книги из ГПНТБ / Силкин А.М. Инженерные сооружения на осушительных системах в торфяниках учеб. пособие

ном перемещении частиц, без бокового раширения торфа, названы « к р и т и ч е с к и м и с ж и м а ю щ и м и на­ г р у з к а м и » . Их зависимость от величины R показана на рисунке 9. Она хорошо аппроксимируется выражением

где Р0, А, В — постоянные коэффициенты, зависящие от задаваемых условий работы торфа под нагрузкой, кГ/см2.

Значение коэффициентов Ро, А и В для торфов неосушенных залежей с некоторым округлением приведены в таблице 5.

23

S,mm

Рис. 10. Зависимость оса­ док S от степени разло­ жения торфов R при раз­ личных ступенях нагруз­ ки Р:

1 — сжатие без возможнос­ ти бокового расширения; 2—

сжатие с возможностью бо­ кового расширения.

■l

2

Зная величину R торфов неосушенной залежи, по формуле (10) можно определить предельную нагрузку, при которой торф дает осадку еще только при вертикаль­ ном перемещении частиц, без бокового расширения.

На рисунке 10 показаны зависимости S= f(R), под­ тверждающие, что при сжатии торфов без возможности бокового расширения (схема I) независимо от величи­ ны Р осадки с увеличением R закономерно уменьшают­ ся. Закономерное уменьшение S с увеличением R про­ исходит и при сжатии торфов с возможностью бокового расширения (схема II), но лишь до определенного пре­

ный из растительных остатков каркас, заполненный во­ дой и полностью разложившимися (гумусовыми) веще­ ствами и мелкими негумифицированными остатками. Каркас и гумус* составляют скелет торфа, прочность ко­ торого в основном определяется прочностью каркаса, так как гумус в естественном состоянии •— вещество весьма пластичное, способное при соответствующих нагрузках, передаваемых на торф, легко перемещаться относительно каркаса.

* К гумусу в данном случае мы относим и мелкие негумифицированные остатки, так как по своим механическим свойствам они мало чем отличаются от гумуса.

24

Торф неосушенной залежи практически находится в состоянии грунтовой массы, сжатие которой по схеме I происходит только за счет уменьшения пористости вследствие выдавливания воды, а по схемам II и III —

с увеличением Р уменьшается вследствие изменения структурных параметров, в частности упрочнения скеле­ та торфа и уменьшения гидравлического радиуса пор. По данным Н. В. Чураева *, например, для медиум-тор­ фа с R = 25% при увеличении Р от 0,14 до 0,45 кГ/см2, то есть в 3,2 раза, гидравлический радиус пор уменьша­ ется от 0,37 до 0,07 мк, то есть в 5,3 раза.

При Р > Р Кр по схеме III осадка больше, чем по схе­ ме I, вследствие бокового расширения каркаса и выдав­ ливания из него в стороны не только воды, но и гуму­ са **. Контрольные определения показали, что величи­ на R после уплотнения под нагрузкой Р = 3,62 кГ/см2 изменилась с 20% (в естественном состоянии) до 12%.

влияние сопротивления торфа срезу по периметру штам­

*Докторская диссертация на тему: «Водные свойства, струк­ тура и процессы переноса влаги в торфе» (1961 г.).

**Здесь и далее при рассмотрении деформируемости торфов

«боковое расширение каркаса и выдавливание из него гумуса» за­ меняем термином «боковое выдавливание торфа», так как этот тер­ мин более краток и в то же время достаточно полно отражает фи­ зическую сущность явления.

25

О 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13Р,нГ/СМ2

Рис. 11. Зависимость осадки 5 образца торфа от сжи­ мающей нагрузки Р при одноосном сжатии.

в составе скелета исследованных торфов увеличивается

с повышением R характерно для всех торфов неосушенных залежей. При этом в составе скелета увеличивается не только количество гумуса, снижающего прочность торфов, но и количество каркаса, повышающего проч­ ность торфов (рис. 12). Таким образом, рассмотренный процесс деформируемости исследованных торфов спра­ ведлив для всех торфов неосушенных залежей.

