Таблица 1.2
Классификация мёрзлых грунтов по льдистости за счёт видимых ледяных
включений.
Разновидность грунтов
|
Льдистость за счёт видимых ледяных
включений
i,д.е.
|
Скальные и полускальные грунты |
Дисперсные грунты |
Слабольдистый
Льдистый
Сильнольдистый
Очень сильнольдистый
|
<0.01
0.01-0.05
>0.05
-
|
<0.20
0.20-0.40
0.40-0.60
0.60-0.90
|
Таблица 1.3
Классификация мёрзлых грунтов по степени засолённости Dsol%
(для морского типа засоления)
Разновидность
|
Суммарное
содержание легкорастворимых солей,% массы сухого грунта |
Песок
|
Глинистый грунт |
Слабозасолённый
Среднезасолённый
Сильнозасолённый
|
0.05-0.10
0.10-0.20
>0.20
|
0.20-0.50
0.50-1.00
>1.00
|
Таблица 1.4
Классификация грунтов по содержанию органического вещества.
Название |
Содержание
органического вещества (%) в |
глинистых |
песках |
Сильнозаторфованные |
50-40 |
- |
Среднезаторфованные |
40-25 |
- |
Слабозаторфованные |
25-10 |
- |
С
примесью орг.веществ |
10-3 |
10-3 |
|
|
|
Мёрзлые грунты в
зависимости от их температуры, величины и времени внешнего воздействия могут
вести себя как твёрдые или пластичные. Чем меньше и чем длительнее
воздействие, тем в большей мере грунт проявляет пластичные свойства.
Образование льда при промерзании грунта приводит к повышению прочности и
сопротивления деформируемости, что объясняется возникновением связей между
минеральными частицами за счёт льда. С понижением дисперсности, засолённости и
температуры прочность структурных связей возрастает. При длительном времени
действия нагрузки роль льдоцементационного сцепления снижается, что
обусловлено проявлением реологических свойств льда. Разработана классификация
мёрзлых грунтов по температурно-прочностным свойствам.(табл.1.5)
Таблица 1.5
Классификация по
температурно-прочностным свойствам
Вид грунтов |
Разновидность грунтов |
Твёрдомёрзлый
dp£0.1 кПа-1
при t<Th°C
|
Пластичномёрзлый
dp>0.1 кПа-1
при t, °C
|
Сыпучемёрзлый при t<0°С |
Все виды скальных и
полускальных грунтов |
Th =0
|
----
|
--------
|
Крупнообломочный грунт |
Th =0
|
Th <t<
Tbf
при Sr<0.8
|
Sr£0.15
|
Песок гравелистый крупный и
средней крупности |
Th = -0.1
|
Глинистый
грунт
|
Супесь |
Th =-0.6
|
Th <t<
Tbf
|
Суглинок |
Th
=-1.0
|
Глина |
Th
=-1.5
|
Заторфованный грунт |
Th =-0.7(Jr+|Th|)
|
Th <t<
Tbf
|
----- |
Торф |
- |
t<0 |
------- |
Th-температурная
граница твёрдомёрзлого сосотояния минеральных грунтов;
Tbf-
то же для заторфованных грунтов.
Характер
изменения механических свойств грунтов различного состава зависит от вида
напряжённо-деформированного состояния и времени действия нагрузки. При
инженерных расчётах необходимо знать как прочностные характеристики, так и
деформационные: модули общей и упругой деформации, коэффициенты вязкости и
сжимаемости, коэффициент Пуассона, характеристики кривых течения и ползучести.
1.2 Грунты как многокомпонентная система.
Мёрзлые и вечномёрзлые грунты являются природными
многофазными образованиями, состоящими из различных по своим свойствам
компонентов, находящихся в различном фазовом состоянии, поэтому допущение об их
однокомпонентности имеет смысл лишь в случае отсутствия в данном объёме грунта
перераспределения во времени отдельных фаз грунта.
Таким
образом, механика мёрзлых грунтов есть механика четырёхфазной системы,
содержащей :твёрдые минеральные частицы; идеально-пластичные включения
льда(лёд-цемент и лёд прослойков);воду в связанном и жидком состояниях; газовые
компоненты: пары и газы.
Все
перечисленные компоненты находятся в физико-химическом и механическом
взаимодействии, интенсивность и формы которого зависят от температуры.
