Набухаючі ґрунти як основи фундаментів будівель та споруд у північно-східних регіонах Сірії

Размещено на http://www.allbest.ru/

ПРИДНІПРОВСЬКА ДЕРЖАВНА АКАДЕМІЯ

БУДІВНИЦТВА ТА АРХІТЕКТУРИ

На правах рукопису

УДК 624.131.524

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

НАБУХАЮЧІ ҐРУНТИ ЯК ОСНОВИ ФУНДАМЕНТІВ БУДІВЕЛЬ ТА СПОРУД У ПІВНІЧНО-СХІДНИХ РЕҐІОНАХ СІРІЇ

05.23.02 - Підвалини та фундаменти

АШРАМ МАХМУД НІХАД

Дніпропетровськ - 2001

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Харківській державній академії міського господарства, Міністерство освіти і науки України.

Науковий керівник:

Рудь Олександр Григорович, кандидат технічних наук, доцент, Харківська державна академія міського господарства, завідувач кафедри механіки ґрунтів, підвалин та фундаментів.

Офіційні опоненти:

Зоценко Микола Леонідович, доктор технічних наук, професор, Полтавський державний технічний університет імені Юрія Кондратюка, завідувач кафедри підвалин та фундаментів;

Захваткін Микола Павлович, кандидат технічних наук, доцент, Придніпровська державна академія будівництва та архітектури, доцент кафедри основ та фундаментів.

Провідна установа: Донбаська державна академія будівництва та архітектури, кафедра залізобетонних конструкцій, підвалин та фундаментів, Міністерство освіти і науки України, м. Макіївка.

Захист відбудеться "22" березня 2001 р. о 15 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д.08.085.01 при Придніпровській державній академії будівництва та архітектури за адресою: 49600, м. Дніпропетровськ, вул. Чернишевського, 24^а, ауд. 202.

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Придніпровської державної академії будівництва та архітектури за адресою: 49600, м. Дніпропетровськ, вул. Чернишевського, 24^а.

Автореферат розісланий "19" лютого 2001 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради К.В. Баташева.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. У перспективних для будівництва північно-східних реґіонах Сірії, що охоплюють Алеппське плато та Євфратську рівнину, розташовані площадки, що мають набухаючі ґрунти. Відомості про будівельні властивості та особливості цих ґрунтів як основ фундаментів будівель та споруд практично відсутні. Наявні розрізнені інженерно-геологічні дані, отримані при зведенні окремих будівельних об'єктів, являють собою в основному загальнобудівельні характеристики ґрунтів.

Як показують спостереження, будинки, споруджені на набухаючих ґрунтах Сірії, набувають в процесі експлуатації пошкодження, що потребують додаткових витрат на відновлення їх експлуатаційних якостей.

В дисертаційній роботі поставлене актуальне завдання дати оцінку набухаючим ґрунтам, що використовуються в будівельних цілях як основи будівель та споруд у північно-східних реґіонах Сірії, при цьому виявити основні закономірності, властиві цим ґрунтам, встановити можливість визначення характеристик набухання в залежності від фізичних властивостей ґрунтів.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана в рамках державної програми розвитку будівництва в Сірії.

Мета і задачі дослідження. Метою даної роботи було визначити будівельні властивості набухаючих ґрунтів, що використовуються в якості основ фундаментів у північно-східних реґіонах Сірії, дати їм оцінку, встановити взаємозв'язок між характеристиками набухання та фізико-механічними показниками зазначених ґрунтів, скласти рекомендації для практичного використання отриманих результатів.

Для досягнення цієї мети були поставлені наступні задачі:

зробити відбір і систематизацію ґрунтів, що набухають;

виконати дослідження і виявити закономірності, що пов'язують характеристики набухання із іншими фізико-механічними властивостями ґрунтів;

отримати залежності для визначення величини вільного набухання, тиску та вологості набухання ґрунтів по їх фізичним характеристикам;

виконати оцінку способів дослідження набухаючих ґрунтів приладами різних конструкцій, що застосовуються у лабораторіях Сірії;

встановити можливість обладнання пальових фундаментів у набухаючих ґрунтах Сірії за результатами моделювання.

Об'єктом дослідження є набухаючі ґрунти як основи будівель та споруд у північно-східних реґіонах Сірії.

Предметом дослідження є властивості набухаючих ґрунтів.

Методи дослідження прийняті лабораторні та польові з використанням спеціально виготовлених приладів та установок, а також геотехнічних приладів заводського виготовлення.

Наукова новизна отриманих результатів:

визначено раніше не вивчені будівельні характеристики набухаючих ґрунтів у перспективних для будівництва реґіонах Алеппського плато і Євфратської рівнини;

отримані надійні рівняння регресії, що дозволяють визначати в Сірії будівельні властивості набухаючих ґрунтів;

складено рекомендації для практичного використання результатів досліджень;

отримано порівняльні дані, що дозволяють оцінити результати визначень характеристик набухання різними приладами, присутніми в ґрунтових лабораторіях Сірії;

запропоновано спосіб визначення величини анкерної зони паль у ґрунтах, що набухають, за допомогою моделювання.

