CC BY
9
BicHHK ^HinponeipoBCbKoro ymBepcmeTy. Cepia: reo^oria, reorpa^ia Visnik Dnipropetrovs'kogo universitetu. Seria: Geologia, geographia Dnipropetrovsk University bulletin. Series: Geology, geography
Dnipropetr. Univ. Bull. Ser.: Geol., geogr. 2015. 23(1), 3-16. doi: 10.15421/111501
ISSN 2313-2159 print ISSN 2409-9864 online
http://geology-dnu.dp.ua
УДК 624.131.23; 624.131.537
Вплив поток1в грунтових вод на зм1ну характеристик мщност1 лесового грунту
С.В. Бща, О.В. Куц
Полтавський нацюнальний технгчний унгверситет 1мет Юр1я Кондратюка, м. Полтава
Розглянуто проблему стшкост схил1в - одну i3 найб1льш актуальних на тепер1шн1й час. Доведено, що на достовiрнiсть оцiнки стiйкостi схилу впливае точнiсть визначення характеристик мщност грунту. З'ясовано, що одним i3 найпоширенiших е метод одноплощинного зрушення. Установлено, що обробка результатiв випробування грунт1в на зрушення в логарифмiчних координатах дозволяе бiльш точно визначити показники ix мiцностi. Виявлено, що величина характеристик мщносл грунту, одержаних за результатами випробувань на одноплощинне зрушення, залежить ввд вертикального тиску пiд час випробувань.
Ключовi слова: схил, Грутхж води, лесовi Грунти, мщшсть Грунту.
The influence of groundwater flow effect on changes of loess soil strength characteristics
S.V. Bida, O. V. Kuts
Yuri Kondratyuk Poltava National Technical University
The problem of stability of slopes - one of the most topical at present. It is proved that the reliability of the slope stability assessment affects the accuracy of the strength characteristics of the soil. One of the most common methods is one-plane shifts method Established that processing of results of soil shift test in logarithmic coordinates can more accurately identify indicators of strength. Discovered that the magnitude of the strength characteristics of soil test results which is obtained on one plane shift depends on the vertical pressure during testing.
Key words: slopes, groundwater, loess soils, soil strength.
Полтавський нацюнальний техшчний ушверситет iMeHi Юрiя Кондратюка, просп. Першотравневий, 24, м. Полтава, 36011, Украша.
Yuri Kondratyuk Poltava National Technical University, pr. Pershotravnevyi, 24, Poltava, 36011, Ukraine. Tel.: (05322)738-57. E-mail: [email protected]
Dnipropetr. Univ. Bull. Ser.: Geol., geogr. 2015. 23(1)
Вступ. У ходi виконання практичних завдань, пов'язаних зi стiйкiстю грунтового масиву, основну увагу необхiдно придiляти правильному визначенню механiчних характеристик грунтiв. Лише в цьому випадку можна правильно визначити максимальне допустиме навантаження на масив грунту, за якого вш збер^атиме рiвновагу та не втратить стшюсть. Порушення рiвноваги масиву грунту може призвести до значних деформацш фундаментiв будiвель i споруд, випирання грунту з-пiд фундаментiв, сповзання грунлв по схилу тощо [5; 13; 20].
Досить щкава ситуацiя склалася в перiод iнтенсивного розвитку зсувних процесiв в Укра1ш в кшщ 90-х рр. минулого столiття. За розрахунками, виконаними на основi результат iнженерно-геологiчних вишукувань, здебiльшого схили були стшю (коефiцieнт стiйкостi знаходився в межах 1,2 - 1,5 i вище), але насправдi на схилах штенсивно вiдбувалися зсувнi явища. Постало питання вщповщносп розрахункових характеристик дшсним.
Проблема розрахунку достовiрних характеристик мщносп грунтiв пiд час визначення стшкосп схилiв досить актуальна. Дiючi нормативш документи [7; 8] регламентують визначення характеристик мщносп грунту в польових i лабораторних умовах. Для цього здшснюють випробування грунтiв як на одноплощинне зрушення, так i за складного напруженого стану, а також застосовують метод обертального зрiзу тощо [22]. Однак найбшьш актуальною залишасться проблема вiдповiдностi умов проведення дослщу умовам, у яких грунт перебувае в природному станi.
Згiдно iз нормами регламентовано проведення випробувань на зрушення за двома схемами - консолщовано-дренованою та неконсолщовано-недренованою. Перед випробуваннями грунти попередньо ущiльнюють за рiзних значень вертикального тиску. Залежно вщ схеми випробування i стану грунту значення тиску коливаються в межах 0,05 - 0,30 МПа. Однак вони часто перевищують природний тиск на грунт, що призводить до ущшьнення грунту й одержання завищених результатiв. Таким чином, пiсля попереднього ущшьнення грунт, який у природному сташ набував в'язко! консистенци в разi намокання, може набути лише плиннопластичного стану (а в деяких випадках - лише м'якопластичного). Отже, ми свщомо змщнюемо грунт перед випробуванням вертикальним навантаженням, яке перевищуе природне.