Анализ результатов испытания торфов по схемам II и III показал, что при Р<<0,48 кГ/см2 осадка торфов без предварительного среза проходит более интенсивно,

Такой характер осадки во времени объясняется [38] различной скоростью так называемого ползучего и филь­ трационного уплотнений.

* По данным Н. В. Чураева, у низинного торфа с увеличением

ным Л. С. Амаряна [3], у комплексного верхового торфа с увели­ чением И от 5 до 20% гидравлический радиус пор уменьшается в

5,6 раза.

26

Приведенные выше результаты исследований сжи­ маемости торфов, а также работы ряда других авторов [7, 19, 20] показывают, что процесс деформируемости торфов (схема показана на рисунке 13) при непре­ рывно возрастающей нагрузке слагается из следующих фаз.

1. При малой нагрузке осадка торфа происходит за счет уменьшения пористости вследствие выдавливания воды.

Частицы торфа как непосредственно под штампом, так и в некоторой зоне вокруг него имеют только верти­ кальное перемещение. Поверхность торфа вокруг штам­ па прогибается (рис. 13, б).

2.С увеличением нагрузки прогиб поверхностных сло­ ев настолько возрастает, что по периметру штампа сна­ чала отдельные волокна каркаса (рис. 13, в), а затем все большее и большее их количество разрываются и на­ конец наступает массовый разрыв по всему периметру (рис. 13, г). Происходит как бы срез волокон, аналогич­ ный «чистому срезу». Однако осадка торфа все еще обу­ словлена уменьшением пористости вследствие выдавли­ вания воды; частицы торфа имеют только вертикальное перемещение. Поверхность торфа вокруг штампа почти полностью восстанавливает свое первоначальное поло­ жение, изгиб волокон каркаса нижележащих слоев воз­ растает.

3.С увеличением нагрузки осадка в результате рас­ пространения среза волокон каркаса вниз происходит не

Рис. 12. Зависимость объемного веса скелета ^об.ск и его составляю­ щих от степени разложе­ ния торфов R:

I — низинный торф; II — верховой торф; 1 — объем­ ный вес скелета; 2 — .объ­

емный вес скелета неразложившихся растительных ос­ татков; 3 ~ объемный вес

скелета разложившихся ве­ ществ; 4 — то же, соответ­

ственно для исследованных торфов.

27

только за счет уменьшения пористости вследствие выдавливания воды, но и за счет бокового выдавливания (рис. 13, д), преимущественно верхних слоев торфа, находящихся непосредственно

мере разложения торфов увеличивается не только коли­ чество гумуса, повышающего пластичность торфов, но и количество каркаса (с ростом R до 40%), увеличиваю­ щего прочность торфов в целом, а также то, что в практи­ ке мелиоративного строительства нагрузки, передавае-

28

мые сооружениями на торфяное основание, практически не превышают 0,5—0,6 кГ/см2 и что при таких нагрузках торф не имеет бокового выдавливания при степени раз­ ложения до 45%, мы считаем целесообразным: торфы со степенью разложения до 45% относить к слаборазложившимся, от 45 до 75% — к среднеразложившимся и более 75% — к сильноразложившимоя *.

5. Несущая способность торфов

Анализ процесса деформируемости торфов показыва­ ет, что потеря ими несущей способности не сопровожда­ ется сдвигами,, образующими сплошные поверхности скольжения, которые присущи минеральным грунтам (рис. 14). Потеря торфом несущей способности сопро­ вождается главным образом «чистым срезом» его по периметру нагруженной площадки (рис. 13) и разруше­ нием связей «элементов» каркаса ** в объеме торфа, ограниченного сверху площадкой, а с боков поверхно­ стью, проходящей по ее контурам вертикально вниз.

В технической литературе известно много работ, по­ священных вопросу изучения несущей способности тор­ фяной залежи. Среди них работы С. С. Корчунова [19], А. К. Рябова [30]. и др. Не имея здесь возможности ана­ лизировать все известные формулы, автор считает, что наиболее полно отражает физическую сущность явления уравнение С. С. Корчунова:

где Р — несущая способность торфяной залежи, кГ/см2;

А— сопротивление торфа три сжатии, кГ/см2;

В— сопротивление торфа срезу по периметру нагру­ женной площадки, кГ/см;

Г1— периметр нагруженной площадки, ем; F — площадь нагруженной площадки, см2.

