CC BY
14
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ЛЁССОВОГО ГРУНТА ПРИРОДНОЙ ВЛАЖНОСТИ КЫЗЫЛОРДИНСКОЙ ОБЛАСТИ РЕСПУБЛИКИ
КАЗАХСТАН
Будикова А.М.1, Риставлетов Р.А.2, Сактаганова Н.А.3, Абдирайым Ш.А.4, Адил
Ж ж 5
1Будикова Айгуль Молдашевна - кандидат технических наук, старший преподаватель, кафедра архитектуры и строительного производства, Кызылординский университет им. Коркыт Ата, г. Кызылорда; 2Риставлетов Райымберди Аманович - кандидат технических наук, доцент, кафедра технологии строительных материалов, изделий и конструкций, Южно-Казахстанский университет им. М Ауэзова, г. Шымкент; 3Сактаганова Наргуль Амановна - доктор философии (PhD), старший преподаватель; 4Абдирайым Шынар Асылбековна - магистрант; 5Адил Жадигер Жалгасбекович - магистрант, кафедра архитектуры и строительного производства, Кызылординский университет им. Коркыт Ата, г. Кызылорда, Республика Казахстан
Аннотация: основной особенностью лёссовых грунтов является способность при замачивании под нагрузкой от гидросооружения или от собственного веса давать значительные по величине провальные перемещения - просадки, наиболее опасные для сооружений из-за быстрого и неравномерного их протекания. Помимо просадки, в зависимости от действующих факторов (увлажнения и нагружения) в массиве лёссового грунта происходят и другие деформации, такие как осадка и послепросадочные деформации.
Ключевые слова: основание, фундамент, просадочные грунты, лёссовые породы, геологическое исследование.
DETERMINATION OF LOESS SOIL CHARACTERISTICS NATURAL HUMIDITY OF THE KYZYLORDA REGION OF THE REPUBLIC OF KAZAKHSTAN Budikova A-М.1, Pistavletov R-А.2, Saktaganova N-А.3, Abdiraiym Sh-А.4, Adil Zh.Zh.5
1Budikova Aigul Moldashevna - Candidate of Technical Science, Senior Lecturer, DEPARTMENT OF ARCHITECTURE AND CONSTRUCTION PRODUCTION, KORKYT ATA KYZYLORDA UNIVERSITY, KYZYLORDA; 2Pystavletov Raiymberdi Amanovich - Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, DEPARTMENT OF TECHNOLOGY OF BUILDING MATERIALS, PRODUCTS AND STRUCTURES SOUTH KAZAKHSTAN UNIVERSITY NAMED AFTER M AUEZOV, SHYMKENT; 3Saktaganova Nargul Amanovna - Doctor of Philosophy (PhD), Senior Lecturer; 4Abdiraiym Shynar Asylbekovna - Undergraduate; 5Adil Zhadiger Zhalgasbekovich - Undergraduate, DEPARTMENT OF ARCHITECTURE AND CONSTRUCTION PRODUCTION, KORKYT ATA KYZYLORDA UNIVERSITY, KYZYLORDA, REPUBLIC OF KAZAKHSTAN
Abstract: the main feature of loess soils is the ability, when soaked under load from a hydraulic structure or from its own weight, to produce significant failure movements - subsidence, the most dangerous for structures due to their rapid and uneven flow. In addition to subsidence, depending on the acting factors (moisture and loading), other deformations occur in the loess soil massif, such as precipitation and post-subsidence deformations. Keywords: foundation, foundation, subsidence soils, loess rocks, geological exploration.
УДК 626/627:631.6
Многие исследователи отмечали значительную изменчивость физических и механических (прочностных и деформативных характеристик) лёссовых грунтов и необходимость учета этого обстоятельства в инженерных расчетах. На принципиальную важность учета изменчивости свойств грунтов в инженерно-строительной практике, по-видимому, впервые было указано в работе Г.А. Мавлянова. Им же был поставлен вопрос о целесообразности использования методов математической статистики для количественной оценки этой изменчивости. Разработкой теоретических основ и практики оценки изменчивости свойств грунтов оснований занимались Фролов Н.Н., М.Ю. Абелев, М.Н. Гольдштейн, В.И. Крутов, Кубенов Р.Т.и др. Пути учета изменчивости свойств грунтов при проектировании оснований обсуждаются в работах Силкина А.М., Н.Н. Ермолаева, А.А. Кагана и др., а также в ряде регламентирующих документов [4].
Для проведения сравнительного анализа изменчивости свойств лёссовых грунтов юга Казахстана нами были проведены лабораторные исследования физико-механических свойств лёссовых просадочных грунтов до и после их замачивания.