У той же час у разi застосування неконсолщовано-недреновано1 схеми випробувань 1х тривалiсть не повинна перевищувати двох хвилин. Випробування вважають закiнченими, якщо у випадку прикладання чергового дотичного навантаження вiдбуваеться миттевий зрiз (зрив) одше1 частини зразка по вщношенню до шшо1 або загальна деформащя зрiзу буде перевищувати 5 мм. Якщо для консолщовано-дреновано! схеми випробування така умова цшком прийнятна, то прискоренi випробування за шшою схемою дають завищенi результати, оскшьки пiд час випробувань немае стабшзаци деформацiй.
Денисов [6], Маслов [20] та iншi видiлили iз загального зчеплення, яке визначае мщнють грунту, два складники - структурне зчеплення та зчеплення зв'язностi. Мщшсть лесових порiд зумовлена впливом обох вцщв зчеплення, однак !х значення рiзне. Основним е структурне зчеплення. Структурне зчеплення надае породi певну жорстюсть, твердiсть. Наявнiстю цього виду зчеплення можна пояснити деяю жорстю зв'язки, якi дiють мiж частинками. Структуры зв'язки мають здебiльшого пружний характер, який визначае ступiнь деформування порiд
та !х щшьшсть. Однак у р^ порушення структури породи чи грунту жорстю структурнi зв'язки порушуються. Ця властивiсть структурного зчеплення -головна. Зчеплення зв'язносп властиве глинистим i лесовим породам будь-яко1 консистенци, в основному воно визначае !х мщшсть. Зчеплення зв'язностi мае трохи шший характер, нiж структурне зчеплення. У лесових сутсках i легких суглинках зв'язшсть мае невелике значення i залежить вiд щiльностi грунту. У разi визначення характеристик мiцностi грунпв на зсувних i зсувонебезпечних схилах необхщно розробити метод обробки результат випробування грунтiв на зрушення, за допомогою якого можна було б визначати обидва складники зчеплення.
Одна з основних причин появи зсувiв - вихщ грунтових вод на схил, особливо за наявност улоговини на поверхш водотривкого шару [2; 17]. У мющ виходу вод вщбуваеться перезволоження грунту, розвиваеться механiчна i хiмiчна суфозiя що, у свою чергу, призводить до зменшення значень характеристик мщносп лесового грунту.
Численш дослщження лесового грунту свiдчать, що шсля зволоження його мiцнiсть рiзко зменшуеться. Так, за даними Зарецького [24], кут внутршнього тертя знижуеться на 3 - 5°, а зчеплення зменшуеться в 3 - 5 разiв. Аналопчш цифри одержат Абелевим [1]: для лесових грунлв Грозного величина зменшення кута внутршнього тертя становить 3 - 5°, а зчеплення зменшуеться у 4 - 5 разiв. Цю тенденщю шдтверджують дослiдження Гiльмана [10], Клешкова [12], Яковлева [23] (вiдбуваеться зменшення питомого зчеплення с у 1,7 - 2 рази, кута внутршнього тертя ф - у 1,1 - 1,2 разу), Сергеева [19] (с зменшуеться у 2 рази), Коновалова [14] (с - у 3 рази, ф - у 2 рази). Внаслщок цього лесовi основи, що мали достатньо високу первинну несучу здатшсть за природное' вологосп, значно втрачають мщшсть шсля досягнення коефщента водонасичення Sr = 0,8 [14]. Причому втрата мщносп вщбуваеться i у випадку просщання грунтiв, що призводить до !х ущiльнення. Однак вiдповiдно до ддачих будiвельних норм ми проводили випробування замоченого протягом незначного часу грунту i не враховували вплив потоку грунтових вод на нього, що також може призвести до помилок тд час визначення стшкосп схилу.
Суть роботи. Для тдвищення точностi розрахункiв стшкосп зсувонебезпечних схилiв необхiдно, по-перше, удосконалити метод обробки результатiв випробувань для визначення характеристик мщносп грунту з урахуванням можливост проведення випробувань як за консолщовано-дренованою, так i за неконсолiдовано-недренованою схемою i визначення ушх складових частин зчеплення. По-друге, виявити характер впливу грунтового потоку на змшу характеристик мiцностi грунту та встановити залежшсть величини характеристик вщ тривалостi ди грунтового потоку й нашрного градiента.
Матерiал i методи дослiджень. Процес деформування грунту детально був розглянутий Герсевановим [9], який на основi експериментальних даних запропонував таку залежнiсть деформацiй вщ дотичних напружень:
I = а т, (1)
де I - деформащя в результат зрушення; т - дотичш напруження; а i к -коефщенти, що визначають дослщним шляхом i залежать вщ схеми випробувань i властивостей грунту. Графш залежностi дотичних напружень т вщ деформацiй АЬ наведено на рис. 1.
