Волков В.Н., Иванов Н.Н. Оценка просадки лёссовых грунтов в основаниях инженерных сооружений

Подождите немного. Документ загружается.

Министерство образования России

Ростовский ордена Трудового Красного Знамени

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

В. Н. ВОЛКОВ, Н. Н. ИВАНОВ

ОЦЕНКА ПРОСАДКИ ЛЁССОВЫХ ГРУНТОВ В ОСНОВАНИЯХ

ИНЖЕНЕРНЫХ СООРУЖЕНИЙ

Методические указания

к лабораторным занятиям по курсу «Механика грунтов»

для студентов специальности «Гидрогеология и инженерная геология»

Ростов - на – Дону

1999 г.

Печатается на основании решения кафедры

гидрогеологии, инженерной и нефтегазовой геологии

Авторы: доцент кафедры гидрогеологии, инженерной и нефтегазовой

геологии В. Н. Волков, доцент кафедры общей географии,

краеведения и туризма Н. Н. Иванов

Рецензент профессор В. И. Коробкин

ВВЕДЕНИЕ

Лессовые грунты (суглинки, супеси, глины и собственно лессы) широко

распространены на территории России, покрывая значительные площади ее

южной части (Предкавказье, Калмыкия, Ростовская и Волгоградская области).

Это недоуплотненные макропористые породы с содержанием частиц

пылеватой фракции (0,005 – 0,05мм) около или свыше 50%

К важным особенностям лессовых грунтов относится способность давать

деформацию сжатия при замачивании без изменения внешнего давления –

просадку. Принимая во внимание, что лессовидные грунты являются

основанием большинства инженерных сооружений юга России, навыки в

оценке просадочности приобретают особую значимость для студентов –

будущих специалистов в области инженерной геологии. Эти сведения

необходимы студентам в процессе изучения курса «Механика грунтов», при

выполнении работ по курсовому и дипломному проектированию инженерных

изысканий в районах развития просадочных грунтов.

Методическое пособие не предусматривает изложения вопросов,

связанных с классификационными свойствами лессовых грунтов. Они

достаточно подробно рассматриваются в учебниках по грунтоведению. Здесь

предлагаются примеры методических подходов к количественной оценке

характеристик просадочности, используемые в практике инженерно-

геологических изысканий и проектирования инженерных сооружений. При

рассмотрении примеров решения задач авторы не считали возможным

возвращаться к тем вопросам, которые уже известны студентам из курсов

«Грунтоведение» и «Механика грунтов».

Величиной просадки (S

) какого- либо массива грунта называется

общая абсолютная деформация сжатия, возникающая исключительно при его

замачивании сверху (внешние источники обводнения) или снизу (подъем

уровня грунтовых вод), а также вследствие постепенного накопления влаги в

зоне аэрации до значений степени влажности превышающих 0,8 (последний

случай в настоящем пособии не рассматривается). Расчеты значений просадок

в основании инженерных сооружений выполняются специалистами в области

механики грунтов.

Для определения величины S

необходимы сведения об относительной

просадочности грунтов, начальном просадочном давлении, мощности

просадочной толщи. Кроме того, нормативными документами

предусматривается обязательное установление типа грунтовых условий по

просадочности. Решение этих задач относится к сфере инженерно-

геологической деятельности и рассматривается в первом разделе пособия.

Для закрепления полученных знаний в пособии предусмотрены задания

для самостоятельной работы, созданные авторами по данным инженерно-

геологических исследований, выполненных в пределах территории Северного

Кавказа различными организациями.

1. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ЛАБОРАТОРНЫХ

ИССЛЕДОВАНИЙ ПРОСАДОЧНЫХ ГРУНТОВ

В настоящее время оценка характеристик просадочности базируется на

результатах лабораторных исследований грунтов, а опытные полевые работы

(испытания штампами, замачивание котлованов) имеют дополнительное,

уточняющее значение. Исходными данными при этом являются значения

относительной просадочности (έ

) и плотности грунтов (ρ), устанавливаемые

для каждого метра толщи грунтов основания по известным методикам,

подробно изложенным в курсе «Грунтоведение». Наиболее достоверно

величины έ

определяются методом “двух кривых” по компрессионным

испытаниям образцов грунта с естественной влажностью и водонасыщенного:

= (h

n,p

– h

sat,p

) / h

n,g

( 1 )

n,p

и h

sat,p

– высота образцов соответственно природной влажности и

водонасыщенного, обжатых при давлении p (как правило от 0 до 0,3 – 0,4

МПа); h

n,g

– высота того же образца при природной влажности при давлении,

создаваемом весом вышележащих грунтов (σ

Обработку результатов лабораторных определений проиллюстрируем на

примере (исходные значения έ

и удельного веса грунта- γ = ρ∙g∙h приведены

в таблице 1).

Анализируя результаты компрессионных испытаний, первой задачей

инженера-геолога является выявление закономерностей распределения

величины относительной просадочности в геологическом разрезе и в

зависимости от степени нагрузки (в нашем случае от 0,1, 0,2, 0,3 МПа, а также

природного напряжения массива грунта - σ

). Эту задачу принято решать

графоаналитическим способом. В первую очередь строятся графики

зависимости относительной просадочности от давления – ломаные линии на

рисунке 1. Для наглядности анализа на график наносится горизонтальная

линия, соответствующая величине έ

равной 0,01 (известно, что это значение

условно отделяет просадочные грунты от непросадочных).