Практичне значення отриманих результатів. Отримані автором кореляційні залежності між характеристиками набухання та фізичними властивостями ґрунтів дозволяють спростити і прискорити проектування підвалин будівельних об'єктів, зменшити трудомісткість і вартість інженерно-геологічних досліджень. Оскільки знайдені закономірності розвитку набухання і усадок мають реґіональний характер, їх врахування дозволить уникнути помилок при плануванні будівництва в північно-східних реґіонах Сірії.

Результати досліджень були використані при усуненні аварійного стану, що виник на складі комбінату "Рассвет", фундаменти якого були виконані на набухаючому ґрунті.

Особистий внесок здобувача полягає в наступному:

виконано експериментальні дослідження ґрунтів і аналіз отриманих результатів;

визначено закономірності набухання та усадки досліджуваних ґрунтів;

отримано багатофакторні кореляційні залежності характеристик набухання від фізичних властивостей ґрунтів;

із сукупності отриманих рівнянь регресій виділено рівняння з найбільш високою тіснотою зв'язку, які рекомендуються до практичного використання;

виконано перевірку результатів випробувань набухаючих ґрунтів за допомогою різних геотехнічних приладів і складено рекомендації по використанню цих приладів;

методом моделювання встановлена можливість визначення розмірів анкерної зони (зони гальмування) паль у ґрунтах, що набухають.

Апробація результатів дисертації. Основні положення виконаної роботи повідомлені на:

міжнародній конференції "Актуальные проблемы ликвидации подтопления грунтовыми водами территорий городов и поселков городского типа Украины" (Харків, жовтень 1998 р.);

29-й науково-технічній конференції викладачів, аспірантів та співробітників Харківської державної академії міського господарства (Харків, травень 1998 р.);

30-й науково-технічної конференції викладачів, аспірантів і співробітників Харківської державної академії міського господарства (Харків, травень 2000 р.).

Публікації. За темою дисертації опубліковано 9 наукових праць, з яких 5 є фаховими.

Структура та обсяг дисертаційної роботи. Дисертаційна робота складається з вступу, чотирьох розділів, загальних висновків, списку використаних джерел і додатку. Об'єм роботи складає 147 стор. машинописного тексту, малюнків 77, таблиць 30, список використаних джерел містить 111 найменувань.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтована актуальність теми, відзначені новизна і практичне значення роботи, а також дана її загальна характеристика.

В першому розділі виконано короткий огляд інженерно-геологічних і кліматичних умов Сірії. Набухаючі ґрунти у північно-східних реґіонах Сірії, що використовуються в якості підвалин споруд, недостатньо вивчені. Експлуатація будинків, збудованих тут без врахування особливостей ґрунтів, що набухають, ускладнюється ушкодженнями і вимагає, як показали обстеження, частих відновлювальних ремонтів. Виходячи з цього, зроблено висновок про актуальність задачі та цілей, поставлених у дисертації.

Дослідження в галузі фізико-механічних та фізико-хімічних процесів у ґрунтах, що набухають, проводили А.М. Васильєв, М.М. Герсеванов, І.М. Горькова, Б.М. Гуменський, М.Я. Денисов, Б.В. Дерягін, А.А. Мустафаєв, Г.І. Покровський, Є.М. Сергеїв, К. Терцаги, К. Чепмен та інші. В працях цих та інших дослідників розроблено теоретичні основи складних явищ, що відбуваються при взаємодії глинистих часток із водою.

Будівельні властивості ґрунтів, що набухають, вивчали С.Г. Айроян, С.С. Бабицька, В.Б. Бердишев, М.Н. Гольдштейн, Дж. Синг Джейн, М.Л. Зоценко, Р. Кристиансен, В.С. Леута, Ч. Ледд, Т. Лембл, С.Р. Месчан, Д. Мохан, Є.А. Сорочан, М.А. Хархута та інші. В Сірії дослідження набухаючих ґрунтів виконував Ісса Коуса.

Розробкою методів визначення набухання та усадки займалися Т. Акройд, А.М. Васильєв, Д.І. Знаменський, А.Г. Кир'янова, Ф.Ф. Лаптев, І.М. Літвінов, Д.М. Сідері, Б.А. Снежкін, Є.А. Сорочан, В.С. Шаров та інші.

В роботах зазначених авторів знайшли своє відображення результати досліджень будівельних властивостей набухаючих ґрунтів різного мінерального і гранулометричного складу, різного генезису. Територіально площадки відокремлювалися значними відстанями, ґрунти формувалися в різних умовах залягання. Тому, маючи окремі подібні ознаки, що виявляються в процесі набухання, такі ґрунти відрізняються багатьма властивостями і потребують індивідуального підходу при їхньому вивченні. Визначення характеристик набухання трудомісткі та тривалі. Тому пошуки способів, що спрощують випробування, наприклад, на основі можливих взаємозв'язків між фізичними властивостями і характеристиками набухання ґрунтів заслуговують на увагу. На відміну від Державних будівельних норм України, нормативна документація Сірії не має чітко обумовлених правил визначення властивостей ґрунтів, що набухають. У випробуваннях можуть застосовуватися компресійні прилади, що відрізняються своїми параметрами.