У результат ан^зу процесу зрушення за постшних нормальних напружень можна видшити декiлька фаз розвитку деформацiй. Спочатку, за малих значень дотичних напружень, наростання деформацш вiдбуваeться повiльно i пропорцiйно змiнi дотичних напружень. Зумовлено це тим, що значення напружень не перевищують мiцностi структурних зв'язюв у rрунтi, вони не руйнуються, а !х деформування пружне. Однак шсля досягнення дотичними напруженнями критичного значення ^м ущiльнення в грунт починають розвиватися локальнi зрушення. Спочатку вони виникають лише в окремих зонах, де величина дотичних напружень перевищуе мщнють зв'язкiв мiж частинками, але зi збiльшенням дотичного навантаження поширюються на все бiльшi обласп, iз часом з'еднуються i утворюють поверхню зрушення; залежнiсть мiж напруженнями та деформащями стае криволiнiйною. Пюля утворення загально! поверхнi ковзання грунт втрачае несучу здатнiсть.
а
н"
няен
же
у
р
па
на
' |
ти
о
До
0,15 тИт 0.1
тм
0,05
В / «
7
-1
//
А ►а
11 1« („,
Деформащя зразка, I мм а
^ Тит &
3 |:|.С|1 к
о До
0.001
В
д
0,01
и.1 1И
10
б
Деформащя зразка, I мм
Рис. 1. Графжи залежностей деформацiй I в1д дотичних напружень т у лiнiйних (а) та логарифмiчних (б) координатах:
А, В - меж! м1ж фазами деформування; €цт, Тцт - в1дпов1дно деформаци та дотичш напруження, за яких руйнуються структурш й загальш зв'язки
Таким чином, стан грунту в ходi випробування на зрушення можна подшити на три фази: 1) ущшьнення; 2) утворення та розвиток локальних зрушень; 3) пластичне деформування [15].
Dmpropetr. Univ. Ви11. Ser.: Geol., geogr. 2015. 23(1)
ит
На графшу залежносп дотичних напружень вщ деформацiй цi три фази можна умовно позначити трьома прямими лшями (рис. 1, а). Дотичнi напруження, якi вiдповiдають точкам розмежування фаз, називають критичними опорами (точки А i В на графшах). У першш фазi залежнiсть мiж дотичними напруженнями та деформацiями мае лшшний характер, який порушуеться у другш фазi, тому дотичнi напруження, що вщповщають межi мiж першою i другою фазами (перший критичний тиск), називають межею пропорцшность Вони характеризують ошр грунту, за якого руйнуються його структурш зв'язки, i мають назву структурного опору грунту т^.
Другий критичний опiр тцт називають межею мщносп, вiн вiдповiдае меж мiж другою та третьою фазами, тобто фазою локальних зрушень i фазою пластичних деформацiй.
У ходi обробки результатiв дослiдiв у лшшних координатах «дотичш напруження - деформаци» дуже часто стикаються з труднощами шд час видiлення фаз, особливо це стосуеться переходу вiд друго1 до третьо1 фази. Однак оскшьки деформаци грунту в кожнiй фазi мають сво! особливостi, то коефщенти а i к у рiвняннi (1) будуть рiзнi. Для !х визначення прологарифмуемо рiвняння 1 i одержимо залежнiсть
1§ I = 1§ а +к ^ т. (2)
Таким чином, подавши залежшсть мiж дотичними напруженнями i деформащями в логарифмiчних координатах, матимемо графш, на якому значно легше видшити три лiнiйнi дiлянки, що вщповщають фазам ущiльнення, локальних зрушень та пластичних деформацш (рис. 1, б).
Для визначення характеристик мщносп грунту тд час розрахунку стшкосп схилу досить часто застосовують зрушення, яке проводять за неконсолщовано-недренованою схемою (так зване «швидке зрушення»). У такому випадку тривалють випробування суттево скорочуеться, а тривалiсть витримки одного ступеня навантаження може вардаватися. Для визначення можливостi застосування наведено1 обробки результатiв зрушення було проведено лабораторш випробування зразкiв однорiдних грунпв iз рiзним термiном витримки ступеня горизонтального навантаження. У контрольних серiях випробування проводили зпдно з вимогами ДСТУ Б В.2.1-4-96, а в шших - за допомогою обробки результат у логарифмiчних координатах. Порiвняння результатiв випробувань дозволяе зробити висновок, що значення характеристик мiцностi грунту, одержат з допомогою питомого опору тцт, не залежать вiд часу витримки кожного ступеня й вщповщають характеристикам мщносп, визначеним за ДСТУ Б В.2.1-4-96 за тривало1 витримки.
Методику визначення структурних характеристик мщносп за величинами питомого опору т6.( називають методом структурного зчеплення, а таку ж методику iз застосуванням тцт -методом довготривалого зчеплення.
