автореферат диссертации по строительству, 05.23.02, диссертация на тему:Физикомеханика криопроцессов в грунтах и ее приложения при оценке деформаций зданий и сооружений

На правах рукописи

сахаров игорь игоревич

ФИЗИКОМЕХАНИКА КРИОПРОЦЕССОВ В ГРУНТАХ И ЕЕ ПРИЛОЖЕНИЯ ПРИ ОЦЕНКЕ ДЕФОРМАЦИЙ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ

0 5.23.02 - Основания и фундаменты

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

ПЕРМЬ 1995

Рабога выполнена в Санкт-Петербургском государственном архитектурно-строительном университете

Официальные оппоненты;

доктор технических наук, ст.н.с. В.Н.Иванов

доктор технических наук, проф. Г.Ф.Леньковский

доктор технических наук, проф. А.В.Пилягин

Ведущее предприятие: АОЗТ Ленпромстройпроект

специализированного Совета Д 063.Сб.01 Пермского государственного технического университета

614600, г.Пермь, Комсомольский пр., 29а

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Защита состоится

В

.июня 1990 г. в

/ ^ на

на заседании

Автореферат разослан

Ученый секретарь специализированного Сове1] доктор техн. наук, профес

ОНн/Ш ХДРЛКТКРИС'ПИСЛ РАБОТЫ

определяется большими объемами строительства зданий и сооружений в районах с глубоким сезонным промерзанием и на территориях, сложенных вечномерзлыми грунта!,1м. В настоящее время целый ряд конструктивных решений системы "сооружение - основание" предполагает возможность развития в основании криопроцессов. В качестве одного ип таких решении следует отметить устройство мелкозаглубленных (фундаментов легких зданий, основания которнх промерзают и испытывают пучение. В районах распространения вечиомерзлых грунтов здания и сооружения часто возводятся по принципу сохранения мерзлого состояния1 основания, температура которого, вследствие влияния т .'попотоков различного происхождения, меняется в ходе эксплуатации. Кроме того, рПлияи зданий могут устраиваться временные ледогрунтовые сооружения, возводимые в любых климатических условиях.

Та"им образом, процессы промерзания и оттаивания грунтов основании- широко распространены и ногут иметь природное пли искусственное происхождение. Большинство грунтов, замерзая и оттаивая претерпевают существенные деформации. Если замерзающие или оттаивающие грунты контактируют с сооружениями, то в последних могут развиваться значительные усилия, ведущие к развитию трещин в конструкциях, а в ряде случаев и полному выходу объектов.из строя. Это заставляет, рассматривать напряженно-деформированное состояние (НДС) системы "сооружение - основание" и учитывать его изменения в расчетах. -

' Опыт показывает, что многие конструктивные г^пен'п, допускающие развитие в грунтах криопроцессов, мо'гут быть весьма эффективными. Вместе с тем, внимание к этим вопросам в нормативной литературе и проектной практике в настоящее время уделяется недостаточно .

Ц°2Н2^иссе]зтации является совершенствование комплексной Методики оценки напряженно-деформированного состояния в основании зданий и сооружений при промерзании и оттаивании грунтов.

Для достижения указанной цели были поставлена и решены следующие задачи:

I. Разработать методику детектирования изменений напряженно-деформированного состояния в средах с фазовыми превращениями на микро- и макроструктурн^м уровнях.

2. Исследовать и уточнить физикомеханику криопроцессов, развивающихся в годе -.1 грунтах различных- генетических разновидностей и влажности.

3. Разработать методику и программы численного моделирования напряжегно-деформированного состояния в основании зданий и сооружений при промерзании и'оттаивании грунтов.

4. Оценить достоверность разработанных программ на основании сопоставления результатов численных решений с данными известных экспериментов.

5. Исследовать закономерности развития процессов криогенного пучения методами математического моделирования.

6. Разработать методику, физические основы, способ и системы контроля состояния мерзлых оснований зданий и сооружений.

У§12ДЫ_й£522Д!229!™£ включали в себя:

- эксперименты в ¡боратории на стандартных и новых приборах;

- опыты в половых условиях на моделях фундаментов;

- телейное моделирование на основе МСЭ.

В ходе исследований широко использовалась новейшая акустическая, акусгоэмиссионная и- микроскопическая аппаратура.

