CC BY
0Будтоництво
УДК 624.131.543
д.т.н. Должиков П. М.
(ДонДТУ, м. Алчевськ, Украта), д.т.н. Ктко О. Е.
(СНУ iм. В. Даля, м. Антрацит, Украта),
к.т.н. Кiрiяк К. К.
(ЦНТП «1нжзахист», м. Ялта, АР Крим)
ВИЗНАЧЕННЯ СТРУКТУРНИХ I ЗСУВНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ ГРУНТ1В, ЯК1 ЗАКР1ПЛЕН1 МЕТОДОМ НАП1РНО1 ЦЕМЕНТАЦП
В основу статт1 покладено комплексне досл1дження зсувних грунт1в, яке включае в себе ана-лтичт, лабораторт та натурт досл1дження, виконат з метою визначення ефективност1 т'е-кщйного закр1плення зсувонебезпечних грунтових структур.
Ключовi слова: зсувний схил, метод натрног цементацИ, закр1плений масив, зсувт парамет-ри, фыьтрацШна консолидация, одноплощинне зрушення.
Проблема та н зв'язок з науковими та практичними завданнями.
Велика частина територи Украши за-знае ди екзогенних геолопчних процеав, що зумовлено й геолопчною будовою та геоморфолопчними умовами. Широке розповсюдження серед зазначених небез-печних геолопчних процеав мають зсувш процеси, розвиток i поширення цих явищ обумовлено впливом ендогенних, екзоген-них та техногенних чинниюв, особливо на пiвденному березi Криму (ПБК). Поширення зсувних процеав на ПБК пов'язано з сукупнютю природно iсторичних факторiв i останшм часом переважно з дiяльнiстю лю-дини, зокрема з нерацiональною забудовою, часткового або повним переплануванням схилiв i будiвництвом на них рiзних об'ектiв господарювання. В даний час в Криму на-стае тк регюнально'].' активiзащi зсувних процеав, який прогнозувався на 2012-2014 роки [1], тому вивчення впливу ш'екцй на зсувнi грунти, при стабшзаци зсувонебезпечних процесiв методом натрно'].' цементаци, е актуальним науково-технiчним завданням.
Вивченням посилення зсувних грунтiв рiзними методами виконувалися деякими вченими. У робот 1.1. Ларцевой представлен дослiдження з визначення характеристик мщносп грунтiв, закрiплених верти-кальними грунтоцементними елементами за допомогою бурозмшувально'].' техноло-
ги [2]. Скшчено-елементний аналiз напру-жено-деформованого стану зсувного схилу пiсля ш'екцшного закрiплення виконував-ся у робот [3]. Основнi аспекти форму-вання зсувних вiдкладiв вивчалися та роз-глядалися Л.А. Аносовой [4]. Значний ш-терес представляють роботи з обгрунту-вання параметрiв способу тдвищення стiйкостi зсувонебезпечних схилiв за допомогою струминно'1' технологи закршлен-ня грунпв [5].
Для бiльш глибокого вивчення впливу натрно'].' цементаци на змшу фiзико-механiчних i деформацшних властивостей зсувних грунтiв необхiдно визначити вплив вологосп зразкiв грунту на змшу об'емно'1' маси скелету зсувних суглинюв в залежностi вiд тиску нагштання iн'екцiй-ного розчину.
Мета роботи — визначення впливу натрно'].' цементацй на змiну зсувних та структурних параметрiв зсувних грунтiв. Для 11 виконання поставленi такi завдання:
1. Визначити закономiрнiсть ущшьнен-ня глинистого грунту в залежносп вщ во-логостi;
2. Виконати дослщження зсувних грун-тiв при 1х iн'екцiйнiй стабшзацп.
©Должиков П. М., 2014 ©Ктко О. Е., 2014 ©К1р1як К. К., 2014
Будтоництво
Викладання матер1алу та його результата. Для ощнки ущшьнення грунпв в лабораторних умовах зазвичай застосо-вуеться метод стандартного ущшьнення. Вш полягае у визначеннi величин об'емно'' маси скелету грунту з рiзною вологiстю, що досягаеться в результат ущiльнення ударами падаючого грузу. За отриманими даними будують криву стандартного ущ> льнення, тобто графж залежностi об'емно'1 маси скелету грунту ввд вологостi Уск = / Ж). Тому основне завдання лабораторних дослiдiв полягало у вивченш ущiльнення глинистого грунту при його рiзнiй вологостi, що значно перевищуе оп-тимальну i змiнюеться в межах вiд 0,2 до 0,3, тобто при ступеш вологостi G = 0,7 -1,0.
