Сопротивление торфа сдвигу при консолидации и устойчивости торфяных оснований тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.23.02, кандидат технических наук Стеклянникова, Наталия Ивановна

• Стеклянникова, Наталия Ивановна
• кандидат технических наук
• 2007

Оглавление диссертации кандидат технических наук Стеклянникова, Наталия Ивановна

Введение.

1. Анализ современного состояния вопроса.

1.1. Торфяные основания земляных сооружений.

1.2. Сопротивление торфа сдвигу.

1.3. Методы определения сопротивления торфа сдвигу.

1.4. Устойчивость торфяных оснований земляных сооружений.

1.5. Выводы. Цели. Задачи. Методика. Объем исследований.

2. Экспериментальные исследования развития порового давления при уплотнении торфов.

2.1. Методика испытания торфов в условиях трехосного сжатия.

2.2. Экспериментальные исследования изменения порового давления при трехосном сжатии.

2.3. Прогноз изменения коэффициента начального порового давления при уплотнении торфа.

2.4. Анализ результатов опытов.

3. Экспериментальные исследования влияния уплотнения торфов на их прочностные характеристики при трехосных испытанях.

3.1. Аппаратура и методика трехосных испытаний торфа на прочность.

3.2. Обработка результатов экспериментальных данных по определению прочностных характеристик торфяных грунтов.

3.3. Расчетные зависимости сопротивления сдвигу и прочностных характеристик торфа при уплотнении.

4. Оценка устойчивости торфяных оснований земляных насыпей с учетом темпа ее возведения и изменения прочностных характеристик торфа в процессе консолидации основания.

4.1. Учет темпа отсыпки насыпи, изменения прочностных свойств торфа и консолидации основания при определении устойчивости насыпи.

4.2. Разработка численного способа оценки устойчивости насыпи с использованием метода кругло цилиндрических поверхностей.

4.3. Описание подпрограммы.

4.4. Проверка предлагаемого способа оценки устойчивости на примере определения оптимального темпа отсыпки земляной насыпи (железной или автомобильной дороги, обеспечивающего заданный коэффициент запаса устойчивости).

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Сопротивление торфа сдвигу при консолидации и устойчивости торфяных оснований»

Обширные территории России заболочены. Заболоченность в северных и северо-западных районах составляет 14-25%, но иногда достигает 80%. К заболоченным районам относятся Ленинградская, Архангельская и особенно Тюменская области и др. (см. рис. 1, рис. 2). В указанных районах ведется обширное транспортное, промышленное, гражданское, гидротехническое строительство; прокладка магистральных газо- и нефтепроводов [42, 71].

Торф, заполняющий болота, обладает исключительно плохими строительными свойствами: огромной сжимаемостью, ничтожным сопротивлением сдвигу, переменной водопроницаемостью. В естественном состоянии он водо-насыщенный, в сухом состоянии пожароопасен.

При таких обстоятельствах характерной особенностью строительства в заболоченных районах является возведение земляных сооружений. К ним относятся земляное полотно железных и автомобильных дорог, намыв или подсыпка территории (как способ инженерной подготовки), устройство искусственных оснований (например, подушек нефтяных резервуаров). Устраиваются гидротехнические плотины, приканальные и оградительные дамбы. В про-мышленно развитых районах скапливаются отходы производства (штабели шлака, золоотвалы и др.), которые часто используются в качестве пригрузоч-ных насыпей торфяных оснований.

Почему возведение земляных сооружений характерно для заболоченных территорий?

Как известно, в основе современного фундаментостроения лежит идея о взаимодействии основания и сооружения, рассмотрение основания как части сооружения [ 66, 78]. Большая сжимаемость торфа исключает его использование как основания зданий, даже приспособленных к большим неравномерным осадкам. Земляные сооружения к осадкам мало чувствительны, так как в них не никают какие-либо недопустимые напряжения или деформации земляного сооружения в результате осадок торфа.

Рис. 1. Заболоченность территории России

Изменение отметок можно еще в процессе строительства или последующей выдержки компенсировать досыпкой. С другой стороны, земляные сооружения своим весом уплотняют торф и тем улучшают его строительные качества до начала эксплуатации сооружения.