На^£чной_нопмниой работы обладают:

- разработанный комплекс приборов и методик для детектирования хода протекания фазовых превращений в чистых.веществах (поде) и промерзающих (оттаивающих) грунтах;

- установленные экспериментально -физическая природа и амплитудно-частотные параметры акустического излучения (ЛИ), генери руемого в ходе фазовых превращений воды, что позволило оценить энергию ЛИ и уточнить корректность формулировки граничных уело вий вадачи Стефана;

.- выявленные закономерности миграции влаги как вторичного явления по отношению -к трещинообразованию в твердомерзлом слое грунтов, обладающих малым природным сцеплением и слабым упрочнением в ходе промерзания, что подтверждает реальность вакуумного механизма и связи миграционных процессов с напряженным состоянием грунта;

- разработанная методика численного моделирования процессов промерзания и оттаивания грунтов и программы автоматизирован-

ного установления НДС п нелинейной постановке;

- выявленные методами математического моделирования закономерности морозного пучения в зависимости от силовых и температур- . ных воздействий, а также граничных условий;

- разработанные физические принципы и научные основы акусто-эмиссионного метода контроля состояния мерзлых оснований сооружений, способ и системы непрерывного мониторинга сооружений с помощью автоматизированных станций аварийного контроля.

Д°2™2£2™£1!Ь научных результатов подтверждена многократностью, длительностью, комплексным характером лабораторных и полевых испытаний, удовлетворительной сходимостью-численных оценок с результатами натурных опытов и экспериментальными данными других авторов.

заключается в разработке автоматизированных методов решения сложных задач проектирования и расчета мелкозаглубленных фундаментов по II группе предельных состояний и способа контроля состояния оснований, сложенных вечномерзлнми грунтами. Программы численного моделирования криопроце.г ;ов в основании могут быть рекомендованы к внедрению в специализированные проектные организаций. Автоматизированные системы непрерывного мониторинга могут быть рекомендованы к локальному внедрении на ряде объектов, а в последующем быть использованными в практике работы мерзлотных служб.

51'еЗЕ§™2_В§2^2Ьтатов_£аботн• Разработанные методики й программы численного моделирования криопроцессов в основаниях зданий и сооружений были использованы для решения практических задач по заказам организаций: СМК "Рикки", МП."Аспэк", НТК "Старт". Методика и программа моделирования процессов промерзания и пучения били применены при разработке вариантов реконструкции ОРУ подстанций "Печора" и "Сыня" Комиэнерго, осуществляемых АО "Георекон". Реализация этой методики составила основу расчетного обоснования по устройству обратных засыпок пазух фундаментов строящихся и' реконструируемых зданий. Подтвержденный документами фактический экономический эффект от внедрения предложений автора по семи объектам Санкт-Петербургского сталепрокатного завода составил 475 тыс.рублей в ценах 1984 г.

Разработанные методика, программа и результаты расчетов осадок поверхности при оттаивании ледогрунтовых ограждений вокруг наклонных эскалаторных тоннелей метрополитена переданы ВНИИГС и АО "Ленметрогипротранс". .

Апробация работы и публикации результатов исследований. Основные результаты работы докладывались на международных конференциях ( на XII научно-технической конференции "Неразрушаю-щие физические методы и средства контроля",1993,Россия;IV конференции по нелинейной механике грунтов, 1993,Россия; научном симпозиуме ."Реконструкция - Санкг-Пегербург-2005",1994,Россия); всесоюзных и всероссийских конференциях и совещаниях ( на научно-техническом совещании "Инженерное мерзлотоведение в гидротехнике", 1988, Москва; конференции-семинаре "Деформации эданий и сооружений на' вечномерзлых и неравномерно сильносжимаемых грунтах ",1992, СПб; семинаре "Актуальные проблемы прочности материалов и конструкций при низких и криогенных температурах",1994, СПб; 2-ой научно-технической конференции по комплексному использованию подземного пространства Северо-Заладного региона, 1994, СПб); научно-технической конференции Пушкинского воен-но-строиге^ьного училища (198?) и на научно-технических конференциях ЛИСИ (1986 - 1992, 1995).

По теме диссертации опубликовано 18 статей и одна монография.

На защиту выносятся: -. методика и оборудование для контроля хода микро- и макростру-ктурных изменений в гомогенных и-гетерогенных средах с фазовыми превращениями;

- закономерности фазовых превращений воды;

- закономерности миграции влаги э промерзающих слабоулрочняю-тксц грунтах; ,

• - метод щи и. программа конецнрэлементного моделирования процессов промерзания и Лучения в системе "фундамент - основание" для условий плоской ц, осесим«етрцчяой задач;

- физические ПРИНЦИПА И научные основы акустоэмиссионкого метог да контроля состояния мерзлых оснований сооружений, а также способ и устройство, систем контроля и диагностики.