Таким чином, характеристики мщносп дослщжуваного грунту визначали за результатами випробувань на одноплощинне зрушення з подальшою !х обробкою у логарифмiчних координатах для визначення характеристик мщносп грунту за методами структурного та довготривалого зчеплення. У процеш випробувань зразки кожно1 сери дшили на двi групи. Для однiеl групи зразкiв зрушення проводили за вертикального тиску, що не перевищував природний (за вертикальних тискiв 0,025, 0,05 i 0,075 МПа), а для шшо1 - згiдно з вимогами ДСТУ (вщповщно за вертикальних тискiв 0,1, 0,2 i 0,3 МПа). Величину ступеня прикла-
дання навантаження брали i3 урахуванням зручност виявлення характерних точок, що вщповщають Tst та тЫт, однак вони не перевищували 1/10 значення нормального тиску. Тривалють витримки кожного ступеня — 1 хв. Застосування такого шдходу дозволяе здiйснити випробування з необхщною точнiстю та забезпечити однаковi умови для уае! серп зразюв.
Особливий вплив на мiцнiсть лесових rрунтiв мають rрунтовi води. Шукаючи вихiд, rрунтовi води часто рухаються по улоговинам. Пiд впливом цих потоюв у грунтах спочатку вщбуваеться фiльтрацiя води, у разi збшьшення градiента -суфозiя, а у випадках подальшого збiльшення градiента грунт розрщжуеться i переходить у плинний стан.
Для вивчення змши фiзико-механiчних властивостей грунтiв улоговин пiд дiею грунтових вод у лабораторних умовах було проведено низку випробувань. Було вщбрано зразки лесового суглинку з територп зсуву на Iнститутськiй горi в Полтавi. Зразки грунту вщбирали в кiльця з площею поперечного перерiзу А=40 см2 та висотою h0 =35 мм. Пiсля вщбору зразкiв грунту у шурфi визначали його фiзичнi характеристики. Для дослщження впливу фшьтрацп води кiльце з грунтом помщали у склянку i зазор мiж стiнкою склянки та кшьцем герметизували. На кiльце одягали спещальш герметичнi прокладки, якi щшьно прилягали до зовнiшнього боку кшьця та стiнок склянки. Схему даного приладу наведено нижче (рис. 2).
7
Рис. 2. Схема установки для випробування Грунту на тривалу дто фшьтрацшного потоку води:
1 - металеве кшьце; 2 - зразок Грунту; 3 - д1рчат1 штампи; 4 - герметизукга прокладки; 5 - герметик (епоксидна смола); 6 - оттр для подач1 води; 7 - отв1р для в1дведення води
Для вивчення впливу потоку Грунтових вод на змши характеристик Грунту сконструйовано прилад (рис. 3). Через вщбраш зразки Грунту пропускали воду знизу вгору за р1зних значень натрного град1ента. Пдравл1чний, або натрний, гра-
Dnipropetr. Univ. Bull. Ser.: Geol., geogr. 2015. 23(1)
дieнт визначали як вщношення рiзницi рiвнiв води до i пiсля проходження через зразок до висоти зразка.
Для забезпечення тривало! фшьтраци води необхвдний запас води зберiгали в посудит 1 (рис.3). Постшшсть нашрного градieнта забезпечували пiдтриманням рiвня води в посудит 2 за допомогою поплавцевого клапана 3. Безпосередньо з посудини 2 вода потрапляла в нижню частину приладiв для випробування грунту на тривалу дда фшьтрацшного потоку води 4. Пiсля фшьтраци через зразок грунту 5 вода вшьно витiкала через отвiр 6 у верхнш частинi приладу. Посудини та прилади для випробування зразюв було з'еднано мiж собою гнучкими трубками для забезпечення постшно! фшьтраци води за сталого значення нашрного градieнта.
1
Рис. 3. Схема приладу для визначення впливу фшьтрацшного потоку на характеристики Грунту:
1 - бак 1з водою; 2 - посудина 1з водою для тдтримання постшного натрного град1ента; 3 - клапан поплавцевого типу; 4 - склянка з1 зразком грунту; 5 - з'еднувальш трубки
Для вивчення впливу нашрного градieнта випробовували кiлька груп зразкiв грунту, вщбраного з одного i того ж зсувного схилу. Випробування кожно! групи проводили за рiзних напiрних градieнтiв, що мали значення 1, 3 та 5. Висок значення градieнтiв обирали для прискорення проведення випробувань у лабораторних умовах. У кожнш груш зразки було подшено на серп. Тривалють витримки кожно! сери зразюв за постiйного значення нашрного градieнта варiювали в межах вщ 3 до 18 мiс., шсля чого зразки використовували для визначення мехашчних характеристик грунтiв у приладi одноплощинного зрушення.
Для вивчення впливу фшьтрацшних потокiв грунтових вод на змiну характеристик грунту провели випробування лесового суглинку, вщбраного з територп зсувонебезпечного схилу на Iнститутськiй горi в Полтавi. У природному сташ грунт мае такi характеристики: щшьнють грунту р=1,595 т/м3; вологiсть — W=0,16; вологiсть на межi пластичносп — WР=0,20; вологiсть на межi плинностi — WL=0,31; щiльнiсть скелета грунту — рй=1,375 т/м3; коефщент водонасичення — 8Г=0,451.