Ці та інші питання, прямо чи побічно пов'язані із будівництвом на набухаючих ґрунтах в умовах Сірії, потребують розв'язання.

В області пальових фундаментів на набухаючих ґрунтах працювали Е.С. Буров, А.М. Лосев, В.Г. Півень, В.С. Сажин, Є.А. Сорочан, В.Я. Шишкін, Л.Н. Екштейн та інші. Пальовий варіант розробки фундаментів з прорізом набухаючого шару або в набухаючому ґрунті є економічно обґрунтованим. Але при цьому часто виникає необхідність визначення на поверхні паль розмірів активної зони і зони гальмування. Особливо це стосується споруд із змінними навантаженнями на фундамент, наприклад, складських приміщень, де навантаження стохастичні і багаторазово змінюються за значенням.

Метод визначення обох зон за допомогою натурних випробувань паль з навантаженням або без нього відомий, однак він вимагає великих матеріальних витрат, є тривалим і супроводжується відомими технічними перешкодами. Можливість визначення активної і гальмівної зон методом моделювання, при якому витрати на випробування в багато разів менше вартості натурних випробувань, розглядається в даній роботі в якості актуальної задачі.

В другому розділі наведені дані, що відносяться до особливостей вихідних експериментальних матеріалів, застосованих у дослідженнях приладів і установок; приведені значення отриманих фізико-механічних характеристик і характеристик набухання ґрунтів, а також кореляційні залежності, що їх пов'язують.

Площадки відбору ґрунтів були розташовані на Алеппському плато і у Євфратській рівнині. Інженерно-геологічні виробітки являли собою свердловини, шурфи, котловани, траншеї. Глибина відбору в більшості випадків складала від 0,6 до 8 м, рідше до 10...13 м, в окремих випадках - близько 18 м. Глини з числом пластичності 17...18 і суглинки виявляли слабкі ознаки набухання-усадки і тому в експериментах не приймали участь.

В якості основних приладів для дослідження застосовувалися одометри системи КПМ, КП, прилади для визначення вільного набухання ПНГ та інші.

Крім приладів, що випускаються заводами серійно, застосовувалися прилади і пристрої, виготовлені спеціально для виконання дисертаційної роботи. Сюди відносяться лотки, пристрої для визначення сил тертя в набухаючому ґрунті на поверхні моделей паль, прилад для випробування ґрунтів обертальним мікрозрізом, пристрій для визначення горизонтального тиску ґрунту, що набухає, пенетрометр та інші.

Результати досліджень фізико-механічних і усадочно-набухаючих властивостей ґрунтів в роботі систематизовані, табульовані або подані у формі графіків. Природна вологість знаходилася в інтервалі 0,18…0,36, показник текучості - від - 0,44 до 0,33, число пластичності - від 21 до 41. Початковий коефіцієнт пористості знаходився в межах від 0,603 до 0,966, щільність - від 1,84 до 2,14 г/см³. Кут внутрішнього тертя знаходився в інтервалі 8…20, а питоме зчеплення - від 25 до 95 кПа. У досить широких межах знаходилось значення коефіцієнта стисливості: 0,04…0,3 МПа^-1. Встановлено, що досліджувані ґрунти в різній мірі мають структурну міцність.

Гранулометричний склад глин містить всі п'ять інтервалів фракцій, причому фракція < 0,001 мм складала від 51 до 53%. Відносне вільне набухання отримане в межах від 0,05…0,17, але більшість глин характеризувалося значеннями від 0,10 до 0,13. Тиск набухання також мав великий розкид значень: від 0,2 до 0,6 МПа при середніх значеннях 0,3…0.4 МПа. Лінійна усадка досягала за величиною 9 %, вологість усадки знаходилася в інтервалі 0,09…0,17.

Мінералогічний склад визначався за допомогою приладу ДРОН-3М із рентгенівською трубкою 2БСВ 28. Отримані діфрактограми та ИК-спектри проб ґрунтів дали їхню якісну оцінку і дозволили встановити, що в склад досліджуваних ґрунтів входить монтморилоніт, палигорскіт, гідрослюди, частково кальцит, кварц і каолініт із включенням органічних домішок. Результати зроблених спостережень дозволили зробити наступні висновки:

набухання та усадки досліджуваних ґрунтів викликані наявністю в них мінералів групи монтморилоніту, палигорскіту та гідрослюд;

присутність в зразках включень кальциту, кварцу і каолініту знижує значення показників набухання до рівня середніх величин.

Останній висновок добре погоджується із результатами визначення вільного набухання і тиску набухання досліджуваних ґрунтів.

Аналіз отриманих результатів дозволив встановити, що в якості величин, що варіюються, належить прийняти природну вологість, границі і число пластичності, показник текучості, щільність з одного боку і тиск набухання, а також відносне вільне набухання з іншого боку.

Для обробки отриманих результатів застосовувався надійний метод математичної статистики, яким є кореляція двох або декількох змінних величин. Значний об'єм обчислень виконано за допомогою ЕОМ по спеціально розробленим програмам, складеним для парної і багатофакторної кореляції (кореляції трьох змінних). В результаті отримано 24 рівняння парної кореляції і 60 рівнянь кореляції 3-х змінних. Всі вони мають різні рівні тісноти зв'язку. На рис. 1 як приклад показано кореляційні залежності двох змінних P_SW = f(w) і P_SW = f(I_L).

