CC BY
59
_ВЕСТНИК ПНИПУ_
2014 Строительство и архитектура № 3
УДК 624.1
А.А. Дорджиев1, Г.М. Скибин2, А.Г. Дорджиев1
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТРУКТУРНОЙ ПРОЧНОСТИ ГРУНТОВ НА ЗАСТРОЕННЫХ ТЕРРИТОРИЯХ В ПРОЦЕССЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ
Калмыцкий государственный университет, г. Элиста, Россия
Южно-Российский государственный политехнический университет (Новочеркасский политехнический институт) им. М.И. Платова, Новочеркасск, Россия
Приведен анализ изменения влажности и структурной прочности лессовых грунтов, залегающих в основании фундаментов зданий г. Элисты в процессе их эксплуатации.
Ключевые слова: лессовые грунты, влажность, структурная прочность, осадка.
A.A. Dordzhiev, G.M. Skibin, A.G.Dordzhiev
Kalmyk State University, Elista, Russian Federation South-Russian State Technical University (Novocherkassk Polytechnic Institute) named. M.I. Platov, Novocherkassk, Russian Federation
DETERMINATION OF THE STRUCTURAL STRENGTH OF SOIL ON THE BUILT-UP AREAS DURING OPERATION
An analysis of changes in humidity and structural strength of loess soils, occurring at the base of the building foundations, Elista during their operation.
Keywords: loess soil, humidity, structural strength, draught.
Анализ опыта эксплуатации лессовых грунтов территорий г. Элисты [1, 2, 3] позволяет выявить закономерности процесса изменения влажности грунтов при замачиваний на застроенных участках. Этот процесс является непрерывным, хотя в нем можно выделить ряд этапов. На первом этапе наиболее типично локальное увлажнение от точечного источника на ограниченном фронте. В последующем происходит слияние пятен с образованием единой увлажненной зоны. Прогрессирующий процесс накопления влаги может привести к формированию антропогенного водоносного горизонта с постепенным поднятием уровня подземных вод.
Основная территория обследованных оснований зданий г. Элисты сложена средними и тяжелыми суглинками (табл. 1). Суглинки желтовато-бурые, макропористые с включением карбонатов, вскрытая мощность их составляет 6,5-11 м. Весьма неравномерной является влажность грунтов оснований на территории обследуемых объектов [1, 2]. Изменение степени влажности грунтов оснований указанных объектов за период эксплуатации с 1993 по 2007 г. представлена на рис. 1, 2.
За пределами здания влажность грунтов относительно равномерна и уменьшается с глубиной. Так, вскрытые скважинами суглинки до глубины 4-5 м имеют влажность 20-27 %. Ниже от 5 до 11 м влажность грунтов несколько уменьшается и составляет от 20 до 10 %.
Таблица 1
Физические свойства лессовых просадочных грунтов, типичных для г. Элисты
Наименование грунта Естественная влажность Плотность грунта, г/см3 Коэф. пористости Пластичность
Граница текучести Граница раскатывания Число пластичности
Суглинок желтовато-бурый 0,07-0,27 0,13 1,46-1,88 1,66 0,72-1,15 0,84 0,24-0,44 0,29 0,14-0,28 0,19 0,06-0,14 0,09
0 1 2
3
4
5
6
7
8
9
10
/?, м
0,6 0,7 0,8 0,9 1,0
ч-
1 м Х\ ьЛ)
У
/ 1 Г
■» /у ' "
{/ у
Г17Т \ М УД
у
- влажность по скважине 0-1
★ -
I -
* -
- // - С-2
- // - С-3
- // - Г-4
- // - С-5
- // - С-6
- // - С-8
- // - С -10
- // - С-12
- // - Ш-7
Рис. 1. Степень влажности грунтов (1993)
0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0
0
1 2 3
5
6 7 в 9
10,0
1
ч
1
\
Ст. влажности по скважине С-21
- // - С-22
- // - С-21*
- // - С-23
- // - Ш-25
/7, М
Рис. 2. Степень влажности грунтов (2007)
Грунты природного сложения уплотнены давлением вышележащих слоев грунта, действием капиллярного давления, развивающегося при высыхании водонасыщенного грунта и вследствие понижения уровня подземных вод (снятия взвешивающего действия воды). В результате уплотнения грунта его частицы сближаются и между ними образуются водно-коллоидные связи. При определенных условиях в них дополнительно могут возникнуть хрупкие кристаллизационные связи. Суммарно эти связи придают грунту некоторую прочность, которую и называют структурной прочностью грунта Рщг [4]. В работе [5] показано, что наличие структурной прочности оказывает существенное влияние на глубину сжимаемой толщи грунтового основания, а следовательно и на величину осадки. Поэтому оценка изменения Рз1г необходима для прогноза деформаций оснований существующих зданий.