Однако, практика строительства, особенно наиболее массового - дорожного - показывает, что кроме неизбежных осадок сооружения иногда происходит разрушение торфяного основания земляного сооружения, особенно в краевой зоне [65]. Происходит или выпор торфа или обрушение откоса земляного сооружения вместе с торфом (оползень). Особенно часто это бывает в период строительства или начальный период эксплуатации, когда нагрузка на торф уже передается полностью. Такие явления приводят к нарушению технологии строительства или даже нарушению эксплуатации готового сооружения, необходимости в восстановительных работах, дополнительных мероприятиях и соответствующих затратах [38, 65].

Устойчивость сооружения совместно с основанием, как известно, обуславливается количественным соотношением двух факторов: а) действующей нагрузки, вызывающей касательные напряжения в теле сооружения и основания, б) сопротивления сдвигу грунта сооружения и грунта основания, в данном случае торфа. Следовательно, для оценки устойчивости основания (и сооружения) в период строительства и начальный период эксплуатации следует не только иметь данные об указанном соотношении, но и иметь возможность, при необходимости, регулировать это соотношение, управлять им.

Следует обратить внимание на то, что нагрузка на торф от веса готового сооружения является постоянной. Но в период строительства она не постоянна (возрастает) и, при необходимости, может регулироваться [38, 58,67]. Сопротивление торфа сдвигу зависит от целого ряда факторов [3, 8, 17, 27 и др.] Установлено, что наиболее весомым фактором, влияющим на сопротивление сдвигу, является степень уплотненности торфа, а также

Рис. 2. Карта залегания торфов в Тюменской области

Щ - торф поровое давление в воде, препятствующее уплотнению торфа и увеличению его сопротивления сдвигу. Это поровое давление прямо связано с консолидацией торфа, т.е. с его уплотнением (и осадкой) во времени.

Таким образом, для оценки устойчивости торфяных оснований земляных сооружений, особенно в краевой зоне, необходимо изучить сопротивление торфа сдвигу в зависимости от его плотности и порового давления, изменение этих факторов во времени, изучить влияние переменной нагрузки во времени на основание. После этого целесообразно разработать метод расчета устойчивости или воспользоваться существующими, но приспособив их для указанных целей.

Как будет показано ниже, устойчивость торфяных оснований ранее уже исследовалась учеными, проектировщиками, строителями. Выдающийся вклад сделан нашими отечественными учеными, далеко опередившими соответствующие работы в зарубежных странах.

В научном случае задача ставится в новой постановке и решается с новых научных позиций.

Заключение диссертации по теме «Основания и фундаменты, подземные сооружения», Стеклянникова, Наталия Ивановна

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Экспериментально установлен характер развития порового давления в полностью водонасыщенном торфе. Зависимость порового давления от коэффициента пористости грунта при постоянном уплотняющем давлении имеет линейный характер для всех видов исследованных торфов.

2. Графики опытных зависимостей порового давления от коэффициента пористости для различных значений уплотняющих давлений располагаются параллельно для всех видов исследованных торфов, за исключением низинного сильразложившегося торфа, где расположение указанных графиков носит веерообразный характер.

3. Для практического использования результатов экспериментальных исследований по определению порового давления в торфах в результате статистической обработки опытных данных получены формулы для расчета порового давления в зависимости от коэффициента пористости, уплотняющего давления для различных видов торфа.

4. Показано, что коэффициент порового давления в торфах зависит от уплотняющего давления и может быть существенно меньше единицы, т.е. уже в начальный момент приложения нагрузки скелет торфа способен воспринимать сдвигающие напряжения. Кроме того, полученные данные позволяют установить величину нерассеивающегося порового давления, что необходимо учитывать при оценке несущей способности торфяных оснований насыпей в эксплуатационный период.

5. Установлены количественные зависимости параметров прочности торфа в зависимости от коэффициента пористости торфа для различных его видов. На основе опытных данных получены формулы, позволяющие рассчитать прочностные характеристики торфа в зависимости от степени уплотнения.