Аналіз отриманих результатів дозволив зробити наступні висновки:

в загальному випадку тіснота зв'язку при кореляції трьох змінних дещо вище, ніж при кореляції двох змінних;

найбільша тіснота зв'язку проявляється при кореляції P_SW або по w та w_L;

рівняння регресії, отримані окремо для кожного реґіону, мають помітні відмінності.

На підставі цих висновків для практичних цілей виділено та запропоновано наступні рівняння регресії з максимальними значеннями коефіцієнтів кореляції (1)…(4).

Для Алеппського плато:

P_SW = - 0,199-0,437w + 1,100w_L, r = 0,882. (1)

= - 0,058 + 0,019w + 0,285w_L, r = 0,880. (2)

Для Євфратської рівнини:

P_SW = - 0,329-0,129w + 1,262w_L, r = 0,867. (3)

= - 0,025-0,057w + 0,269w_L, r = 0,834. (4)

Практичний інтерес становить можливість визначення вологості набухання по значенню однієї з границь пластичності, наприклад, по значенню границі текучості.

Вологість набухання в цьому випадку може бути виражена залежністю:

w_SW = k w_L, (5)

де k - перехідний безрозмірний коефіцієнт, який має бути визначеним.

В роботі отримано рівняння регресії:

P_SW = 0,711-0,866 w / w_L. (6)

Виходячи з поняття вологості набухання, тобто такої вологості, при якій тиск набухання і, взагалі, набухання, відсутні, рівняння (6) можна перетворити, покладаючи P_SW=0 и w = w_SW. Тоді k=0,82. В результаті отримано:

w_SW = 0,82 w_L. (7)

Зв'язок між тиском набухання та вільним відносним набуханням по результатам експериментів проявлялось достатньо чітко (рис. 2).

Обидві характеристики визначались одночасно для кожного з ґрунтів, прийнятих в експериментах. Дослідження виконувались з урахуванням ДСТУ Б В.2.1-4-96 і ГОСТ 24143-80.

В третьому розділі викладено експериментальні дані, отримані за результатами лабораторних досліджень набухаючих ґрунтів.

Наявність в лабораторіях Сірії приладів с різними параметрами, призначених для випробування набухаючих ґрунтів, ставить під сумнів ідентичність отримуємих результатів при інших рівних умовах.

Визначення вільного відносного набухання в гільзах діаметром 56,5, але з різними значеннями висоти зразку - 10 мм (ПНГ) та 20 мм (ПНЗ-2) завершились з практично однаковими результатами.

Дослідження впливу лінійного розміру (діаметру) компресійного кільця на величину тиску набухання проводились з кільцями діаметром 40; 56,5; 71,4 та 76,2 мм (3 дюйми) при одній і тій самій висоті h = 20 мм. Однорідність ґрунту забезпечувалась використанням старанно перемішаної ґрунтової пасти (I_P = 27, I_L = 0,05). Усереднені результати експериментів показали, що зі зменшенням діаметру гільзи закономірно знижується величина тиску набухання. В розглянутих іспитах різниця в результатах визначення P_SW досягала 13 %. У зв'язку з цим є необхідність стандартизації умов визначення тиску набухання, як це затверджено в Україні ГОСТ 24143-80.

Визначення вільного відносного набухання показали, що криві в координатах - t, де t - час експерименту, мають загальний вид для таких експериментів. Найбільш інтенсивний розвиток деформацій в вільному набуханні спостерігається на протязі декількох перших годин, потім процес набухання сповільнюється і практично завершується за 10-12 діб. На рис. 3 наведені криві залежностей = f(t) для глин, фізичні властивості яких відображені в таблиці 1.

Таблиця 1. Фізичні властивості глин

№ п/п	Найменування ґрунту	W0	WL	WP	JP	, г/см3
1	Глина кремова, плато Алеппо	0,33	0,60	0,30	0,30	2,0
2	Глина зеленувато-сіра, Джезира	0,29	0,49	0,27	0,23	2,1
3	Глина коричнева четвертинна	0,27	0,37	0,18	0,19	1,84

На основі аналізу експериментальних даних запропоновано залежність (8) для обчислення величини відносного вільного набухання в будь-який час періоду набухання:

= k (1,77 w_P - w) I_P t ^0,2. (8)

де t - час визначення відносного вільного набухання в добах;

k - коефіцієнт, що визначається для моменту часу t = 0,25 доби (6 годин) після початку замочування;

w, w_P, I_P, - відповідно початкова вологість, границя та число пластичності, щільність ґрунту.

Приведену залежність (8) можна представити у вигляді:

= k m t ^0,2, (9)

m = (1,77 w_P - w)I_P

має постійне значення для даного ґрунту в заданому стані.

По графіку на рис. 3 можна говорити про хороший збіг експериментальних кривих та кривих, що побудовані за запропонованою формулою.