Дослвдження ущiльнення водонасиче-них глинистих грунпв виконувалися в мо-дернiзованому приладi стандартного ущ> льнення та проводилися на зразках суглинку з об'емною масою скелета грунту в природному сташ уск = 1,55 - 2,0 г/см3, во-логютю на межi розкочування Жр = 0,14 - 0,22, волопстю на межi плин-
ностi Ж = 0,26 - 0,34 .
Роз'емний цилшдр заповнювали грунтом непорушено'1' структури шляхом вр> зання його в монолгг грунту. Грунт в кшьщ зволожували розрахунковою кiлькiстю води до ступеня вологосп G ф 0,7, далi ви-тримували в ексикаторi не менше доби, а потсм ущiльнювали 30 ударами грузу, який падае з висоти 30 см. Пюля ущшьнення верхне i нижне кiльця роз'емного цилшдра знiмали , а грунт, що залишився, ретельно пiдрiзали в рiвень з краями робочого кшь-ця . Одночасно вщбирали проби з верхньо'' та нижньо1 частини для визначення воло-гостi грунту. Потiм кшьце з ущiльненим грунтом зважували i визначали об'емну масу скелета грунту. Пюля ущiльнення ро-бочi кшьця з грунтом помiщали в компре-сiйнi або зрiзнi прилади для визначення деформацшних i мiцнiсних характеристик. Паралельно проводилося визначення стис-
ливосп i мiцностi грунту непорушено'1
структури.
У™ 3
0.21
0.23 0.25 0.27 029
Рисунок 1 — Змша об'емно! маси скелету грунту тсля ущшьнення в залежносн вщ вологосп: 1-4 — при ступеш вологосп вщповщно 0,85; 0,9; 0,95; 1,00
Ду^г'см" 0.2
0,16
0,12
0108 0,04
0,2 0=>2 0,28 0=}0 \\\дод.
Рисунок 2 — Змша прирощення об'емно! маси скелету грунту в залежносн вщ вологосп
На рисунку 1 наведена сукупнють екс-периментальних точок, що характеризу-ють змiну об'емно'! маси скелету уск зразкiв грунту в залежностi ввд 1'х вагово'1 вологос-тi Ж i ступеня вологостi G до ущшьнен-ня, причому бiльшiсть точок ввдноситься до зразкiв грунту з G ф 0,85. Отримаш значення в даному випадку можуть бути ввднесеш до правих низхвдних гiлок кри-вих стандартного ущшьнення.
Даш наведен на рисунку 1, при 1'х роз-глядi спшьно з рисунком 2 , на якому ввдо-бражена змiна збшьшень об'емно'' маси
Будтоництво
скелету Ауск зразюв грунту тсля ущшь-
нення залежно ввд вологостi, показують, що значення об'емно! маси скелету грунту в результатi ущiльнення суттево збшьши-лося — в бшьшосп випадкiв на 0,05 - 0,1 г/см3. У той же час, для цих гру-ш!в з волопстю близькою до оптимально:!, значення Ауск при ущшьненш зростають на 0,15-0,2 г/см3. Однак, суворо1 законом^ рностi у пiдвищеннi об'емно! маси скелету грунту, при ущшьненш залежно ввд воло-гостi за наведеним на рисунку 2, не спо-стер^аеться. Бiльш детальний аналiз вели-чини приросту об'емно1 маси скелету грунту при ущiльненнi вказуе на зростання 11 при зменшенш вихiдних значень уск. Так, наприклад, для зразюв грунту з
V =1,5 -1,8 г/см3 Ау становить 0,18' ск ^ ^ ' ск ^
0,16 г/см3, а при уск =1,9 г/см3 значення Ауск = 0,05 - 0,08, тобто стушнь тдви-щення ущшьнення бiльш щiльного грунту знижуеться.
Нескладно отримати, що змша об'емно! маси скелету грунту за рахунок змши сту-пеня вологостi AG i вагово! вологостi АЖ дорiвнюе:
АУск =
Wу]AG
AGуw (Gуw + у Ж) + G у + Жу2 ___
ск уЖ(Ж - АЖ) + уу(2Ж - АЖ) + у2
АГск =
(1) (2)
де Ауск — змша об'емно! маси скелету грунту за рахунок ущшьнення частинок грунту; Ауск — змша об'емно! маси скелету грунту за рахунок збшьшення ступеня вологосп, причому, як було сказано вище
у = АуСк +АУ'К .
(3)
Також виконувались випробування з визначення опору грунту зсуву, яю проводились в зрiзних приладах за схемою пов> льного зсуву в умовах завершено! консол^ даци з попередшм ущшьненням грунтiв, яке здiйснювалося тиском 0,1, 0,2, 0,3 МПа при повному водонасиченш зразкiв. Згiдно
з отриманими даними зчеплення с ущшь-неного водонасиченого глинистого грунту збшьшилося в 1,45-2,0 рази, кут внутрш-нього тертя р — на 2-30. Наприклад, для зразюв грунту з вологiстю Ж = 0,2 i вихь дною величиною уск = 1,55 г/см3 значення с зросло з 0,0275 МПа до 0,0325 МПа, а величина ( з 26,50 до 29,900 (рис. 3).