Работа состоит из введения, семи глав, основных выводов, списка литературы и приложений. Объем диссертации 372 е., включая 241 с. текста, 86 рисунков, 3 таблицы и 49 с. приложений. Список литературы содержит 311 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

I. Пути совершенствования методов оценки деформаций зданий и сооружений при развитии криопроцессов в основании.

Кратко рассмотрено состояние вопроса. Показайо, что .при воздействии криопроцессов в основании .многие здания и сооружения получают деформации, часто недопустимые с точки зрения их нормальной эксплуатации. Для оценки деформаций зданий и сооружений в этом случае необходима методика, позволяющая устанавливать НДС в системе "сооружение - основание".

Наиболее важными факторами, обусловливающими эволюцию НДС системы "сооружение - основание" при промерзании и оттаивании грунтов, ьаляютсп фазовые превращения воды и влагоперенос. В случае промерзания связных грунтов влагл обычно мигрирует в мерзлую зону, при оттаивании мерзлых грунтов отжимается в талую зону. Таким образом, большинство задач промерзания и оттаивания грунтов нестационарно. Это значительно затрудняет установление НДС в системе "сооружение - основание".

Анализ отечественной и зарубежной литературы показывает, что имеющиеся расчетные методики не всегда позволяют оценивать деформации при промерзании и лучении грунтов, а'установление полей напряжений при этом фактически неосуществимо. В случае сложной геометрии зон оттаивания установление 11ДС в основании затруднено даже при рассмотрении стабилизированного состояния. Объяснение этому заключается прежде всего в крайней сложности проблем взаимодействия сооружений с промерзающимй или оттаивающими основаниями. При этом необходимо рассматривать целый ряд взаимосвязанных задач термодинамики, теплофизики, физикахимии, механики и гидромеханики.

В связи с широкой проблематикой отмеченных выше задач, большой вклад в решение проблем, связанных с промерившем и от-

таиванием, внесли многие специалисты.

В решении физических аспектов -указанных задач следует отметить работы В.И.Штукенберга, Ю.Сумгина, Г.Бескова, С.Тебе-ра, Г.Боюкоса, Н.А.Цытовича, М.Н.Гольдштейна, С.С.Вялова, H.A. ПузакоЕа, Л.М.Чистогинова, Э.Д.Ершова, Г.М.Фельдмана, Б.И.Дал-матова, В.О.Орлова, И.А.Золотаря, А.М.Пчелинцева, В.Г.Меламеда, Б.А.Савельева, Л.С.Гарагули и многих других.

Физико-химическая природа процессов переноса, базирующаяся на исследованиях, свяаанных с полями поверхностных сил, дополненных общими разработками в рамках термодинамики необратимых процессов в значительной степени исследована в трудах Б.В.Дерягина, С.В.Нерпина, Н.В.Чураева, Н.Ф.Еондаренют, А.П.Во-женовой, 3.А.Нерсесовой, Й.А.Тютюнова, С.Б.Ухова, Я.А.Кроника, Б.А.Савельева и других.

"Механические аспекты проблем морозного пучения и оттаивания грунтов и их взаимодействия с сооружениями исследовались М.И.Сумгиным, Н.А.Цытовичем, А.Е.Федосовым, Н.И.Быковым, М.Н, Гольдштейном, Б.И.Далматовым, H.H.Морарескулом, А.Ф.Киселевым, Н. А.Перетрухшым, А.М.Пчелинцевым, Ю.К.Зарецким, Е.П.Шушериной, В.С.Сазшным, В.И.Пусковым, В.Д.Карловым, С.И.Гапеевым, В.О.Орловым, С.Е.Гречищевым, А.И.Дементьевым, В.П.Ушкаловым, В.Н.Ивановым, В.М.Соколовым, В.М.Улицким, Г.Н.Полянкиным, А.А.Бартоломеем, О.К.Вострецовым и другими. В последние десятилетия ниибо-лее значительными как в трактовке специальных вопросов влагопе-реноса, так и более общих проблем геокриологии являются работы Э.Д.Ершова.

