22.Силы смерзания грунтов с элементами конструкций сооружений.

Зимой породы деятельного слоя, при замерзании, прочно смерзается с опорами сооружений. При этом между замерзшим грунтом и опорами возникает сцепление.

Наибольший практический интерес представляют касательные силы смерзания, возникающие на поверхности фундамента и конструкций сооружений, смерзающихся с грунтом. Силы смерзания зависят от состава и свойств горных пород, смерзшегося с ними материала, от температуры, влажности, пористости и шероховатости поверхности смерзания.

Под влиянием сил смерзания, происходящие объемные изменения мерзлого грунта, передаются опорам и конструкциям сооружения и последние подвергаются деформациям.

Определение касательных сил смерзания можно производить на лабораторных и полевых установках. Проведение исследования сил смерзания позволяют установить следующие зависимости:

5. силы смерзания увеличиваются с понижением температуры грунта;

6. силы смерзания возрастают с увеличением влажности в пределах до полной влагоёмкости грунта; при дальнейшем увеличении влажности (льдистости) они несколько уменьшаются;

7. наибольшая величина сил смерзания наблюдается для водонасыщенных песчаных грунтов; для глинистых пород она несколько меньше, а в крупнообломочных – она минимальная;

8. в полевых условиях силы смерзания неодинаковы по глубине деятельного слоя в связи неравномерным распределением температуры и влажности.

По данным Н.А.Цытовича и М.Н.Гольштейна[12], на величину сил смерзания очень большое влияние оказывает скорость приложения нагрузки.

При быстром возрастании нагрузки силы смерзания в 2–3 раза больше, чем при медленном.

23.Деформации мерзлых оснований при их оттаивании.

Деформации мерзлых оснований при их оттаивании. При оттаивании мерзлых грунтов – оснований инженерных сооружений, вследствие превращения льда в воду резко снижается их прочность (уменьшается сцепление) и увеличивается сжимаемость.

В результате, находящееся под нагрузкой основание, при оттаивании, дает значительную и резкую осадку, часто носящую характер просадки. Величина осадки основания, при повышении его температуры выше нуля ^оС, может быть вызвана двумя причинами:

- выдавливание грунта из-под фундамента вследствие нарушения прочности основания;

- уменьшение пористости горных пород, связанное с отжатием воды из значительных по объему пор, ранее занятых льдом.

Если ожидается оттаивание основания под фундаментами сооружения, то первая причина просадки может быть устранена заранее предусмотренным снижением давления на грунт (т.е. достаточным развитием подошвы фундаментов).

Что же касается второй причины – резко повышенной способности к изменению пористости, то снижение давления может лишь в сравнительно небольшой степени уменьшить осадку, так при оттаивании происходит изменение строения грунта, которое приводит к значительным деформациям основания не только под внешней нагрузкой, но даже под действием собственного веса горных пород.

Рис. 3.5 Компрессионная кривая оттаивающего под нагрузкой грунта

На рис. 5.5 а) показана форма компрессионной кривой оттаивающего под нагрузкой грунта, позволяющая установить, что при оттаивании происходит скачкообразное уменьшение коэффициента пористости (возможность бокового расширения, как известно, в компрессионном приборе полностью исключена).

Исследования Н.А. Цытовича показали, что при оттаивании осадка мерзлых грунтов (связанная только с уменьшением пористости) состоит из двух частей: осадки оттаивания (тепловой осадки), не зависящей от внешнего давления, и осадки уплотнения (под действием внешнего давления), при небольших интервалах изменения давления прямо пропорциональной действующему давлению.

В условиях невозможности бокового расширения грунта осадка при оттаивании выражается, в соответствии с выше изложенным, следующей формулой:

S = h + , (3.8)

где А_м - коэффициент оттаивания;

α_м – коэффициент сжимаемости грунта при оттаивании;

ε_0– начальный коэффициент пористости;

p – уплотняющее давление;

h –толщина сжимаемого слоя грунта.

Таким образом, скачек в изменении коэффициента пористости ∆ε (см. рис. 3,5 а) может быть записан в виде уравнения:

∆ε = А_м + α_мp (3.9)

Графически эта зависимость, позволяющая определить А_м и α_м, изображена на рис 5,4б).

Для ее построения нужно произвести опыты над рядом образцов грунта, оттаивших в одометрах при различных величинах давления p (построить несколько «ступенчатых» компрессионных кривых).

В настоящее время широко пользуются упрощенным приемом, по которому на одном и том же образце мерзлого грунта сначала определяют А_м путем замера осадки образца в одометре при оттаивании под давлением 0,1кг/см², а затем для вычисления величины α_м, регистрируют дальнейшую осадку оттаявшего образца при повышении давления от 0,1 до 1,0 кг/см².

Расчет осадки оттаивающего основания с учетом ограниченного бокового расширения грунта, которое практически сказывается на результатах расчета при отношении ширины подошвы фундамента к толщине слоя сжимаемого грунта менее 2, может быть выполнен с помощью метода эквивалентного слоя.

Скальные мерзлые породы характеризуются тем, что почти все трещины в них заполнены льдом или льдонасыщенным рыхлым заполнителем. Верхняя часть скального массива обычно в той или иной мере распучена вследствие деформаций, возникающих в породе при замерзании находящейся в ее трещинах воды. Ширина трещин, поэтому может быть резко увеличена. Лед, образующийся в трещинах, облегчает относительные сдвиги отдельных блоков породы, способствует их подвижности и обуславливает изменение механических свойств массива мерзлых скальных пород при изменении их температуры.