по указанному контуру (рисунок 6), по причине действия различных факторов, главным из которых является действие силы тяжести. Действие силы тяжести придаст «траектории» не прямолинейный вид, а вид параболы, подобно тому, как камень, брошенный под углом к горизонту, по мере потери начального ускорения двигается по параболе, и в конечном итоге летит горизонтально вниз. Но в отличие от камня, летящего в изотропном воздухе, вода движется по анизотропной среде и, следовательно, ее движение не может свестись только к вертикальному движению вниз, в толщу грунта, но она будет стремиться к данной траектории. Таким образом, на рисунке 6 изображена идеальная схема распространения фильтрационного потока. Реальное движение фильтрационного потока с учетом силы тяжести схематично изображено на рисунке 7.

Согласно рекомендациям Пособия к СНиП 2.02.01-83* «Основания зданий и сооружений» ширина отмостки на просадочных грунтах назначается для всех зданий одинаковая и является постоянной величиной (так для грунтовых условий I типа по просадочности рекомендует выполнение отмостки шириной не менее 1,5 м не зависимо от глубины заложения фундамента).

На основании вышеизложенного, ширину отмостки возможно принимать по расчету исходя из глубины заложения фундаментов и угла фильтрационного потока определенного в зависимости от степени фильтрационной анизотропии.

Следует отметить важное следствие, касающееся также просадки лёссовидных грунтов. Как известно при строительстве на просадочных грунтах широко применяются мероприятия по искусственному уплотнению грунтов (например трамбование тяжелыми трамбовками). Кроме того с течением времени грунт в основании фундаментов уплотняется от собственного веса надземных конструкций. Однако уплотнение происходит преимущественно верхних слоев грунта, нижние же слои остаются неуплотненными. В случае утечки воды сверху, благодаря преобладающей вертикальной водопроницаемости она будет распространяться преимущественно вглубь основания, замачивая нижние неуплотненные, и сохранившие свою просадочность, слои грунта. Фильтрационная анизотропия способствует просадке нижележащих неуплотненных слоев грунта и, таким образом, является «проводником» просадочности. В этом заключается определенная опасность, которую также необходимо учитывать.

Глава 4. Рекомендации по расчету осадок фундаментов с учетом

фильтрационной анизотропии грунтов оснований

Для целого ряда инженерных задач важно знать, как изменяются фильтрационные характеристики при уплотнении макропористых лёссовидных грунтов. Как показано в главах 2 и 3, при проектировании и строительстве на водонасыщенных лёссовидных грунтах необходимо учитывать фильтрационную анизотропию грунтов как природной пористости, так и после их уплотнения, для чего требуется определение коэффициентов фильтрации в вертикальном и в горизонтальном направлениях на стадии инженерно-геологических изысканий.

Таким образом, недоучет фильтрационной анизотропии приведет к неточным расчетным данным – заниженной величине осадок. Недоучет величины осадки приведет к назначению недостаточных размеров подошвы фундаментов, что, в свою очередь, может привести к развитию неравномерных деформаций основания и конструкций зданий и сооружений в целом.



Pages:     | 1 || 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.