Анализ литературы показывает, что затруднения в количественных оценках параметров НДС в системе "сооружение - основание" в значительной степени проистекают из-за неясностей физических аспектов криогенного пучения грунтов, что часто не поз, воляет использовать эффективные методы расчетов. При оттаивани] ледогрунтовых сооружений существующие методики расчета не явля ются строгими и не позволяют оценивать поля напряжений и дефор маций в массиве разнородных грунтов. Контроль и диагностика со стояния мерзлых оснований сооружений, возведенных по I принципу, несовершенны и не в состоянии служить целям непрерывного мониторинга ответственных объектов. Это позволяет сделать выво о том,- что вопросы надежного и экономичного строительства зда-

ний и сооружений при развитии криопроцессов в основании требуют пристального внимания и нуждаются в совершенствовании. Отсюда вытекает необходимость разработки комплексной оценки напря--женно-деформированного состояния системы "фундамент - основа-кие" с целью возможности последующего учета подученных результатов при анализе совместной работы сооружении с основанием.

Напряженно-деформированное состояние грунтов при промерзании и оттаивании развивается в ходе фазовых превращений прро-вой воды и миграции влаги. В связи с этим, для установления НДС оснований следует в первую очередь исследовать кинетику фазовых' превращений воды, а также физику и механику, проявления криопроцессов в грунтах различных генетических разновидностей и влажности. Для решения этих задач необходимо привлечение современных методов исследований, в том числе и на микроуровне. Следует также рассмотреть возможности оперативного контроля и диагностики состояния мерзлых оснований сооружений. Решение перечисленных задач должно быть, по возможности, автоматизированным.

2. Фазовые превращения воды.

С физической точки зрения промерзаете длагонасыщенных Дисперсных горных пород представляет собой процесс кристаллизации преимущественно из расплава' и должен подчиняться общим законам кристаллизации расплавов. В последние десятилетия специалисты в ряде областей знания стали обращать внимание на присутствие' при. процессах кристаллизации и плавления различных веществ, и в частности воды, акустического излучения (С.Н.Задум-кин, Х.Б.Хоконов, Х.Б.Шокаров, А.Н.Смирнов, А.Н.Дементьев и другие). Основные закономерности и физические причины этого явления изучены недостаточно.

Методика проведения экспериментов и приборное обеспечение в исследованиях перечисленных авторов были весьма несовершенны, что не позволяло в полной море установить особенности и физическую природу акустического излучения, генерируемого при фазовых превращениях веществ. Для этих целей автором был использован акустозмиссионный-метод, достаточно широко применяющийся в настоящее время при исследовании напряженного состояни" различных изделий и конструкций. Акустоэмиссиониый (АЭ) метод позволяет

детектировать локальные смещения о материале в пределах межатомных расстояний, обладает беаинерционностью и легкостью сопряжения со средствами вычислительной техники. Таким образом, АЭ-метод может быть использован в исслецованикх кинетики фазовых превращений различных веществ.

Исследования производились на специально созданном измерительно-вычислительном комплексе, основу которого составил акустозмиссионный прибор А&-1Ь. Исследуемая (кристаллизующаяся или.плавящаяся) среда помещалась в полусферическую емкость из мягкой резины, нижняя плоскость которой через слой иммерсионной жидкости приводилась в акустический контакт с пьеэодат-чиком.

Для измерения температуры вода и растущего льда в верхней части резиновой ячейки по вертикали закреплялись терморезисторы. .Охлаждение производилось сверху при помощи сосуда с охлаждавшей смесью.

Измерения производились в полосе частот 0,02-2 МГц, максимальный коэффициент усиления составил 110 Дб. В качестве информативных параметров акустической эмиссии (АЭ) принимались: интенсивность осцилляций М0 , интенсивность событий Мс , амплитуды сигналов /| и температура в четырех точках. Информация выводилась! на ПЭВМ и двухкоординатный графопостроитель.

Результаты проведенных опытов показывают, что АЭ при фазовых превращениях воды имеет неодинаковый характер. В низкочастотном диапазоне (до 0,2 МГц) замерзание характеризуется ростом интенсивности событий и амплитуд (то есть активности АЗ), достигающих максимума спустя 1,5 - 2 часа от начала процесса охлаждения (участок I на рис.1).

Участок Г1 характеризуется почти полным отсутствием эмиссии. В дальнейшем, в ходе замерзания, отмечается в целом небольшое количество сигналов АЭ (участок И), плотность и амплитуды которых резко возрастают при повышении температур (участок Щ.