За допомогою спеціально виготовленої приставки до компресійного приладу визначався горизонтальний тиск ґрунту в камері приладу і горизонтальні деформації набухання. Отримано співвідношення між вертикальними та горизонтальними деформаціями при вільному набуханні пилувато-глинистого ґрунту. Відношення h_B / h_Г на протязі експериментів залишаються рівними 1,85…20 з незначним зниженням к кінцю експериментів. Визначено характер розвитку горизонтального тиску набухання при різних вертикальних навантаженнях на зразки. Питання про зміну міцності пилувато-глинистих ґрунтів в процесі набухання актуальне і недостатньо вивчене. Міцність глин при набуханні визначалась на приладах плоского зрізу пенетраційним методом і методом обертального мікрозрізу. Дані таблиці 2 дозволяють судити про зміну показників міцності глини при набуханні. Дослідження проводились із зразками ґрунту при різних навантаженнях на початку та в кінці набухання.

Таблиця 2. Результати досліджень набухаючого ґрунту на зріз (I_P = 28)

Вертикальне навантаження при набуханні, МПа	W	IL		С, кПа	e	Примітка
0	0,41	0,65	7,0	18	1,025	На 9-й день після замоч.
0,1	0,38	0,54	8,5	25	0,982	- " -
0,2	0,35	0,43	10	27	0,939	- " -
0,3	0,33	0,36	11	30	0,911	- " -
0 (природна вологість)	0,27	0,14	16,5	40	0,822	До замочування

Розглядаючи результати експериментів, можна відзначити, що в умовах вільного набухання або при незначних навантаженнях різко знижується значення характеристик міцності. При значних навантаженнях (0,3 МПа та більше) різниця в величинах характеристик міцності, отриманих до і після набухання, згладжується. Значне зниження міцності (питомого опору пенетрації R) при вільному набуханні підтверджується пенетраційними випробуваннями ґрунтів на різних стадіях набухання (рис. 4).

Наведені результати дають можливість простежити динаміку змінювання міцності і консистенції ґрунтів при вільному набуханні.

Рис. 4. Змінювання міцності і консистенції ґрунту в процесі набухання: глина, I_P = 0.28, = 1.89 г/см³.

Пенетраційний метод дослідження дозволив простежити, не руйнуючи зразок, динаміку процесів, що приводять к зниженню міцності набухаючого ґрунту. В експериментах застосовували пенетрометр з вагою рухомої системи P = 3 Н і кутом загострення конуса = 30. Вертикальне переміщення конуса в ґрунті фіксувалося нониусной шкалою з точністю до 0,1 мм. Обчислення показника текучості виконували за формулою:

. (10)

Прийнятий спосіб є прямим методом визначення показника текучості і відзначається високою точністю одержуваних результатів.

Дані, що свідчать про зниження міцності ґрунту при набуханні, отримані також при випробуванні глин обертальним мікрозрізом (рис. 5).

Мікрозрізувач використовувався також для визначення міцності ґрунту, що набухає, у перерізах багаторозмірних зразків (d = 170 мм і h = 120 мм), поміщених у роз'ємну сталеву оболонку. Міцність визначалася на різних стадіях набухання. В результаті встановлене ослаблення глинистого ґрунту поблизу стінок оболонки. Це означає, що має місце випереджаюче зволоження периферійних ділянок ґрунту, укладеного в обойму.

Відзначено також можливість визначення за допомогою обертального мікрозрізу анізотропностей в набухаючому ґрунті.

Рис 5. Залежність міцності глини з пошкодженою структурою від показника текучості при вільному набуханні. Випробування обертальним мікрозрізом.

У четвертому розділі наведені результати дослідження взаємодії моделей паль з набухаючими ґрунтами.

В експериментальних дослідженнях моделювання займає важливе місце. Воно дозволяє з мінімальними витратами прогнозувати поведінку об'єкта в натурних умовах.

Дослідження за допомогою моделей виконувались в лотках із ґрунтом, що набухає. Конструкція лотка дозволяла проводити експерименти з передачею вертикального навантаження на ґрунт, вимірювати силу тертя, визначати характер руху моделі під навантаженням і при набуханні ґрунту. Моделі паль вироблялися з бетону, дерева, металу, дерева, покритого лаком і бітумом. Діаметр круглих моделей - 30 мм і 90 мм; довжина від 400 до 650 мм. Сторона квадратної моделі - 30 мм.

Випробування проводилися на різних стадіях набухання глин.

Встановлено характер сил тертя на поверхнях моделей при різних значеннях показника текучості, значення якого зростає в процесі набухання.

Наведені сили тертя на поверхнях моделей паль круглого і квадратного перерізу виявилися практично однаковими за інших рівних умов.

Експерименти показали, що незалежно від величини тиску, що ущільнює ґрунт, відношення дотичних сил на поверхні моделей до початку набухання і після його завершення залишаються приблизно однаковими і складають в середньому Т_Н / Т_К = 3,5.

Характер розвитку сил тертя на поверхнях моделей в залежності від виду матеріалу, з якого вони виготовлені, в умовах змінювання в процесі набухання показника текучості, приведений на рис. 6.

Цими експериментами підтверджена можливість відбору за допомогою моделювання антифрікційного покриття палі для зниження впливу на неї ґрунту, що набухає.