Таблица 1

Результаты лабораторных определений

глубина удельный вес Относит. просадочность при

отбора, грунта, кН/м

давлении, МПа

м (γ ) 0,1 0,2 0,3

2 16,5 0,008 0,015 0,025

3 15,9 0,013 0,025 0,033

4 16,9 0,018 0,033 0,046

5 17,0 0,015 0,035 0,055

6 18,8 0,000 0,005 0,009

7 17,2 0,011 0,020 0,031

8 18,4 0,010 0,022 0,028

9 19,8 0,000 0,003 0,008

Используя рисунок 1, не сложно получить относительную просадочность

при природном давлении (напряжении- σ

). В рассматриваемом примере

значения σ

на соответствующих точкам опробования глубинах составят:

0,033; 0,049; 0,066; 0,083; 0,102; 0,119; 0,137; 0,157 МПа.

Например, зная, что на глубине 7 м σ

равно 0,119 МПа, находим это

значение на горизонтальной оси (точка С) и от нее восстанавливаем

перпендикуляр до пересечения с соответствующей кривой (для глубины 7 м).

От полученной точки Д (см. рис.1) проводим горизонталь к вертикальной оси и

получаем относительную просадочность на данной глубине в условиях

естественного напряженного состояния грунтов – 0,013. Подобным образом

устанавливаются величины έ

и для других точек изучаемого массива.

Следующим этапом является построение графиков, отражающих

изменение относительной просадочности в геологическом разрезе при

различных

Графики зависимости относительной просадочности

от давления

Рис. 1

1 – почвенно-рестительный слой;

2 – погребенная почва; 3 – суглинок

просадочный; 4 – суглинок непросадочный.

Рис. 2. Графики изменения величин относительной просадочности

с глубиной при различных давлениях.

нагрузках (рисунок 2). Для удобства анализа вдоль вертикальной оси глубин

располагают геолого-литологическую колонку (слева) и проводят линию

(справа), соответствующую значению έ

= 0,01.

Таким образом, результаты первичной обработки иженерно-

геологической информации позволяют сделать следующие выводы:

1.Многие из грунтов исследуемого массива обладают просадочными

свойствами (έ

более 0,01) как в естественном залегании, так и при нагрузках

от 0,1 до 0,3 МПа. Это предполагает определение типа грунтовых условий по

просадочности.

2. Мощность просадочной толщи растет с увеличением давления на

грунты и достигает 7,9 метров при давлении 0,3 МПа (см.рис.1). Верхняя ее

граница – кровля лессовидных суглинков, нижняя – зеркало грунтовых вод.

3. При проектировании инженерных сооружений на изучаемом массиве

грунтов необходима оценка величины просадки (S

), чему должно

предшествовать определение начального просадочного давления и мощности

просадочной толщи.

1.1.Определение типа грунтовых условий по просадочности

Массивы просадочных грунтов в зависимости от характера проявления

просадки от собственного веса (при обводнении в условиях естественного

залегания) подразделяются на два типа:

- І тип грунтовых условий фиксируется в случаях, когда в основном

проявляется просадка от внешней нагрузки, а суммарная просадка от

собственного веса не превышает 5 см;

- ІІ тип характерен для массивов, в которых наряду с просадкой от

внешней нагрузки, величина просадки от собственного веса значительна и

превышает 5 см.

Таким образом, тип грунтовых условий по просадочности для

рассматриваемого случая будет определяться расчетом просадки от

собственного веса. Основой расчета служит зависимость относительной

просадочности от глубины залегания при нагрузке равной σ

(см. рис. 2).

При этом, согласно СНиП 2.02.01 – 83*, учитываются только те

интервалы глубин, где установлены значения έ

более 0,01 (в нашем примере

глубины 4, 5, 7 и 8 м). В интервале глубин от 5 до 6 метров просадка

отсутствует, что связано с наличием здесь погребенного почвенного горизонта,

имеющего достаточно высокую плотность. Необходимые величины έ

определяем по графику ( рис. 1). Они составляют: 4 м- 0,012 , 5 м- 0,012 , 7м-

0,013 , 8 м- 0,014. Принимая во внимание, что каждой точке опробования

соответствует слой грунта 1 м, каждое значение относительной просадочности

умножается на 100 см. Суммировав полученные величины, устанавливаем

просадку от собственного веса грунтов – 5,1 см. Следовательно грунты

рассматриваемого массива относятся ко второму типу по просадочности.

1.2. Определение величины начального просадочного давления

Проектирование инженерных сооружений в районах распространения

просадочных грунтов предполагает установление значений начальных

просадочных давлений (р

) по разрезу просадочных грунтов. Это

минимальное давление, при котором грунты проявляют просадочные свойства

(έ

более или равно 0,01).

Величины р

можно получить, используя графики, представленные на

рисунке 1. Для этого устанавливают точки пересечения кривых с линией АВ

(см. рис. 1), разделяющей просадочную и непросадочную части. Например,

одна из кривых на графике (соответствующая глубине 4 м) пересекается с

линией АВ в точке Е. Опустив перпендикуляр на ось давлений, получаем

величину р

= 0,05 МПа, - минимальную нагрузку, при превышении которой

грунты данного интервала геологического разреза проявляют просадочные

свойства. Подобным образом получают значения р

для всех других точек

инженерно-геологического опробования.