6. Разработан инженерный метод расчета устойчивости насыпи на торфяном основании, в котором учитываются основные факторы, оказывающие влияние на прочность торфов. Этот учет основан на полученных экспериментальных данных об изменении порового давления и прочностных характеристик торфа при его уплотнении. Для практического использования метода разработана специальная программа расчета, апробированная на практике.

7. Полученные данные по испытаниям торфов использованы в ТСН по Санкт-Петербургу (ТСН 50-302-96-СПб, Приложение С.82, 1997).

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Стеклянникова, Наталия Ивановна, 2007 год

1. Амарян, Л. С. Динамика фазовых напряжений в торфе при трехосных испытаниях Текст. // Торф и его переработка. -М.: Недра, 1968.

2. Амарян, Л. С. К вопросу о физико-химической природе прочности торфяных грунтов Текст. // Торф и его переработка. -М: Недра, 1968.

3. Амарян, Л. С. Прочность и деформируемость торфяных грунтов. Текст. -М.: Недра, 1969.

4. Амарян, Л. С. и др. Количественный анализ прочностных свойств торфа Текст. // Строительство на торфяных грунтах. Калинин, 1972.

5. Амарян, Л. С. Свойства слабых грунтов и методы их изучения Текст. -М.: Недра, 1990.

6. Бабицкая, С. С. Изменение порового давления в процессе консолидации связного грунта Текст. // Вопросы геотехники,№6. Днепропетровск, 1963.

7. Базин, Е. Т., Королев, А. С. Изучение механизма уплотнения водо-насыщенного торфа Текст. // Торф и его переработка. -М.: Недра, 1968.

8. Базин, Е. Т., Женихов, Ю. Н. Изменчивость прочностных свойств торфяных грунтов Текст. // Известия вузов: Строительство и архитектура, №6. -1975.

9. Банников, Н. Д. Консолидация анизотропных по водопроницаемости слабых оснований Текст. // Автореферат. -ЛИИЖТ, 1981.

10. Березанцев, В. Г. Расчет оснований сооружений Текст. -Л.: Стройиздат, 1970.

11. Бронин, В. Н., Стеклянникова, Н. И. Определение длительной устойчивости торфяного основания насыпей Текст. // Доклады V Всесоюзного симпозиума по реологии грунтов. Волгоград, 1985.

12. Бронин, В. Н., Стеклянникова, Н. И. Определение устойчивости торфяного основания насыпей с учетом консолидации торфа Текст. // Совершенствование проектирования и строительства автомобильных дорог. -Л.: ЛИСИ, 1984.

13. Бронин, В. Н. К вопросу учета изменения коэффициента фильтрации и сжимаемости при одномерной консолидации грунтов Текст.// Известия вузов: Строительство и архитектура, №2. -1977.

14. Бронин, В. Н., Соколов, В. Д. Исследование структурной прочности торфа Текст. // Доклады XXXI научной конференции ЛИСИ: Автомобильные дороги, мосты, геодезия. -JL: 1973.

15. Бугров, А. К., Нарбут, Р. М., Сипидин, В. П. Исследование грунтов в условиях трехосного сжатия Текст. -JL: Стройиздат, 1987.

16. Винокуров, Ф. П., Тетеркин, А. Е., Питерман, А. К.

17. Строительные свойства торфяных грунтов Текст. Минск, 1962.

18. Германов, Т. С. Аналитическая оценка устойчивости основания насыпи, сложенного сильно сжимаемым заторфованным грунтом Текст. // Доклады II Балтийской конференции по механике грунтов и фундаментостроению. Таллинн, 1988.

19. Гольдштейн, М. Н., Бабицкая. С. С. О длительной прочности связных грунтов Текст. // Вопросы геотехники, №7, Транспорт. -1964.

20. ГОСТ 11305-65. Торф. Метод определения содержания влаги.

21. ГОСТ 26518-85. Грунты. Метод лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости при трехосном сжатии; М.: 1985.

22. ГОСТ 20522-75. Грунты. Метод статистической обработки результатов определения характеристик.

23. Гринберг, Е. И., Стеклянникова, Н. И. Исследование устойчивости основания насыпи на слабых грунтах с учетом примененных характеристик прочности основания Текст. // Способы устройства подземных этажей в условиях слабых и мерзлых грунтов: ЛИСИ, 1985.

