CC BY
7ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАИМОСВЯЗИ СВОЙСТВ И СОСТАВА ЛЕССОВОГО ПРОСАДОЧНОГО ГРУНТА С ПАРАМЕТРАМИ
ЕГО МИКРОСТРУКТУРЫ
Е.И. Вяткина, Н.Я. Тейхреб
Исследования, направленные на выявление различного рода связей между показателями состава, состояния и свойств грунтов, занимают важное место в инженерной геологии.
К числу наиболее часто встречающихся в инженерно-геологической практике задач, решаемых на основе теории корреляции, следует отнести задачу оценки прочностных и деформационных свойств грунта по результатам определения его водно-физических и физико-механических свойств и гранулометрического состава.
С целью выявления связи между мор-фометрическими и геометрическими признаками микроструктуры, составом породы и ее физико-механическими свойствами была проанализирована группа образцов лессового присадочного грунта Приобского плато (г. Барнаул) как в естественном состоянии, так и после влияния различных механических воздействий - компрессионное уплотнение и сдвиговые деформации грунта естественной влажности и в состоянии полного водонасы-щения. С помощью количественного анализа РЭМ-изображений были получены такие морфометрические и геометрические характеристики микроструктуры, как общий периметр пор Per и общая площадь пор S.
Указанные морфометрические характеристики коррелировались с микроагрегатным составом, плотностью сухого грунта, модулями общей деформации.
Корреляционный анализ выполнялся на ЭВМ по программе "Microcal Origin. Version: 3.5" Microcal Software, Inc». Теснота связи полученных зависимостей оценивалась корреляционным отношением. Если величина корреляционного отношения близка к единице, то найденная регрессия близка к строго функциональной.
Для решения поставленной задачи был выполнен корреляционный анализ зависимости содержания микроагрегатов размером 0,25-0,01 мм от общего периметра и общей площади пор. Обоснованность использования данных именно по микроагрегатному составу обусловлена тем, что основными структурными элементами грунта являются не первичные частицы, а их микроагрегаты, а в
исследуемой породе преобладают фракции 0,25-0,05 мм и 0,05-0,01 мм.
Результаты корреляционного анализа показывают, что между содержанием микроагрегатов размером 0,25-0,01 мм (М025-001) и морфометрическими характеристиками поро-вого пространства (общий периметр Per и общая площадь пор S) существует тесная корреляционная связь. Регрессионные уравнения и коэффициенты корреляции (R) имеют следующий вид и значения:
для грунта естественной влажности М025-001 = 206,1893 - 21,8332 Per;
(1)
RM-Per = -0,957. М0 25-0 01 = 23,0115 + 58,0880 S;
(2)
Rm-s = 0,944.
для водонасыщенного грунта М"0 2б-0 01 = 52,4537 + 5,7440 Per;
(3)
RVPer = - 0,974. М"0 2б-0 01 = 30,0956 + 52,8181 S;
(4)
R m-s = 0,887.
Одним из важных показателей, характеризующих состояние глинистой породы, является плотность сухого грунта pd, которая наряду с минеральным составом обусловливает ее пористость n.
Для проверки этой закономерности для анализируемого лессового просадочного грунта была изучена корреляционная зависимость величины pd, рассчитанной по стандартной методике, от морфометрического параметра микроструктуры - общей площади пор S, функционально связанного с пористостью породы. Величины pd и S определялись как для грунта естественного сложения, так и при различных ступенях компрессионного уплотнения образцов природной влажности и при водонасыщении.
Результаты исследований показали, что зависимость pd= f(S) характеризуется обратной корреляционной связью с высокими коэффициентами корреляции:
Е.И. ВЯТКИНА, Н.Я. ТЕЙХРЕБ
для грунта естественной влажности р(1 = 2,0560 - 0,63458;
Рр^з = -0,943; для водонасыщенного грунта р^ = 1,9806-0,58238;
Р р^ = -0,802.
(5)
(6)
Важное значение имеет изучение взаимосвязи прочностных и деформационных свойств грунта с параметрами микроструктуры и микроагрегатным составом грунта.
В связи с этим была проанализирована зависимость модуля общей деформации грунта Е от морфометрического параметра микроструктуры - общей площади пор 8 и содержания микроагрегатов преобладающих фракций М. Модуль деформации рассчитывался для компрессионной нагрузки от 0,05 до 0,3 МПа через каждые 0,05 МПа.
Результаты многофакторного корреляционного анализа позволили получить следующие уравнения множественной регрессии и коэффициенты корреляции:
для грунта естественной влажности
Е = 2,395 + 0,597М - 46,4558; Р = 0,984;
Еу = -10,627 + 0,2113М - 2,8358; Ре = 0,969.
(7)
Высокие значения коэффициентов корреляции позволяют говорить о возможности использования выведенных регрессионных уравнений для расчета модулей деформации лессового грунта при различных ступенях компрессионного уплотнения по данным микроагрегатного состава и количественного анализа РЭМ-изображений микроструктуры грунта.
В целом проведенные исследования позволили сделать следующие выводы.
Выявленные взаимосвязи состава и свойств глинистого грунта с морфометриче-скими параметрами их микроструктуры, определенными с помощью количественного анализа РЭМ-изображений, а также содержанием основных элементов структуры (микроагрегатов) показали, что для одной из распространенных генетических групп глинистых пород - лессовых просадочных - существует ряд очень тесных корреляционных зависимостей.
Это позволяет использовать результаты количественного анализа микроструктуры для определения ряда физико-механических характеристик грунта и прогнозной оценки их прочностного и деформационного поведения.
для водонасыщенного грунта