Т, МПа 0,4
0,3
0,2
2
0,1 0,2 0,3 а, МП,
Рисунок 3 — Змша зсувних властивостей грунту: 1 — до закршлення; 2 — тсля закршлення
Дослiдження зсувних груш^в при !х iн'екцiйнiй стабшзаци проводилися на спецiальному експериментальному стендь Експериментальний стенд призначений для вивчення основних властивостей дис-персних порвд при !х консолвдацп цемент-ним розчином. Таю дослвдження були проведен на зразках свiтло-бурого та аро-го суглинку. Результати експерименталь-них дослвджень на зразках суглинку у ви-глядi графiчних залежностей представлен на рисунках 4-6. При цьому на кожному рисунку окремi кривi вiдповiдають рiзним початковим об'емним масам скелету: уск = 1,5; 1,65; 2,0 кг/см2 (при Р = 0 МПа).
Знайдеш експериментально залежносп коефiцiента консолiдацГl' (рис. 6), зчеплення (рис. 4) та кута внутршнього тертя (рис. 5) ввд тиску нагштання цементного розчину показаш штриховою лЫею. За результатами дослвджень проводився ко-реляцiйно-регресiйний аналiз дослiдних даних за допомогою ПЕОМ. Вiдповiднi !м регресiйнi кривi показаш на рисунках су-цiльною лЫею.
Будтоництво
Рисунок 4 — Залежнють зчеплення суглинку вщ тиску нагштання розчину при початковш об'eмнiй мас скелету: 1 — 2,0 г/см3; 2 — 1,65 г/см3; 3 — 1,5 г/см3
(р, град.
30
28
27 26 25 24
\
/ и 2 ^—"
/
О
1
Рисунок 5 — Залежнють кута внутршнього тертя суглинку вщ тиску нагштання розчину при початковш об'емнш мас скелету: 1 — 2,0 г/см3; 2 — 1,65 г/см3; 3 — 1,5 г/см3
Математична обробка результатв екс-периментв виконувалася за допомогою регресшного анал1зу з використанням про-грамних комплекав для персональних комп'ютер1в Microsoft® Ехсе1 та Mathcad® 14, у результат чого були отримаш емт-ричш параметри (табл. 1). На пщстав1 отриманих результатв було доведено по-лшшення властивостей грунту при натр-нш цементаци, а саме — зчеплення, кута внутршнього тертя 1 коефщента консол1-дацй, отримаш емтричш залежност (4-6).
Кк. ед.
1,15
1,1
1,05
1/ г1 '*
// / Т 2
0
5 Р,
МПг
Рисунок 6 — Залежнiсть коефiцieнта консолщацп суглинку вщ тиску нагнiтання розчину при початковш об'емнш мас скелету: 1 — 2,0 г/см3; 2 — 1,65 г/см3; 3 — 1,5 г/см3
с2 = а2 P2 + р2 P + у2, (р2 = а3 P2 + Д, P + у3, К = аР3 + с .
(4)
(5)
(6)
Таблиця 1 — Емшричш параметри щодо визначення зчеплення, кута внутршнього тертя та кое-фщента консолщацп ущiльнених грунтiв
Початкова об'емна маса скелету (суглинок), г/см3 Емшричш параметри
а2, 10-3МПа-1; а3, град/МПа2; а, м/добу (32, 10"3МПа_1; Р3, град/МПа2; Ь, м/добу 72, ю-3; 73, град/МПа2; с , м/добу Коефщенти кореляцп, г; г2; г3
1,5 -0,08; -0,02; 0,06 1,15; 0,33; 0,60 33,25; 27,91; 0,99 0,88; 0,93; 0,88
1,65 -0,12; -0,07; 0,04 1,98; 0,86; 0,59 28,18; 25,99; 0,99 0,85; 0,88; 0,92
2,0 -0,22; -0,05; 0,03 3,22; 0,85; 0,43 22,10; 24,84;0,99 0,83; 0,92; 0,93
ISSN 2077-1738. Збгрник наукових праць ДонДТУ. 2014. № 2 (43)
_Будтоництво_
Таким чином, лабораторними методами доведена змша прирощення об'емно! маси скелету Ауск зразюв грунту при фшьтра-
цшнш консолщацп в залежностi вiд воло-гостi. Встановлено, що значення об'емно! маси скелету зсувних грунпв у результат ущiльнення при оптимальнiй вологосп збiльшуються на 0,15-0,20 г/см3. Доведена змша зсувних характеристик обводне-них грунпв посилених методом нашрно! цементаци: зчеплення ущiльненого водо-насиченого глинистого грунту збшьшило-ся у 1,45-2,0 рази, кут внутршнього тертя на 2-30, модуль деформаци збшьшуеться в 1,3-1,8 рази. Встановленi емшрю-аналiтичнi залежностi дозволяють визна-чити змшу фiзико-механiчних характерис-
Бiблiографiчний список
тик i коефiцiента консолщацп грунту в за-лежностi вiд тиску нагштання розчину.