24. Гусева, В. И. Строительные свойства торфянистых грунтов Текст. // Автомобильные дороги, №2. -1966.

25. Дрозд, П. А., Заяц, П. Н. Процессы консолидации при уплотнении образцов болотных грунтов Текст. // Труды БелНИИМ и ВХ, т. 17: Мелиорация и использование осушенных земель. Минск, Урожай,1969.

26. Дрозд, П. А., Заяц, П. Н. Первичная консолидация в образцах болотных грунтов Текст. // Труды БелНИИМ и ВХ, т. 17: Мелиорация и использование осушенных земель. Минск, Урожай,1970.

27. Дрозд, П. А. и др. Сопротивление болотных грунтов стабилизированному сдвигу Текст. // Труды БелНИИМ и ВХ, т. 18: Мелиорация и использование осушенных земель. Минск, Урожай, 1970.

28. Евгеньев, И. Е., Казарновский, В. Д. Земляное полотно автомобильных дорог на слабых грунтах. -М.: Транспорт, 1976.

29. Жихович, В. В. Определение геотехнических параметров торфов, заторфованных и слабых грунтов Текст. // Строительство на торфах и деформации сооружений на сильно сжимаемых грунтах. -М.: ВНИИОСП, 1988.

30. Жуков, М. Н., Ларгин. М. Ф. Исследование прочности растений торфообразователей верхового типа на разрыв Текст. // Торф и его переработка. -М.: Недра, 1968.

31. Заяц, В. Н., Шибут, А. И. Вторичная консолидация в процессе уплотнения торфяных грунтов Текст. // Строительство на торфяных грунтах. Калинин, 1972.

32. Заяц, В. Н. Метод оценки устойчивости насыпей на биогенных грунтах Текст. // Труды II Балтийской конференции по механике грунтов и фундаментостроению. Таллинн, 1988.

33. Заяц, В. Н. Показатели сдвиговой прочности болотных грунтов Текст. // Строительство и эксплуатация автодорог. Минск, 1987.

34. Инструкция по намыву территории на торфах Текст.: ВСН 385-77/ММС СССР -М.: 1978.

35. Инструкция по проектированию оснований и фундаментов зданий и сооружений, возводимых на заторфованных территориях Текст.: ВСН 475-75. -М.: Стройиздат, 1976.

36. Исаев, А. В. Исследование по обоснованию формы и размеров рабочих наконечников лопастных приборов при определении механических свойств грунтов Текст. // Строительство на торфяных грунтах. Калинин, 1972.

37. Казарновский, В. Д. Особенности механических свойств торфяных грунтов и их учет при определении прочностных и деформационных характеристик Текст. // Труды II Балтийской конференции по механике грунтов и фундаментостроению. Таллинн, 1988.

38. Канал Москва-Волга. Торф в строительстве канала, 1932-1937 г. Текст. -М.: -JL: Госстройиздат, 1940.

39. Караулов, А. М. Статические решения задачи устойчивости слабых оснований дорожных насыпей Текст. // Автореферат. Ленинград, 1982.

40. Кезди, А. Руководство по механике грунтов Текст. // т. IV: применение механики грунтов в практике строительства. -М.: Стройиздат, 1978.

41. Классификация видов торфа и торфяных залежей. -М.: 1951.

42. Козмин, Д. Д., Коваленко, Н. П. Исследование вязкоупругой торфяной среды Текст. // Известия вузов, "Горный журнал", №1. -1972.

43. Коновалов, П. А. Устройство фундаментов на заторфованных грунтах Текст. М.: Стройиздат, -1980.

44. Корчунов, С. С. Современное состояние и основные направления исследования физико-механических свойств торфа Текст. // Труды симпозиума: Торф, его свойства и перспективы применения. Минск, 1982.

45. Кот, Н. А. Прочностные свойства торфа естественной и нарушенной структуры Текст. // Строительство на торфах и деформации сооружений на сильно сжимаемых грунтах, ВНИИОСП. -М.: 1988.