При проектуванні пальового фундаменту в ґрунтах, що набухають, може виникнути необхідність визначення глибини зони гальмування, якщо паля прорізає набухаючий шар і частково знаходиться в ґрунті, що не набухає. Експерименти проводилися з моделями паль у лотку, заповненому у визначеній пропорції глиною і дрібним піском. Співвідношення об'ємів цих ґрунтів змінювалося в процесі досліджень. Бетонна модель палі мала можливість переміщатися в лотку при набуханні глини. Встановлено співвідношення довжини активної і гальмівної зони для моделі, якщо гальмуючим середовищем є дрібний пісок.

Рис. 6. Характер розвитку дотичних сил на поверхні моделей паль, виготовлених з різних матеріалів. Тиск навантаження 8 кПа.

Зроблено висновок про те, що в інтервалі відношень = 2…3 виявляється анкерний ефект, що дозволяє фактично утримувати модель палі від ковзання в піску.

Знайдені співвідношення підтвердилися при проведенні натурних випробувань паль у зв'язку з реконструкцією фундаментів складу в Харківській області, природною основою якого служив набухаючий ґрунт (глина, I_P = 18…19). Тиск, переданий на ґрунт, відрізнявся різко вираженою циклічністю. При відсутності вантажу на перекритті напруга в ґрунті складала 50 кПа. Після загруження складу вона збільшувалась в 4 рази. Шар ґрунту, що набухає, товщиною 3,0…3,5 м підстилався дрібним піском середньої щільності. При сезонному зволоженні ґрунту і не завантаженому перекритті спостерігався підйом колон до 26 мм, що поступово привело до ушкодження конструкцій.

Методом добору об'ємів глини і піску в лотку на бетонній моделі палі вдалося знайти довжину зони гальмування (глибину занурення палі в пісок), розмір якої цілком підтвердився натурними випробуваннями паль.

Очевидно, що в кожному конкретному випадку в натурних умовах співвідношення активної зони і зони гальмування буде залежати від ряду чинників: від довжини палі, властивостей набухаючих і ненабухаючих шарів підвалин, напрямку руху фронту зволоження, характеру поверхні палі, а також від навантаження, переданого на палю. Однак усі ці чинники піддаються моделюванню, тому розглянутий метод може бути використаний для прогнозу і попередньої оцінки варіантів розробки пальового фундаменту в ґрунті, що набухає.

ОСНОВНІ ВИСНОВКИ

Набухаючі ґрунти північно-східних реґіонів Сірії в силу різних причин недостатньо вивчені. Будинки, зведені на таких ґрунтах, мають ушкодження, пов'язані з деформаціями набухання і усадки. Усунення ушкоджень і відновлення експлуатаційної придатності цих будівельних об'єктів вимагає значних щорічних витрат.

Виконані дослідження фізико-механічних характеристик ґрунтів північно-східних реґіонів Сірії дозволяють систематизувати їхні значення і запропонувати для практичного використання при виборі будівельних площадок.

Обґрунтовано можливість визначення характеристик набухання через найпростіші фізичні показники пилувато-глинистих ґрунтів. Зроблено вибір і оцінку фізичних показників ґрунту, придатних для визначення по ним характеристик набухання за допомогою кореляційних залежностей.

Отримані рівняння регресії двох і трьох змінних дозволяють визначати характеристики набухання по величині фізичних показників ґрунтів і рекомендуються для використання в будівельних цілях на північно-східних територіях Сірії.

Визначено закономірності розвитку вільного набухання і набухання під тиском. Встановлено залежність між відносним вільним набуханням досліджуваних ґрунтів і тиском набухання. Запропоновано залежності для визначення відносного вільного набухання по невеликому відрізку часу спостереження і вологості набухання по величині границі текучості.

Величина характеристик міцності в міру набухання ґрунту знижується. Встановлено закономірності цього процесу. Боковий тиск і горизонтальна деформація ґрунту при набуханні взаємозалежні. Визначено співвідношення між цими показниками.

У геотехнічних лабораторіях Сірії використовуються різні прилади і пристрої для визначення характеристик набухання та усадки. Маючи однакове призначення, вони відрізняються своїми параметрами, а в деяких випадках конструктивно. В дисертації на основі проведених експериментів розроблені рекомендації для використання цих приладів відповідно до діючих нормативів.

Оцінка сил тертя на контактної з набухаючим ґрунтом поверхні паль може бути зроблена за допомогою запропонованого автором моделювання в лабораторних умовах. Методами моделювання встановлено, що несуча здатність паль за рахунок тертя по боковій поверхні залежить від розмірів площ, що контактують із ґрунтом, і не залежить від форми поверхні за інших рівних умов. У досліджуваних ґрунтах відношення дотичних сил тертя на поверхнях моделей паль до і після набухання залишається постійним і складає в середньому 3,5.

Сили тертя набухаючого ґрунту на поверхні палі можуть бути знижені до заданої величини за допомогою згладжування її поверхні і обробки антифрікційними речовинами. Величина зниження сил тертя може бути знайдена з використанням моделей паль.

Встановлено можливість попереднього визначення розмірів зони гальмування палі в дисперсному ґрунті, що не набухає, за допомогою моделювання. Виконані натурні випробування паль у набухаючому ґрунті підтверджують можливість прогнозування розміру зони гальмування палі, частково зануреної в ґрунт, що не набухає, методом моделювання в лабораторних умовах.