Физические характеристики грунтов - весовая влажность н>, влажности на пределе пластичности и текучести wL, плотность грунта р, плотность частиц определялись в соответствии с требованиями действующих ГОСТ [2]; прочностные - угол внутреннего трения ф и удельное сцепление с - на приборах одноплоскостного среза ПСГ-2М, показатели деформируемости - в компрессионных приборах в соответствии с требованиями ГОСТ [2] и при штамповых испытаниях образцов лёссового грунта ненарушенной структуры в лотке.
Преимуществом лабораторного исследования является возможность изучения ожидаемых процессов с учетом пространственной изменчивости лёссовых грунтов, фактора времени, деформированного состояния и т.д. Эти методы обеспечивают получение материала в объеме, необходимом для статистической обработки данных с целью выявления корреляционных зависимостей между изменениями влажностного режима лёссовых грунтов и их деформируемостью.
Для изучения изменения характеристик лёссового грунта при замачивании были отобраны монолиты из пяти шурфов различной глубины, пройденных в Кызылординской области Теренозякского района Казахстана. Лёссовый грунт во всех пяти шурфах представлен суглинком твердым лёссовидным различной мощности (от 3 до 7м). Лабораторные исследования образцов лёссового грунта проводились в грунтовой лаборатории кафедры «Основания и фундаменты» МГУП [3].
Определения характеристик лёссового грунта проводились по образцам грунта природной влажности, которые вырезали из монолита грунтоотборочным кольцом высотой И=1см, диаметром d=7см и находили их плотность р0, затем вычисляли плотность сухого грунта рм и коэффициент пористости ео при р=0. Характеристики грунта природной влажности, полученные путем статистической обработки данных не менее трех образцов лёссового грунта для каждой из характеристик, вырезанных из монолитов, изъятых из различных шурфов, показаны в таблице 1. Среднеквадратичное отклонение составляло не более 0,02 при доверительной вероятности а=0,85.
Для определения деформационных и прочностных характеристик образцы лёссового грунта природной влажности, вырезанные из тех же монолитов, испытывали в одометре и на сдвиг (срез) в приборе прямого односрезного плоскостного сдвига. Полученные результаты экспериментов обрабатывались статистическими методами по формулам (1-5).
Таблица 1. Характеристики грунта природной влажности Кызылординской области
№ шурфа Глубина отбора образцов, м Р* т/м3 Р= т/м3 % % % Коэф. пористости, е Пористость, п
1 4,2 2,73 1,485 7,6 16 25 0,978 0,494
2 3,8 2,72 1,483 8,6 17 28 0,996 0,499
3 4,6 2,70 1,480 7,9 16,6 25,7 0,968 0,492
4 3,3 2,74 1,503 8,5 18 28 0,985 0,496
5 4,5 2,75 1,504 8,1 17 27 0,977 0,494
Осредненные значения 2,73 1,491 8,14 16,92 26,74 0,981 0,495
Таблица 2. Осредненные результаты компрессионных испытаний лёссовыхгрунтов природной влажности м>=8%
Нагрузка на образец р, МПа Плотность сухого грунта, Р^ т/м3 Коэффициент пористости е1 ср Пористость, п
0 1,378 0,981 0,495
0,05 1,385 0,971 0,492
0,1 1,391 0,962 0,490
0,2 1,402 0,947 0,486
0,3 1,405 0,942 0,485
0,4 1,407 0,940 0,484
Таблица 3. Осредненные результаты сдвиговых испытаний лёссовых грунтов природной влажности
Нормальное напряжение,^ МПа Предельное касательное напряжение т, МПа Удельное сцепление с, МПа Среднее значение tgф Среднее значение угла внутреннего трения ф, град
0 0,240
0,05 0,265 0,147 0,700 35
0,1 0,305
0,2 0,362
Замачивание образцов лёссового грунта природной влажности производили в грунтоотборочном кольце одометра или сдвигового прибора до влажностей wsl=16, 21, 23 и 26%, доводя образцы до различной степени влажности включая полное водонасыщение грунта. Дальнейшее увеличение влажности практически уже не влияет на изменение свойств грунта. Требуемое количество воды mw, которое необходимо было долить в кольцо для достижения нужной влажности, определяли по следующим формулам [5]:
0,0ЫК mg0+ mw- ms)/ms, (1) mw= ms(1+0,01wsl)- mgo, г, (2) где: ms-масса частиц, ms=psVs=psVколЬца/(1+е0), г; mg0- масса грунта природной влажности в кольце. Это количество воды доливали в кольцо прибора, и после достижения условной стабилизации замеряли по индикатору высоту замоченного образца и его объем Затем определяли характеристики замоченного лёссового суглинка:
плотность замоченного грунта:
Ш + Ш,.