46. Кузнецова, JI. И. Зависимость компрессионных и сдвиговых показателей от водно-структурных свойств в торфе Текст. // Строительство на торфяных грунтах. Калинин, 1972.

47. Кузнецова, JI. И. Возведение насыпей на болотах Текст. // Строительство дорог, №1. -1940.

48. Кукушкин, В. А. Аппаратура и методика трехосных испытаний торфа на крупных монолитах Текст. // Строительство на торфяных грунтах. Калинин, 1972.

49. Ларионов, А. К. Свойства слабых грунтов, их природа и методы исследований Текст. // Проблемы строительства на слабых грунтах. Рига, 1972.

50. Линкявичус, Д. Оценка методов определения механической прочности торфяных грунтов Текст. // Механика УП. Материалы конференции. Каунас, 1976.

51. Лиштван, И. И. и др. Разработка единой классификации торфа Текст. // Том И: Разработка методики оценки физико-механических свойств торфяных залежей; Отчет НИС по теме 26/131. -Калининский политехнический институт.

52. Лиштван, И. И., Король, Н. Т. Основные свойства торфа и методы их изучения Текст. // Минск, Наука и техника, 1975.

53. Лиштван, И. И. и др. Физические свойства торфа и торфяных залежей Текст. // Минск, Наука и техника, 1985.

54. Лундин, К. П. Водные свойства торфяной залежи Текст. Минск, 1964.

55. Макфарлейн, А. К. Инженерное изучение торфяных грунтов; Доклады международного конгресса по торфу Текст. -Л.: 1963.

56. Маслов, Н. Н. Условия устойчивости склонов и откосов в гидроэнергетическом строительстве Текст. -М.: Госэнергоиздат, 1955.

57. Маслов, Н. Н., Ле Ба Лыонг. К вопросу определения областей разрушения в основании сооружений для случаев нагрузок, распределяемых по законам треугольника и трапеции Текст. // Строительство на торфяных грунтах. Калинин, 1972.

58. Маслов, Н. Н. Основы инженерной геологии и механики грунтов Текст. -М.: Высшая школа, 1982.

59. Методические указания по проектированию земляного полотна на слабых грунтах Текст. -М.: Оргтрансстрой, 1968.

60. Методические указания по проектированию и строительству земляных плотин и дамб на болотах Текст. Минск, 1971.

61. Морарескул, Н. Н. О сопротивлении торфа сдвигу; Научные труды ЛИСИ, Выпуск 18: Вопросы механики грунтов Текст. Стройиздат, 1954.

62. Морарескул, Н. Н., Бронин, В. Н. К вопросу учета реологических свойств скелета при консолидации торфяных грунтов Текст. // Труды I Балтийской конференции по механике грунтов и фундаментостроению. Гданьск, 1975.

63. Морарескул, Н. Н. О критерии разрушения торфа при стабилометрических испытаниях Текст. // межвузовский сборник: фундаментостроение в условиях слабых и мерзлых грунтов; ЛИСИ. -Л: 1983.

64. Морарескул, Н. Н., Бронин, В. Н., Стеклянникова, Н. И. Обоптимизации технологии отсыпки насыпей на болотах Текст. // Доклады областной научно-практический конференции. Тюмень, 1987.

65. Наседкин, Н. А. Растяжение торфа Текст. // Торфяная промышленность, №3, -1944.

66. Ордуянц, Н. С. Устройство железнодорожных насыпей на болотах Текст. -М.: Трансжелдориздат, 1946.

67. Пособие по проектированию оснований зданий и сооружений Текст. /к СНиП 2.02.01-83/. -М.: Стройиздат, 1986.

68. Пособие по проектированию земляного полотна автомобильных дорог на слабых грунтах Текст. СоюзДОРНИИ. -М.: 1989.

69. Разоренов, В. Ф. Пенетрационные испытания грунтов Текст. -М.: Стройиздат, 1980.

70. Резников, О. М. Метод вращательного среза для определения прочности грунтов в условиях естественного залегания Текст. // Вопросы геотехники, №3. Днепропетровск, 1959.

71. Рекомендации по определению параметров ползучести и консолидации грунтов лабораторными методами Текст. -М.: Стройиздат, 1989.