Дисертаційна робота має практичну спрямованість. Отримані результати дослідження призначені для використання в будівельних цілях.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ РОБІТ

1. Махмуд Нихад Ашрам. Прочность и консистенция набухающего грунта // Коммунальное хозяйство городов. Выпуск 12. - К.: "Техніка", 1997. - С. 31-32.

2. Ашрам Махмуд Нихад. Давление набухания в зависимости от физических свойств пылевато-глинистых грунтов // Коммунальное хозяйство городов. Выпуск 19. -К.: "Техніка", 1999. - С. 120-122.

3. Ашрам Махмуд Нихад. О возможности определения давления набухания в кольцевых обоймах малых размеров // Коммунальное хозяйство городов. Выпуск 20. -К.: "Техніка", 1999. -С. 42-44.

4. Ашрам Махмуд Нихад. Корреляционные зависимости для определения показателей набухания грунтов // Коммунальное хозяйство городов. Выпуск 22. -К.: "Техніка", 2000. -С. 57-59.

5. Ашрам Махмуд Нихад. Характер развития касательных сил на поверхности моделей свай при их перемещении в набухающем грунте // Коммунальное хозяйство городов. Выпуск 23. -К.: "Техніка", 2000. -С. 32-34.

6. Ашрам Махмуд Нихад. Прибор для определения трения набухающего грунта на боковой поверхности фундаментов // XXIX научно-техническая конференция преподавателей, аспирантов и сотрудников Харьковской государственной академии городского хозяйства. - Харьков, 1998. - С. 14.

7. Ашрам Махмуд Нихад. Боковое трение свайных фундаментов в набухающих грунтах // XXIX научно-техническая конференция преподавателей, аспирантов и сотрудников Харьковской государственной академии городского хозяйства. - Харьков, 1998. - С. 14.

8. Ашрам Махмуд Нихад. Повреждения в зданиях при подтоплениях в Евфратской долине // Нагальні проблеми ліквідації підтоплення ґрунтовими водами територій міст і селищ міського типу України (Матеріали доповідей міжнародної конференції). - К: 1998. - С. 6-7.

9. Ашрам Махмуд Нихад. Корреляционные зависимости для определения показателей набухания грунтов // XXX научно-техническая конференция преподавателей, аспирантов и сотрудников Харьковской государственной академии городского хозяйства. - Харьков, 2000. - С. 21-22.

АННОТАЦИЯ

Ашрам Махмуд Нихад. Набухающие грунты как основания фундаментов зданий и сооружений в северо-восточных регионах Сирии. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.02 - Основания и фундаменты. - Приднепровская государственная академия строительства и архитектуры, Днепропетровск, 2001. набухаючий ґрунт підвалина будівництво

В диссертационной работе произведены исследования набухающих грунтов, используемых в качестве оснований зданий и сооружений в перспективных для строительства северо-восточных регионах Сирии. Определены в полном объеме физико-механические показатели, а также характеристики набухания и усадки. Исследованиями минералогического состава установлено присутствие в грунтах монтмориллонита, палыгорскита и гидрослюд. Результаты произведенных определений позволили сделать следующие выводы:

набухание и усадки исследованных грунтов вызваны в основном наличием в них минералов группы монтмориллонита;

присутствие в образцах включений кальцита, кварца и каолинита снижает значение показателей набухания до уровня средних величин.

Эти выводы хорошо согласуются с результатами определений свободного набухания и давления набухания исследованных грунтов.

В качестве основных приборов для исследований применялись одометры системы КПМ, КП, приборы для определения свободного набухания ПНГ и другие. Помимо приборов, выпускаемых заводами серийно, использовались приборы и устройства, изготовленные специально для выполнения диссертационной работы. Сюда относятся лотки, устройства для определения сил трения в набухающем грунте на поверхности моделей свай, прибор для испытания грунтов вращательным микросрезом, устройство для определения горизонтального давления набухающего грунта, пенетрометр и др.

Обработка обширного экспериментального материала методами математической статистики позволила найти корреляционные зависимости, связывающие простые физические показатели грунтов с характеристиками набухания. В качестве исходных варьирующихся величин приняты естественная влажность, пределы и число пластичности, плотность и показатель текучести. Обработка данных выполнена на ЭВМ.

Предложенные уравнения для определения давления и влажности набухания, а также свободного относительного набухания, получены на основе прямолинейных регрессий и отличаются высокими значениями коэффициентов корреляции. Установлены соотношения между характеристиками набухания и усадки исследованных глин. На основе анализа полученных данных предложены зависимости для определения величины свободного относительного набухания в любой момент времени, а также влажности набухания по величине предела текучести.

Определена степень влияния конструктивных особенностей и параметров приборов различных систем, используемых в Сирии для определения характеристик набухания. С помощью специально изготовленной приставки к компрессионному прибору определен характер развития горизонтальных деформаций и горизонтального давления набухания при разных вертикальных давлениях на грунт.