Висновки та напрямки подальших до-слщжень. Метод нашрно! цементаци показав, що при закршленш зсувних суглинкiв за рахунок збшьшення об'емно! маси скелету грунту при фшьтрацшнш консолщацп в за-лежностi вiд вологост досягаеться його ущшьнення. Зсувнi параметри грунту зм> нюеться залежно вiд тиску нагштання ш'ек-цiйного розчину i початково! об'емно! маси зразкiв грунту. Отже, при збшьшенш коеф> цiента консолщацп грунту за рахунок ш'ек-ци досягаеться його стабiлiзацiя. Таким чином, застосування методу нашрно! цементаци для стабшзаци зсувонебезпечних та зсувних схилiв показуе значну ефективнють.
1. Рудько Г. И. Оползни и другие геодинамические процессы горноскладчатых областей Украины (Крым, Карпаты) : монография /Г. И. Рудько, И. Ф Ерыш. — К. : Задруга, 2006. — 624 с.
2. Ларцееа I. I. Визначення характеристик мщност1 грунт1в, закртлених еертикальними грун-тоцементними елементами /1.1. Ларцееа // Свт ГЕОТЕХН1КИ. — 2012. — № 5. — С. 21-26.
3. Кирияк К. К. Моделирование оползневого склона методом конечных элементов / К. К. Кирияк // Сб. науч. тр. ДонГТУ. — Алчевск: ДонГТУ, 2011. — Вып. 35. — С. 257-266.
4. Аносова Л. А. Закономерности формирования оползневых отложений / Л. А. Аносова, И. Г. Коробанава, А. К. Копылова. — М. : Изд-во «Наука», 1996. — Т.1. — 184 с.
5. Максимова-Гуляева Н. А. Обгрунтування параметр1в способу тдвищення стткост1 зсувонебезпечних схил1в за допомогою струминног технологи' закртлення грунт1в : автореф. дис. на здобуття наук. ступеня канд. техн. наук :спец. 05.15.09 «Геотехтчна i г1рнича мехатка» / Н. А. Максимова-Гуляева. — Днтропетровськ: Нац. гiрн. ун-т., 2006. — 22 с.
Рекомендовано до друку д.т.н., проф. ДонДТУАнтощенко М. I.,
д.т.н., проф. НГУШашенко О. М.
Стаття надтшла до редакцИ' 10.06.14.
д.т.н. Должиков П. Н. (ДонГТУ, г. Алчевск, Украина), д.т.н. Кипко А. Э (ВНУ им. В. Даля, г. Антрацит, Украина), к.т.н. Кирияк К. К. (ЦНТУ «Инжзащита», г. Ялта, АР Крым) ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТРУКТУРНЫХ И СДВИГОВЫХ СВОЙСТВ ГРУНТОВ ЗАКРЕПЛЕННЫХ МЕТОДОМ НАПОРНОЙ ЦЕМЕНТАЦИИ
В основу статьи положены комплексное исследование оползневых грунтов, которое включает в себя аналитические, лабораторные и натурные исследования, выполненные с целью определения эффективности инъекционного закрепления оползневых грунтовых структур.
Ключевые слова: оползневой склон, метод напорной цементации, закрепленный массив, сдвиговые параметры, фильтрационная консолидация, плоскости сдвига.
Dolzhikov P. N. Doctor of Engineering Sciences (DonSTU, Alchevsk, Ukraine), Kipko A. E. Doctor of Engineering Sciences (Dal ENU, Antratsit, Ukraine), Kiriyak K. K. Candidate of Engineering Sciences (CSTS "Inzhzashchita", Yalta, Crimea)
THE DEFINITION OF STRUCTURAL AND SHIFTING PROPERTIES OF SOILS STEADY BY TECHNIQUE OF PRESSURE-PROOF CEMENTATION
A complex investigation of sliding soils, including analytical, laboratory and natural investigations, completed with the aim of defining the efficiency of injection ground stabilization of sliding soil structures is put down in the article.
Key words: sliding slope, pressure-proof cementation technique, ground stabilization massif shifting soil parameters, filtration consolidation, flat surface shift.