Твёрдые минеральные частицы оказывают
существенное влияние на свойства мерзлых грунтов характеристики, которых
зависят от размеров и формы минеральных частиц, физико-химической природы их
поверхности, определяемой их минеральным составом и составом поглощённых
катионов.
Существенно
влияет на свойства грунтов форма частиц. Например, при плоской форме зёрен
давление в точках контакта частиц практически равно внешнему давлению от
нагрузки, тогда как при остроугольной форме- может достигать огромной
величины. И интенсивность протекания физико-химических поверхностных явлений
зависит от удельной поверхности частиц грунта, которая может достигать в
глинистых грунтах 80 и более м2/г.
Лёд, являясь обязательной компонентой мёрзлых грунтов в
противоположность твёрдым минеральным частицам представляет собой
мономинеральную криогидратную породу с весьма своеобразными
физико-механическими свойствами. Кроме льда в грунтах могут содержаться и
другие криогидратные минералы, например, углекислый натрий Na2Co3,хлористый магний MgCl2. Льдом называют все твёрдые модификации воды,
независимо от их кристаллического или аморфного состояния. Различают несколько
модификаций льда, образующихся при отрицательных температурах и соответствующих
давлениях: три кристаллических модификации: 1,2,3,аморфную модификацию,
образующуюся при «глубоком» замораживании и кристаллическую воду, существующую
при высоких давлениях и положительных температурах. В мёрзлых грунтах
содержится лёд 1-й модификации (существующий при температурах до –100°С и при обычных давлениях),он является важнейшей компонентой мёрзлых
грунтов. Он имеет высокую анизотропию свойств, например, механические свойства
его кристаллов в направлении перпендикулярном главной оптической оси
подчиняются законам реологической механики, в параллельном же
направлении–напротив, после упругих деформаций наступает хрупкое разрушение.
Кроме того, электро- молекулярные связи льда значительно превосходят электро-
молекулярные связи свободной воды, что и обусловливает адсорбцию свободной
воды поверхностью льда.
Льдонасыщенность
и характер распределения льда в разрезе многолетнемёрзлых пород во многом
определяются условиями их промерзания. Лёд, распределённый в мёрзлой породе в
виде различных по величине, в целом относительно небольших, но видимых глазом
линз, пропластков, слоёв, зёрен и включений другой формы, а также заполняющий
поры в породе(лёд-цемент), определяет криогенную текстуру.
Классификация
генетических типов подземных льдов приведена в табл.1.6. Таблица
1.6
Генетические типы
подземных льдов.
типы |
подтипы |
|
Конституционные льды |
|
|
Пещерно- жильные льды |
Жильные льды |
|
Пещерные льды |
|
Погребённые льды |
Конжеляционные льды |
|
|
Осадочно-метаморфические |
|
В зависимости от
заполнения пор льдом различают (Шумский,1957) следующие виды льда цемента: контактный,
находящийся в местах контакта частиц скелета; плёночный, обволакивающий
поверхность частиц, оставляя часть пор незаполненными; поровый,
заполняющий поры целиком; и базальный, образующий основную массу породы
и разобщающий частицы минерального скелета.
Вода в жидкой фазе в мёрзлых грунтах, по крайней мере до температуры –70°С содержится в том или ином количестве. Вода бывает в двух состояниях:
прочносвязанная поверхностью минеральных частиц, когда в следствие огромных
электро- молекулярных сил, вода не в состоянии перейти в гексагональную
кристаллическую решётку льда, даже при очень низких температурах..
Рыхлосвязанная вода переменного фазового состава,
замерзающая при температурах ниже 0°С. Понижение
температуры замерзания воды происходит в следствие того, что между слоем
прочносвязанной и более «тёплой воды»существует энергетическая связь, что
обусловливает более низкую температуру её кристаллизации.
Газообразные компоненты в мёрзлых грунтах могут играть в отдельных
случаях существенную роль, так как они перемещаются от мест с большей
упругостью к местам с меньшей упругостью, и в водо-насыщенных грунтах могут
явиться причиной перераспределения влажности. Кроме того, газообразные
компоненты претерпевают значительное сокращение в процессе понижения
температуры, образуя вакуум обуславливающий миграцию влаги.
1.3 Характеристики физических свойств
При оценке многолетнемёрзлых пород используются те же
характеристики физико-механических свойств, что и для талых пород, а также,
необходимы дополнительные характеристики, которые выражают специфику состава
мёрзлых пород и особенностей их поведения под нагрузками. Общими
характеристиками талых и мёрзлых грунтов являются:
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5
|