Величины А и В являются постоянными характери­ стиками для данного торфа, но, к сожалению, в работах Корчунова нет рекомендаций по их определению. Мы

* Такое деление торфов оправдано и с точки зрения деформи­ руемости торфяного основания под насыпями (глава III).

** В том числе и разрушение сосудистых полостей волокон каркаса (неразложившихся остатков стеблей растений торфообразователей).

29

Рис. 14. Схема поверхностей скольжения и бугров выпира­ ния при потере несущей способности минеральных грунтов.

предлагаем эти коэффициенты устанавливать по резуль­ татам лабораторных испытаний образцов торфа, взятых непосредственно из залежи, например в процессе изыска­ ний. Рассмотрим предлагаемый метод определения несу­ щей способности торфов с целью оценки проходимости строительных машин по торфяной залежи.

В мелиоративной практике применяют обычно строи­ тельные машины на гусеничном ходу, ширина гусениц которых составляет 50— 100 см. Гусеница в данном слу­ чае и есть та нагруженная площадка, которую должна

внешней нагрузки, так же как и в минеральных грунтах, подчинено закону Буссинеска, согласно которому наи­ более нагруженными являются верхние слои торфа, рас­ положенные непосредственно под гусеницей машины. На глубине, равной ширине гусеницы, напряжения под ее центром, например, будут составлять уже менее поло­ вины внешних (удельных) давлений под гусеницей. Если же верхние, наиболее напряженные слои торфа не выдер­ живают нагрузку, передаваемую на них гусеницей, то последняя погружается (проваливается) в залежь. Для нарушения нормальных условий работы машины доста­ точно провала гусеницы (одной или обеих) на 15—30 см.

Следовательно, для определения несущей способно­ сти торфяной залежи с целью выяснения возможности нормальной работы (проходимости) машин необходимо знать прочность верхних слоев торфа, расположенных непосредственно под гусеницами в среднем до глубины, равной ширине гусеницы, примерно 1 м. Под прочностью понимается сопротивление торфа сжатию (коэффици­ ент А) и сопротивление торфа срезу волокон по перимет­ ру нагруженной площадки (коэффициент В). Методика определения коэффициентов А и В следующая.

30

Из шурфа цилиндрическими режущими кольцами от­ бирают из каждого горизонта несколько (четное число) образцов торфа ненарушенной структуры. Верхний слой — очес — предварительно снимают. Проходимость должна обеспечиваться прочностью слоев торфа, лежа­ щих под очесом. Число горизонтов, из которых необходи­ мо отбирать образцы, устанавливают на основе геологи­ ческого разреза болота по трассе сооружения.

Образцы торфа подвергают испытанию по методике, рассмотренной выше. Одну группу образцов испытывают по схеме II, другую по схеме III. Соотношение между штампом и размерами образца выбирают, исходя из теории распределения напряжений в торфе, таким обра­ зом, чтобы свести к нулю или к минимуму влияние жест­ ких стенок режущих колец и поддона прибора.

Нагружение образцов ведут ступенями до потери тор­ фом несущей способности, что определяется ходом осад­ ки. Коэффициенты А и. В определяют по результатам испытаний, выраженным в виде зависимостей «осадка— нагрузка». На рисунке 15 для примера приведены зави­ симости осадок от нагрузок для образцов осокового низинного торфа со степенью разложения 35% и влаж­ ностью 800%.

Предел несущей способности торфа, у которого пред­ варительно произведен срез по периметру нагруженной площадки Рг, это не что иное, как сопротивление тор­ фа при сжатии. Разница же между пределами несущей способности торфа ненарушенной структуры Р\ и преде­ лом несущей способности торфа, у которого предвари-

Рис. 15. Зависимость осадок S образцов тор­ фа от сжимающей на­ грузки Р при высоте об- , разца 20 см:

I — для образца ненарушен­ ной структуры; 2 — то же,

но с предварительным сре­ зом по периметру штампа.

31