Для випробувань вщбрали декiлька серiй зразюв, якi випробовували за методом одноплощинного зрушення у приладi ПСГ-2М. Кожну серда було подiлено на двi частини. Половину зразкiв використано для визначення характеристик мщносп грунту за вертикальних тискiв вiдповiдно iз нормами (за о=0,1 МПа, о=0,2 МПа та о=0,3 МПа). Iншi зразки зрушували за вертикальних тискiв, значення яких не перевищували природного тиску (за о=0,025 МПа, о=0,05 МПа та о=0,075 МПа). Випробування проводили iз застосуванням методу швидкого зрушення. Для визначення характеристик мщносп за методом структурного зчеплення стушнь навантаження брали мiнiмальним. Результати обробляли в логарифмiчних координатах.
У першiй сери випробовували грунт природно! вологостi. Характерна особливють результатiв випробувань такого грунту — тривала перша фаза. Водночас третя фаза зрушення проходила дуже рiзко i видшити И на графшу практично неможливо. Фактично випробувань грунту природного стану значення тцт дорiвнювало значенню, яке визначають зпдно iз нормами (уразi горизонтально! деформацп 5 мм). Приклади обробки результат випробування зразкiв грунту природно! вологост подано нижче (рис. 4 - 5).
&
н
■ 6=0,07? МПа А 6=0,05 0 МПа ♦ 6=0,025 МПа
Деформацш зразка, Е мм Рис. 4. Результати випробувань водонасиченого Грунту за а<апр
1
и &
£
■ б=0,30МПа
Аб=0.20МПа
♦ б=0.10МПа
0,1 1 Дeфopмaцiя зразка, £ мм Рис. 5. Результати випробувань водонасиченого Грунту за а>апр
Насичення грунту водою обумовлювало pi3Ke зниження значень як Tst, так i Tum (рис. 4 - 5). Одночасно зафшсовано появу третьо! фази. Це пов'язано з розклинювальною дieю води, яка значно послаблюе зв'язки мiж частинками грунту.
Наступнi сери зразюв пiддавали ди фiльтpацiйного потоку води зi значенням напipного гравдента 1, 3 i 5. Пеpшi випробування було проведено пiсля 90 дiб витримки зpазкiв.
У pазi пiдвищення напipного гpадiента до значень 3 i 5 проведення випробувань можливе лише за вертикального тиску, що не перевищуе природний, оскшьки грунт переходить у плинний стан i проведення подальших випробувань за високого вертикального навантаження неможливе.
и &
н
■ 5=0.075 МПа А 5=0,050 МПа ♦ 5=0,025 МПа
0,001
0,1 1 Деформацш зразка, I мм
Рис. 6. Результати випробувань Грунту шсля фшьтрацй з напiрним градieнтом
1=1 протягом 540 дiб за а<апр
У подальшому зразки грунту, якi були шддаш фшьтраци протягом визначеного перюду, утратили межу мiж першою та другою фазами. Фактично тривала фшьтращя призвела до втрати структурних зв'язюв.
Результати випробування зpазкiв грунту на зрушення з бiльш тривалою витримкою (1,5 року - 540 дiб) iз напipним гpадiентом 1 тдтвердили вiдсутнiсть структурного зчеплення та дали змогу зробити висновок про подальше зменшення довготривалого зчеплення (рис. 6).
Особливо слщ вщзначити, що зразки, яю витримували 180 дiб i бiльше за напipного гpадiента I = 1, не можна використовувати для випробувань на зрушення за вертикального тиску, бшьшого за природний, оскшьки грунт перейшов у плинний стан.
Результати визначення критичних дотичних напружень i характеристик мщносп лесового грунту подано в табл. 1 — 2.
Аналiзуючи результати випробувань, можна видшити декшька характерних момента. По-перше, обробивши результати випробувань на швидке зрушення вщповщно до дiючих нормативних документа, ми одержимо значно завищенi значення характеристик мiцностi лесового грунту. По-друге, характеристики, одержат в результат випробувань за вертикальних тискiв, що перевищують значення природного тиску, також завищеш поpiвняно зi значеннями характеристик, одержаних за тискiв, менших за природний.