При давлении Р < Р^г процесс уплотнения практически не развивается. Лишь после разрушения водно-коллоидных и кристаллизационных связей при Р > Рг происходит уплотнение грунта. Компрессионная кривая для таких грунтов представлена на рис. 3.
Казалось бы, по компрессионной кривой можно определить структурную прочность грунта, так как при изменении давления до Р.цг
экспериментальные точки должны ложиться на слегка наклонную прямую. Однако в действительности этот участок кривой обычно имеет выпуклость, направленную вверх. Объясняется это частичным нарушением структуры при отборе монолитов грунта из скважин, а также тем, что при сжатии образца разрушение структуры происходит вначале в наиболее напряженных точках контактов частиц даже при весьма незначительном давлении. По мере увеличения давления разрушение в точках контактов быстро возрастает, и процесс переходит в стадию уплотнения грунта во всем объеме образца, что затрудняет определение на компрессионной кривой начало сжатия образца при Р > Р^г.
Л
Е С'
1 й ---
Г Р
Рис. 3. Компрессионная кривая грунта, обладающего структурной прочностью
Более четко начало сжатия образца при Р > Рг выявляется при
построении компрессионной кривой в полулогарифмической системе координат. В этом случае компрессионной кривой первичного сжатия при Р > Р^г будет прямая СП. Продолжение этой прямой вверх до пересечения с горизонтальной (пунктирной) линией ЕС', соответствующей значению начального коэффициента пористости е0, позволяет найти величину Р1{г, которую можно рассматривать как значение структурной прочности грунта. На рис. 4, 5 представлена реализация
указанной методики по определению Рщг для описанных выше грунтовых условий.
Изменение значения структурной прочности за 15-летний период эксплуатации здания представлены в табл. 2 и на рис.6. Значения структурной прочности грунта определены по компрессионным опытам и показаны в табл. 2.
е
25 50 100 150 200 300
1п Р, кПа
Рис. 4. Компрессионные кривые для грунтов, обладающих структурной прочностью в полулогарифмической системе координат (1993 г.) 11 - Ш7, h = 2 м; 12 - Ш7, h = 1.0 м; 13 - Ш7, h = 5 м; 14 - Ш7, h = 5 м; 15 - Ш7, h = 5 м; 16 - Ш7, h = 4 м
Рис. 5. Компрессионные кривые для грунтов, обладающих структурной прочностью в полулогарифмической системе координат (2007) 1 - С22, h = 4 м; 2 - С23, h = 2 м; 3 - С23, Ь = 4 м; 4 - С22, h = 3 м; 5 - С21, h = 3 м; 6 - С21, h = 4 м; 7 - С22, h =7 м; 8 - С23, Ь = 8 м; 9 - С21, h = 7 м; 10 - С22, h = 6 м
Таблица 2
Структурная прочность грунтов
№ Выработка Глубина от- Структурная проч-
Год обследования п/п бора моноли- ность грунта, кПа
тов, м 100-200
1 Ш-7 1,0 67
1993 г. 2 Ш-7 2,0 51
3 Ш-7 4,0 57
4 Ш-7 5,0 58
7 С-23 2,0 56
8 С-21 1,0 54
9 С-22 3,0 55
10 С-23 4,0 55
2007 г. 11 С-22 4,0 43
12 С-21 4,0 55
13 С-23 6,0 47
14 С-22 7,0 50
15 С-21 7,0 57
16 С-23 8,0 50
Структурная прочность грунтов, кПа)
30 Ч 50 60 10 80 90 100 ПО
т^1 \ V
А
/ 1 \ \
/
\ л \
/
Л, м
Рис. 6. График изменения структурной прочности по глубине при нагрузке 100-200 кПа (о - 1993г., х - 2007г.)
Анализ результатов инженерно-геологических изысканий проведенных в различное время показал, что при эксплуатации зданий и сооружений, возведенных на лессовых грунтах г. Элисты, под сооружением формируется техногенный горизонт подземных вод за счет естественных и искусственных факторов. Подъем уровня подземных вод и замачивание грунтов основания вызывает неравномерную осадку сооружения, что приводит к аварийным ситуациям. Результаты определения влажности и структурной прочности грунтов подтопленных зданий показывает, что степень влажности и структурная прочность грунтов по глубине и во времени стабилизируется.
Библиографический список
1. Борликов Г.М., Дорджиев А.Г. Влажностный режим грунтов основания в результате длительного замачивания. ВНИИС: библиогр. указат. депон. рукописей. - М., 1989. - Вып. 3.
2. Дорджиев А.Г., Скибин Г.М., Дорджиев А.А. Изменение влаж-ностного режима лессовых грунтов на застроенных территориях // Инженерно-экологические аспекты развития АПК Прикаспийского региона: материалы междунар. науч.-практ. конф. 21-22 октября 2008. - Элиста: Изд-во Калмыц. гос. ун-та. - С. 121-124.