72. Рекомендации по инженерным изысканиям и расчету торфяных оснований нефтепромысловых сооружений Западной Сибири, ВР-26-76. Тюмень, 1976.

73. Руководство по проектированию земляного полотна автомобильных дорог на слабых грунтах Текст. // Минтрансстрой СССР. Транспорт, 1978.

74. Румшинский, Л. 3. Математическая обработка результатов экспериментов Текст. -М.: Наука, 1971.

75. Рябов, А. К. Исследование коэффициентов внутреннего трения и сцепления торфяных грунтов Текст. // Известия вузов: "Горный журнал", №2, -1962

76. Сипидин, В. П., Сидоров, Н. Н. Исследование грунтов в условиях трехосного сжатия Текст. -М.: Госсторойиздат, 1963.

77. Сидоров, Н. Н., Сипидин, В. П. Современные методы определения характеристик механических свойств грунтов Текст. -JL: Стройиздат, 1972.

78. Силкин, А. М. Сооружения мелиоративных систем в торфяных грунтах Текст. -М.: Агропрмиздат, 1986.

79. СНиП 2.02.01-83. Основания зданий и сооружений Текст. -М.: 1985.

80. Соколов, В. Д. Изучение процесса изменения порового давления при уплотнении водо-насыщенного торфа в компрессионном приборе Текст. // Строительство на торфяных грунтах. Калинин, 1972.

81. Сорокина, Г. В. О прочностных характеристиках илов Текст. // Основания, фундаменты и подземные сооружения, т.61, НИИОИП. -М.: 1971.

82. Стеклянникова, Н. И. Исследование изменчивости порового давления в торфе при трехосных испытаниях Текст. // Устройство оснований и фундаментов в слабых и мерзлых грунтах, ЛИСИ. Л.: 1981.

83. Стеклянникова, Н. И. Определение прочностных характеристик торфа в стабилометре при различных коэффициентах пористости Текст. // Фундаментостроение в условиях слабых и мерзлых грунтов. -ЛИСИ, 1983.

84. Строганов, А. С. и др. Устойчивость откосов насыпей на глинистых грунтах в нестабилизированном состоянии Текст. // Строительство на торфяных грунтах и деформации сооружений на сильно сжимаемых грунтах, ВНИИОСП. -М.: 1988.

85. Строганов, А. С. Несущая способность оснований в нестабилизированном состоянии Текст. // Строительство на слабых грунтах. Рига, 1976.

86. Терцаги, К. Теория механики грунтов Текст. -М: Госстройиздат, 1961.

87. Ткаченко, А. А. Дорожно-строительная классификация болот Текст. // Лесной журнал, №5. -1962.

88. Фарнхэм, Р. С. Классификация торфа в Соединенных штатах Америки Текст. // Доклады международного конгресса по торфу. -Л.: 1963.

89. Флорин, В. А. Основы механики грунтов, т.1. -Л.:-М.: Госстройиздат, 1958.

90. Цытович, Н. А. Механика грунтов Текст. -М.: Высшая школа,

91. Чураев, Н. В. Связанная вода в торфе Текст. // Исследования по физике торфа и перспективы их применения в народном хозяйстве. Калинин, 1964.

92. Шапошников, М. А. Геотехнические исследования болотных грунтов для строительства Текст. -JL: Стройиздат, 1977.

93. Шахунянц, Г. М. Железнодорожный путь Текст. -М.: Транспорт,

94. Юргенсон, Л. К вопросу об устойчивости оснований насыпей Текст. //Междунар. Конф. По механике грунтов 1936г. -Л.: 1937

95. Яропольский, И. В. Основания и фундаменты Текст. Речиздат,

96. Лобанов, И. 3., Смолин, Ю. П. к методике расчета напряжений в насыпи от внешних нагрузок Текст. // Основания, фундаменты и строительные материалы транспортных сооружений. Новосибирск, 1988. С. 52-58

97. Соловьев, Ю. И., Караулов, А. С., Смолин, Ю. П. Современные методы расчета устойчивости земляного полотна железных дорог Текст. Новосибирск: Изд-во СГАПС, 1996. 83с.