Dnipropetr. Univ. Bull. Ser.: Geol., geogr. 2015. 23(1)
Таблиця 1
Результати визначення критичних дотичних напружень_
Дотичне напруження т, МПа Нормальне напруження а, МПа
а<Опр
0,025 | 0,050 | 0,075 0,10 | 0,20 | 0,30
Грунт природно! вологостi
Метод структурного зчеплення 0,0200 0,025 0,030 0,045 0,065 0,090
0,0175 0,025 0,035 0,050 0,060 0,100
Метод довготривалого зчеплення 0,0425 0,055 0,075 0,0825 0,170 0,2125
0,0475 0,060 0,085 0,0975 0,160 0,2250
За ДСТУ Б В.2.1-4-96 0,0425 0,055 0,075 0,0825 0,170 0,2125
0,0475 0,060 0,085 0,0975 0,160 0,2250
Водонасичений Грунт
Метод структурного зчеплення 0,0063 0,009 0,0125 0,0175 0,025 0,035
0,0075 0,010 0,0150 0,0200 0,025 0,035
Дотичне напруження т, МПа Нормальне напруження а, МПа
а<апр а<апр
0,025 0,025 0,025 0,025 0,025 0,025
1 2 3 4 5 6 7
Метод довготривалого зчеплення 0,0200 0,030 0,0425 0,0525 0,095 0,120
0,0225 0,0325 0,0475 0,055 0,090 0,130
За ДСТУ Б В.2.1-4-96 0,0255 0,035 0,0475 0,0625 0,120 0,17
0,0263 0,0375 0,0500 0,0625 0,12 0,17
Грунт шсля фшьтраци протягом 90 дiб iз нашрним г] paдieнтом 1=1
Метод структурного зчеплення 0,005 0,0085 0,012 0,0175 0,028 0,037
0,005 0,0080 0,0115 0,0175 0,027 0,039
Метод довготривалого зчеплення 0,017 0,028 0,036 0,048 0,085 0,1275
0,017 0,027 0,037 0,050 0,090 0,1250
За ДСТУ Б В.2.1-4-96 0,0213 0,0363 0,0475 0,0625 0,0115 0,1575
0,0210 0,0350 0,0475 0,0600 0,115 0,1625
Грунт шсля фшьтраци протягом 90 дiб iз нашрним гр paдieнтом 1=3
Метод структурного зчеплення 0,0038 0,0052 0,007 - - -
0,0035 0,0055 0,007 - - -
Метод довготривалого зчеплення 0,015 0,022 0,028 - - -
0,014 0,022 0,029 - - -
За ДСТУ Б В.2.1-4-96 0,0213 0,0325 0,05
0,0210 0,035 0,05
Грунт шсля фшьтраци протягом 90 дiб iз нашрним гр paдieнтом 1=5
Метод структурного зчеплення 0,003 0,0037 0,005 - - -
0,0028 0,0037 0,0045 - - -
Метод довготривалого зчеплення 0,014 0,022 0,028 - - -
0,014 0,021 0,027 - - -
За ДСТУ Б В.2.1-4-96 0,0213 0,0375 0,050
0,020 0,035 0,050
Грунт шсля фшьтраци протягом 180 дiб iз нашрним градieнтом 1=1
Метод структурного зчеплення - - - - - -
- - - - - -
Метод довготривалого зчеплення 0,013 0,024 0,03 - - -
0,012 0,022 0,03 - - -
За ДСТУ Б В.2.1-4-96 0,0188 0,0363 0,0475
0,0175 0,0338 0,0475
Грунт шсля фшьтраци протягом 540 дiб iз нашрним градieнтом 1=1
Метод структурного зчеплення - - - - - -
- - - - - -
Метод довготривалого зчеплення 0,0115 0,0175 0,0250 - - -
0,0105 0,0165 0,0235 - - -
За ДСТУ Б В.2.1-4-96 0,0175 0,0338 0,0463
0,0175 0,0350 0,0475
Таблиця 2
Результати визначення характеристик мщносп лесового Грунту_
Метод визначення Характеристика мщносп
за а<апр за а>апр
Ф, град | с, кПа Ф, град | с, кПа
Грунт природно!вологосп
Метод структурного зчеплення 15 11,7 13 20,8
Метод довготривалого зчеплення 35 25,8 33 29,2
За ДСТУ Б В.2.1-4-96 35 25,8 33 29,2
Водонасичений Грунт
Метод структурного зчеплення 8 3,2 5 10,0
Метод довготривалого зчеплення 25 8,7 20 19,2
За ДСТУ Б В.2.1-4-96 25 14,1 28 11,7
Грунт шсля фшьтраци протягом 90 д1б 1з нашрним град1ентом 1=1
Метод структурного зчеплення 8 1,6 6 7,2
Метод довготривалого зчеплення 21 7,5 21 10,3
За ДСТУ Б В.2.1-4-96 28 8,4 26 13,3
Метод визначення Характеристика мщносп
за а<апр за а<апр
Ф, град | с, кПа Ф, град | с, кПа
Грунт шсля фшьтраци протягом 90 д1б ¡з нашрним град1ентом 1=3
Метод структурного зчеплення 4 2,0
Метод довготривалого зчеплення 16 7,7
За ДСТУ Б В.2.1-4-96 30 6,1
Грунт шсля фшьтраци протягом 90 д1б ¡з нашрним град1ентом 1=5
Метод структурного зчеплення 2 1,9
Метод довготривалого зчеплення 15 7,5
За ДСТУ Б В.2.1-4-96 30 6,2
Грунт шсля фшьтраци протягом 180 д1б ¡з нашрним град1ентом 1=1
Метод структурного зчеплення
Метод довготривалого зчеплення 19 4,3
За ДСТУ Б В.2.1-4-96 30 4,2
Грунт шсля фшьтраци протягом 540 д1б ¡з нашрним град1ентом 1=1
Метод структурного зчеплення
Метод довготривалого зчеплення 15 4,2
За ДСТУ Б В.2.1-4-96 30 3.5
Тривала дiя фiльтрацiйного потоку води також призводить до зменшення критичних дотичних напружень, визначених за методом довготривалого зчеплення. У графiчному виглядi залежностi наведено на рис. 7.