Установлены закономерности снижения прочности пылевато-глинистых грунтов вследствие набухания. Прочность при набухании определялась с помощью прибора плоского среза, пенетрометра и прибора вращательного микросреза. Установлены особенности развития сил трения на поверхностях моделей свай в набухающих грунтах при разных значениях показателя текучести. Приведенные силы трения на поверхностях круглой и квадратной в сечении моделей свай оказались практически одинаковыми при прочих равных условиях. Показано, что независимо от величины уплотняющего давления на грунт, отношение касательных сил на поверхности моделей до начала набухания и после его завершения остаются примерно одинаковыми и составляют в среднем Т_Н / Т_К = 3,5. При проектировании свайных фундаментов в набухающих грунтах может возникнуть необходимость определения глубины зон торможения, если свая прорезает набухающий слой и частично находится в ненабухающем грунте. Опыты проводились с моделями свай в лотке, заполненном в определенной пропорции глиной и песком. Соотношение объемов этих грунтов варьировалось в процессе опытов. Бетонная модель сваи имела возможность перемещаться в лотке при набухании глины. Методом последовательных приближений определены соотношения длины активной и тормозной зоны для модели сваи, если тормозящей средой является песок. Сделан вывод о том, что в интервале отношений l_a / l_T = 2…3 проявляется анкерный эффект, позволяющий удерживать модель сваи от проскальзывания в песке. Найденные соотношения подтвердились при проведении натурных испытаний. Методом моделирования определен характер развития сит трения на поверхностях моделей свай в зависимости от вида материала, из которого они изготовлены, в условиях изменяющейся в процессе набухания консистенции грунта. Этими опытами подтверждена возможность подбора с помощью моделирования антифрикционных покрытий сваи для снижения воздействия на нее набухающего грунта. Составлены необходимые рекомендации. Исследования, выполненные в диссертационной работе, имеют практическую направленность и позволяют снизить стоимость работ при проектировании фундаментов на набухающих грунтах в условиях Сирии.

Ключевые слова: характеристики набухания грунтов, корреляционные зависимости, прямолинейная регрессия, коэффициенты корреляции, параметры приборов, метод моделирования.

АНОТАЦІЯ

Ашрам Махмуд Ніхад. Набухаючі ґрунти як основи фундаментів будівель та споруд у північно-східних реґіонах Сірії. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.02 - Підвалини та фундаменти. - Придніпровська державна академія будівництва та архітектури, Дніпропетровськ, 2001.

В дисертаційній роботі виконано дослідження набухаючих ґрунтів, що використовуються в якості підвалин будинків і споруд в перспективних для будівництва північно-східних реґіонах Сірії. Обробка великого експериментального матеріалу методами математичної статистики дозволила знайти кореляційні залежності, що пов'язують прості фізичні показники ґрунтів із характеристиками набухання. Запропоновані рівняння для визначення тиску і вологості набухання, а також вільного відносного набухання, отримані на основі прямолінійних регресій і відрізняються високими значеннями коефіцієнтів кореляції. Встановлено співвідношення між характеристиками набухання і усадки досліджуваних глин. Визначено ступінь впливу конструктивних особливостей і параметрів приладів різних систем, що використовуються в Сірії для визначення характеристик набухання. В випадку розробки пальових фундаментів в набухаючих ґрунтах показана можливість визначення активної зони і зони гальмування на поверхнях паль методом моделювання. Результати підтверджені натурними випробуваннями. Встановлено особливості розвитку сил тертя на поверхнях моделей паль в ґрунтах, що набухають. Дослідження, виконані в дисертаційній роботі, мають практичну спрямованість і дозволяють знизити вартість робіт при проектуванні фундаментів на набухаючих ґрунтах в умовах Сірії.

Ключові слова: характеристики набухання ґрунтів, кореляційні залежності, прямолінійна регресія, коефіцієнти кореляції, параметри приладів, метод моделювання.

SUMMARY

Ashram Mahmud Nihad. Swelling Grounds as Buildings Foundations in Syria Northeast Regions. - Manuscript.

Dissertation for the degree of Candidate of Technical Sciences on the specialty 05.23.02 - Basements and foundations. - Pridnieprovsk State Academy of Construction and Architecture, Dnipropetrovsk, 2001.

Swelling grounds used as buildings foundations in perspective for construction north-east regions of Syria have been considered. The processing of wide-ranging experimental data with methods of mathematical statistics has allowed finding correlation relations connecting simple physical parameters of grounds with swelling properties. Equations offered for the determination of pressure and humidity of swelling and also free relative swelling have been obtained on the basis of rectilinear regressions. Equations in question have high values of correlation coefficients. Relations between swelling properties and shrinkage parameters of clays considered have been researched. Influence degree of design features and parameters of various devices used in Syria for swelling properties determining has been treated. The possibility of active zone and zones of braking determination on surfaces of piles with the help of the method of modelling in the case of pile-building constructing in swelling grounds has been shown. Outcomes have been confirmed with field tests. Development particularities of abrasion forces on surfaces of pile models in swelling grounds have been considered. Researches to have been carried out in dissertation are of significant practical value and allow to reduce design costs of basements to be built on swelling grounds in conditions of Syria.

Key words: grounds swelling properties, correlation relations, rectilinear regression, correlation coefficients, device parameters, method of modelling.

Размещено на Allbest.ru

...