Р,1 =■
V,
г/см
(3)
плотность сухого грунта:
Р = Р " 1 + 0,01^
, г/см3.
коэффициент пористости замоченного грунта при р=0
Р$ - Ра„
(4)
(5)
Для определения деформационных и прочностных характеристик замоченного лёссового суглинка различной влажности доливалось в кольцо с грунтом природной влажности прибора одометра или прямого плоскостного сдвига необходимое, подсчитанное по формуле (5) количество воды. После стабилизации образца производились компрессионные и сдвиговые испытания образца замоченного грунта. Полученные осредненные характеристики замоченного до различных влажностей грунта показаны в таблице 4, для сравнения в таблице приводятся также значения характеристик природной влажности.
Таблица 4. Осредненные характеристики лёссовых грунтов в природном и замоченном состояниях
0
№ п/п Характеристики лёссового грунта Значения показателей
в природном состоянии Бг=0,5 Бг=0,7 Бг=0,94
1 Плотность грунта, р, г/см3 1,49 1,67 1,80 1,93
2 Плотность сухого грунта, ра, г/см3 1,38 1,44 1,49 1,53
3 Влажность, w, % 8 16 21 26
4 Показатель текучести, < 0 < 0 0,44 1
5 Коэффициент пористости, е при р=0 0,981 0,882 0,818 0,746
6 Относительная просадка е^, при р=0 - 0,050 0,082 0,119
7 Пористость, п 0,495 0,462 0,447 0,427
8 Угол внутреннего трения ф, град 35 28 24 19
9 Удельное сцепление с, МПа 0,147 0,054 0,0093 0,0008
Анализируя полученные результаты, можно сказать, что лёссовые грунты характеризуются изменчивостью как физических, так и прочностных и деформативных характеристик после их замачивания. При повышении влажности лёссового суглинка до полного водонасыщения значение силы сцепления уменьшилось практически до нуля, а угол внутреннего трения - в 1,6 раза. Изменчивость характеристик лёссовых грунтов в основаниях гидросооружений после их замачивания является объективным качеством лёссовых просадочных грунтов. В свою очередь большая изменчивость свойств грунтов и невозможность их однозначного описания является одной из предпосылок, обусловливающих необходимость определения
величины перемещений гидросооружений и их лёссовых оснований на статистической и вероятностной основе [6].
1. Проведенными экспериментами подтверждено, что перемещение грунта основания под сооружением небольшой площади происходит с боковыми (поперечными) деформациями.
2. Как показали раскопки грунта основания под штампом после завершения эксперимента, влажность и плотность грунта в различных участках области деформирования не одинаковы.
3. Получены качественные картины деформирования образцов лёссового грунта ненарушенной структуры при различных ступенях нагрузки и величинах влажности, имитирующих основание гидросооружения.
4. Полученная картина разрушения образца лёссового грунта при постоянной нагрузке, но от увеличения влажности замачивания до критической wsi, убедительно показывает, что просадка есть пластическое течение грунта, приводящее к его разрушению при достижении влажности замачивания критического значения [7].
5. Получены коэффициенты К для пересчета величин относительной просадки по результатам компрессионных испытаний, учитывающие боковое расширение грунта при просадке.
Список литературы /References
1. Доброе Э.М. Механика грунтов, Учебник для студентов учебных заведений. Москва. Издательский центр «Академия», 2008. 272 с.
2. Боданов Ю.Ф. Фундаменты от А до Я. Строительство и ремонт фундаментов. Планировка. Технология. Материалы. Москва. Лада, 2006. 224 с.
3. Будикова А.М., Байманов Т.А., Анализ инженерно-геологические исследования площадок, сложенных слабыми глинистыми грунтами // Журнал «Вестник Науки и образования». № 7 (85), часть 2. ISSN 25417851, 2020.
4. Будикова А.М., Абдирайм Ш.А. Расчет глубинного уплотнения лессового основания // Научный журнал Вестник Науки и образования. Издательство «Проблемы Науки». № 2(70). Москва, 2022.
5. ГОСТ 20522-2012 Грунты. Методы статистической обработки результатов испытаний, межгосударственный стандарт. Москва, 2012.
6. Будикова А.М., Совершенствование метода расчетного обеспечения эксплуатационной надежности сетевых гидротехнических сооружений мелиоративных систем, возводимых на просадочных основаниях, диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук, специальность 05.23.05 -Гидротехническое строительство, МГУП, Москва, 2008. С. 127.
7. Справочник геотехника. Основания, фундаменты и подземные сооружения / Под общей ред. В.А. Ильичева и Р.А. Мангушева. М.: Издательство АСВ, 2014. 728 с.