Залежносп мають лiнiйний характер i можуть бути апроксимоваш рiвняннями вигляду т=А1+В:
для о=0,025 МПа т=-0,00001205г+0,0165 (Я=0,933). (3) для о=0,050 МПа т=-0,00001665г+0,0245 (Я=0,973). (4) для о=0,075 МПа т=-0,00002237г+0,0331 (Я=0,979). (5) У ходi порiвняння цих залежностей можна чiтко прослщкувати !х подiбнiсть, тому для виявлення загально! залежностi т = Да, t) було вирiшено застосувати багатофакторний аналiз, а саме двофакторний.
Для обробки вибрано даш, поданi нижче (табл. 3).
Бшргоре1х. ишу. Ви11. Бег.; Оео1., geogr. 2015. 23(1)
Тривалгсть до фiльтрацiйного потоку, t, дiб
Рис. 7. Залежностi критичних дотичних напружень ввд тривалостi дй фшьтрацшного потоку за рiзних значень нормальних напружень:
1 - 0,025МПа; 2 - 0,050 МПа; 3 - 0,075 МПа
Таблиця 3
Значення граничних дотичних напружень за рiзних вертикальних тисюв i тривалост фыьтрацй води_
Тривалють фшьтраци, t, д1б Вертикальный тиск, а, МПа
0,025 0,050 0,075
0 0,0168 0,0239 0,0315
0 0,0179 0,0247 0,0328
90 0,0154 0,0225 0,0327
90 0,0150 0,023 0,0315
180 0,0135 0,0229 0,0285
180 0,0128 0,0215 0,0300
540 0,0113 0,0142 0,0214
540 0,0094 0,0165 0,0202
Обробивши даш, ми одержали залежшсть
т=0,29125 G-0,000017^t/to+0,01013, (6)
де t0 - елементарний вщр1зок часу; t0=1 доба.
Статистичш параметри - коефщ1ент багатофакторно1' кореляцп R=0,982 та критерш Фшера F=28,25 (табличне значення F=2,18).
Таким чином, можна зробити висновок про встановлення функцюнально1' залежност критичних дотичних напружень вщ тривалост дп фшьтрацшного потоку та нормального тиску тд час проведення випробувань на зрушення.
Висновки. Метод обробки результата випробувань грунту на одноплощинне зрушення в логарифм1чних координатах дозволяе точно визначити величину структурного cst та довготривалого (повного) clim зчеплення, причому визначення цих характеристик за такого способу обробки не залежить вщ тривалост витримки ступеня навантаження.
Виявлено, що величина характеристик мщносп грунту, одержаних за результатами випробувань на одноплощинне зрушення, залежить вщ вертикального тиску у процес випробувань. Визначення характеристик мщносп лесового грунту рекомендовано здшснювати за вертикальних тисюв, яю не перевищують природний, оскшьки в шшому раз1 ми одержимо завищеш значення.
Тривалий вплив фшьтрацшного потоку води на зразки лесового грунту призводить до переходу його у плинний стан, за якого визначення мехашчних характеристик грунту за нормального тиску, що перевищуе значення природного, практично неможливе. Результати випробувань у випадку меншого тиску дозволяють також зробити висновок про повну втрату лесовим грунтом структурно! мщносп.
Знаючи аналiтичну залежшсть критичних дотичних напружень вiд тривалосп дi! фiльтрацiйного потоку, можна спрогнозувати зменшення характеристик мiцностi лесового грунту в чаш й забезпечити експлуатащю будiвель i споруд чи стшюсть схилу.
Б1бл1ограф1чн1 посилання
1. Abelev, Y. M. Osnovy proektirovanija i stroitel'stva na prosadochnyh makroporistyh gruntah [Text]: edition / Y. M. Abelev, M. Y. Abelev. - M.: Stroyizdat, 1979. - 271 p.
2. Bida, S. V. Pidtoplennja Poltavi ta jogo vpliv na rozvitok zsuvnih procesiv. Budivel'ni konstrukci! [Text]: scientific and technical collection / S. V. Bida, Y. J. Velikodniy. - K .: DP NIISK, 2004. - P. 275 - 278.
3. Bida, S. V. Osoblivosti viniknennja ta rozvitku zsuvnih procesiv na shilah, skladenih lesovimi vidkladami [Text]: bulletin of the DNU. Geology, Geography / S. V. Bida, O. V. Kuts, K. V. Pidriyko. - D., 2014. - P. 162-167.
4. Bida, S. V. Klasyfikacija ulogovyn Poltavs'kogo lesovogo plato. Resursoekonomni materialy, konstrukcii', budivli ta sporudy [Text]: scientific works / S. V. Bida, Y. J. Velikodniy, A. M. Yagolnik. - Rivne, 2009.- P. 548 - 553.