3. Инженерно-геологическое районирование территории Калмыкии: моногр. / В.М. Харченко, А.Г. Дорджиев, А.А. Дорджиев, М.М. Сангаджиев, А.А. Дорджиев. - Элиста: Изд-во Калмыц. гос. ун-та. 2012. - 211с.
4. Механика грунтов. Ч.1. Основы геотехники в строительстве / Б.И. Далматов, В.Н. Бронин, В.Д. Карлов, Р.А. Мангушев, И.И. Сахаров, С.Н. Сотников, В.М. Улицкий, А.Б. Фадеев. - М.: АСВ, 2000. - 204 с.
5. Осипова О.Н., Дыба В.П., Галашев Ю.В. Влияние структурной прочности грунтов на величину глубины сжимаемой толщи и осадку основания // Известия вузов Северо-Кавказский регион. Технические науки. - Новочеркасск: Изд-во ЮРГТУ (НПИ), 2010. - № 5. - С. 83-85.
References
1. Borlikov G.M., Dordzhiev A.G. Vlazhnostnyj rezhim gruntov os-novaniya v re-zul'tate dlitel'nogo zamachivaniya [Foundation soil moisture conditions due to prolonged soaking]. VNIIS. Bibliogr. ukazat. depon. rukopisey. Moscow, 1989. no. 3.
2. Dordzhiev A.G., Skibin G.M., Dordzhiev A.A. Izmenenie vla-zhnostnogo re-zhima lessovykh gruntov na zastroennykh territoriyakh [Changing humidity conditions loess soils in built up areas]. Materialy mezhdunarod-noy nauchno-prakticheskoy konferentsii "Inzhenerno-ekologicheskie aspekty razvitiya APK Prikas-piyskogo regiona", 21-22 october 2008, Elista, Kal-mytskiy gosudarstvenny universitet, 2008. pp. 121-124.
3. Kharchenko V.M., Dordzhiev A.G., Dordzhiev A.A., Sangadzhiev M.M., Dordzhiev A.A. Inzhenerno-geologicheskoe rayonirovanie territorii Kalmykii [Engineering geological zoning of Kalmykia]. Elista, Kalmytskiy gosudarstvenny universitet. 2012. 211s.
4. Dalmatov B.I. [et al.] Mekhanika gruntov [Soil Mechanics]. Part Osnovy geotekhniki v stroitel'stve [Fundamentals of geotechnical engineering in construction]. Moscow: ASV. 2000. 204 s.
5. Osipova O.N., Dyba V.P., Galashev Yu.V. Vliyanie strukturnoy prochnosti gruntov na velichinu glubiny szhimaemoy tolshchi i osadku os-novaniya [Influence of the structural strength of the soil with the depth of the compressible layer and the pellet base]. Izvestiya vysshykh uchebnykh zavedeniy. Severo-Kavkazskiy region. Tekhnicheskie nauki, Novocherkassk, 2010. no. 5. pp. 83-85.
Об авторах
Дорджиев Анатолий Анатольевич (Элиста, Россия) - ассистент кафедры «Промышленное и гражданское строительство» Калмыцкого государственного университета; e-mail: pgs-kgu@yandex.ru
Скибин Геннадий Михайлович (Новочеркасск, Россия) - доктор технических наук, профессор, декан строительного факультета, заведующий кафедрой «Промышленное и гражданское строительство, геотехника и фундаментостроение» Южно-Российского государственного политехнического университета (Новочеркасский политехнический институт) им. М.И. Платова; e-mail: skibingm@mail.ru
Дорджиев Анатолий Григорьевич (Элиста, Россия) - кандидат технических наук, заведующий кафедрой «Промышленное и гражданское строительство» Калмыцкого государственного университета; e-mail: pgs-kgu@yandex.ru
About the authors
Dordzhiyev Anatoly Anatolievich (Elista, Russia) - Assistant Professor of Department «Industrial and civil construction», Kalmyk State University; e-mail: pgs-kgu@yandex.ru
Skibin Gennady Mikhailovich (Novocherkassk, Russia) - Doctor of Technical Sciences, Professor, Dean of Civil Engineering Faculty, Head of Department «Industrial and civil engineering, geotechnical and foundation», South-Russian State Technical University (Novocherkassk Polytechnic Institute) named. M.I. Platov; e-mail: skibingm@mail.ru
Dordzhiyev Anatoly Grigorievich (Elista, Russia) - Ph.D in Technical Sciences, Head of of Department «Industrial and civil construction», Kalmyk State University; e-mail: pgs-kgu@yandex.ru
Получено 31.03.2014