5. Demchishin, M. G. Sovremennaja dinamika sklonov na territorii Ukrainy (inzhenerno-geologicheskie aspekty) [Text]: scientific works /M. G. Demchishin. - K.: Nauk. Dumka, 1992. - 251 p.
6. Denisov, N. Y. Stroitel'nye svojstva lessa i lessovidnyh suglinkov [Text] / N. Y. Denisov. -M.: Stroyizdat, 1953. - 253 p.
7. DSTU B V. 2.1-4-96. Trunti. Metodi laboratornogo viznachennja harakteristik micnosti i reformovanosti [Text]. - K.: MNTKS, 1997. - 55 p.
8. DSTU B V. 2.1-7-2000. Trunti. Metodi pol'ovogo viznachennja harakteristik micnosti i deformativnosti [Text]. -K.: MNTKS, 2001. - 54 p.
9. Gersevanov, N. M. Teoreticheskie osnovy mehaniki gruntov i ih prakticheskoe primenenie [Text] / N. M. Gersevanov, D. E. Polshyn. - M.: Stroyizdat, 1948. - 248 p.
10. Gilman, J. D. Osnovanija i fundamenty na lessovyh prosadochnyh gruntah [Text] / J. D. Gilman.- Rostov n/D: RISI, 1991.- 217 p.
11. Inzhenerna geologija. Mehanika g'runtiv, osnovy i fundamenty [Text]: pidruchnyk / M. L. Zotsenko [et al.]. - Poltava: PNTU, 2004. - 568 p.
12. Klepikov, S. N. Raschet sooruzhenij na deformiruemom osnovanii [Text] / S. N. K2lepikov.- K.: NIISK, 1996. - 103 p.
13. Kraev, V. F. Inzhenerno-geologicheskaja harakteristika porod lessovoj formacii Ukrainy [Text] / V. F. Kraev. - K.: Nauk. Dumka, 1971. - 228 p.
14. Konovalov, P. A. Osnovanija i fundamenty rekonstruiruemyh zdanij [Text] / P. A. Konovalov. - M.: VNIINTPI, 2000. - 320 p.
Dnipropetr. Univ. Bull. Ser.: Geol., geogr. 2015. 23(1)
15. Luchkyn, M. A. Issledovanie svojstv glinistyh gruntov dlja geotehnicheskogo modelirovanija osnovanij. Osnovanija i fundamenty [Text] / M. A. Luchkyn, V. M. Ulytskyy. - M.: Stroyizdat, 2006. - P. 7 - 9.
16. Maslov, N. N. Osnovy inzhenernoj geologii i mehaniki gruntov [Text] / N. N. Maslov.- M.: Higher School, 1982. - 511 p.
17. Osoblivosti ocinjuvannja stijkosti shiliv Poltavs'kogo lesovogo plato. Budivel'ni konstrukcii' [Text]: scientific and technical collection / M. L. Zotsenko, Y. J. Velikodniy, O. V. Bort, S. V. Bida. - K.: NDIBK, 2008. - № 71(2). - P. 178 - 189.
18. Osoblivosti rozvantazhennja rruntovih vod Poltavs'kogo plato [Text]: mater. 2-i mizhnar. nauk.-prakt. konf. / Y. J. Velikodniy [et al.]. - K.: Znannja, 2003.- P. 53 - 56.
19. Sergeev, E. M. Gruntovedenie [Text] / E. M. Sergeev.- M.: Izdat. Mosk. Univ., 1959. - 387 p.
20. Velikodniy, Y. I. Zahyst terytorij vid zsuviv [Text]: navchal'n. Posib. / Y. I. Velikodniy. - P.: LLC «Printing Center» Skaytek, 2006. - 387 p.
21. Velikodniy, Y. I. Lozhbiny opolznevyh sklonov Poltavskogo plato i ih raznovidnosti. Stroitel'stvo, materialovedenie, mashinostroenie [Text]: collection of scientific papers / Y. I. Velikodniy, S. V. Bida, A. N. Yagolnik. - D.: PGASA, 2009. -P. 86 - 89.
22. Yaholnyk, A. M. Viznachennja strukturnogo zcheplennja zv'jaznogo rruntu metodom obertal'nogo zrizu [Text]: resursoekonomni materiali, konstrukcii', budivli ta sporudi / A. M. Yaholnyk. - Rivne, 2009. - P. 570 - 577.
23. Yakovlev, A. V. Osoblyvosti proektuvannja, budivnyctva, ekspluatacii' budivel' i sporud na lesovomu g'runti ta zsuvonebezpechnij terytorii' Ukrai'ny [Text] / A. V. Yakovlev, Y. L. Vinnikov. - K.: NMK VO, 1992. - 251 p.
24. Zaretsky, J. K. Vjazkoplastichnost' gruntov i raschety sooruzhenij [Text] / J. K. Zaretsky. - M.: Stroyizdat, 1988. - 352 p.
Hadiumxa doредкoмегii 04.03.2015