В диапазоне 0,2-0,5 МГц, от начала перехода температуры поверхности воды через 0°С и при последующем охлаждении наблюдг ¡ртся единичные сигналы. Плотность их во времени растет, однако сплошной характер.эмиссия приобретает только через 3-4 часа от начала промерзания.

о.е. ¡о

1Л

£_*_Ж-

о

1

Ту '

Рис.1. Акустическая эмиссия п диапазоне частот О,02-0,<2 МГц.

- интенсивность событии эа 30 е., А - амплитуда в относительных единицах, Т - температура; а - схема закрепления терморезисторов, б - обозначения на рисунке.

чески не тлеют места, в то время как при таянии их интенсивность весьма велика. •■

Для установления природы акустического излучения при фазовых превращениях воды были произведены длительные опыты, вклю- ■ чающие в себя акустические'и температурные измерения, дополняемые визуальным контролем хода образования,.роста и таяния льда. При этом производилось построение гистограмм амплитудных распределений, применяемых в дефектоскопии. На рис.2-показан пример.совмещенной гистограммы амплитудных распределений событий

Мс , зарегистрированных при образовании и таянии льда в ходе плавного (градиент 4 °/ч) роста температуры над поверхностью образца от - 20°С до 0°С. Наличие трех групп сигналов, амплитуды которых близки друг другу, свидетельствует о различных механизмах, ответственных за процесс генерации волн в ходе кристаллизации- и плавления.

Анализ показывает, что сигналы группы I вызваны столкнове-

При частотах свыше 0,Б МГц сигналы-при промерзании практи-

ниями и'изломами первичных, горизонтально растущих иглообразных кристаллов. Сигналы группы П, в-основном, обусловлены разгрузкой полей напряжений, возникающих при росте поликристаллического массива льда и ростом микротрещин. Сигналы группы Ш, характерные для процессов таяния, вызваны разрывом связей, имеющим место при образовании микро- и макротрещин в ледяной линзе.

Рис.2. Гистограмма амплитудного распределения событий при образовании (1,П) и таянии "(И) льда в диапазоне частот 0,02-0,5 МГц,

Для действительной оценки давлений, развивающихся в воде при образовании и исчезновении льда, после завершения измерений была произведена калибровка усилительного тракта. В соответст^ вии с данными измерений и расчетной оценки, давления вблизи фронта возмущения при образовании первичных кристаяпоп могут достигать нескольких десяткой паскалей, при таянии ледяной линзы - нескольких килопаскалей.

. Для проверки предположения о значительной доли энергии АИ по отношению к скрыт-ой энергии кристаллизации (0 .Г.Налбандян, С.Т.Овсепян, 1987) были проведены специальные эксперименты. С этой целью на основной установке были проведены опыты при пос- ' тоянной температуре охлаждающей смеси, что дало основания рассчитывать толщину растущего слоя льда ^ по выражению

ZÜc

200 ■

I

но-

ва

100 йо.е.

пользованием фактически замеренных значений (ъ , - время. Энергия акустического излучения вычислялась по выражении

где р - давление на контуре ячейки, измеренное датчиком,

£ - рациус ячейки, V - объем ячейки, /\/0 - скорость счета осцилляции сигналов. Выборка числовых данных одного из характерных опытов приведена в Таблице.

Таблица

Энергия акустического излучения в диапазоне частот 0,2-0,5 МГц и скрытая энергия кристаллизации воды

Время Т мин. ч Давления на конт. ячейки Р,Па Еа* Ю-2 Дж Прирост слоя льда см Прирост объема льда л/ з см - Энергия кристаллизации ¿к. Дж Че %

10 2400 16 3,08 0,030 0,266 79,8 0,078

20 2622 16 3,36 0,016 0,112 33,6 0,200

30 2605 21 4,38 0,012 0,084 25 ,2 0,348

40 2832 17 3,05 0,010 0,070 21,0 0,368

50 ' 2983 19 4,53 0,009 0,063 18,9 0,478

60 3056 22 5,38 0,008 0,056 16,6 0,640

70 3050 21 ' 5,12 0,007 0,049 14,7 0,696

ео 3100 25 6,20 0,007 0,048 14,4 0,862

При расчете действительного соотношения Ец / Ек числитель удваивался, так как определенная"в ходе экспериментов энергия акустического излучения была установлена для полусферы.

Результаты измерений свидетельствуют о том, что доля энергии All по отношению к скрытой энергии кристаллизации очень мала и составляет доли процента. Это дает основания считать, что доля энергии, переносимая при кристаллизации упругими волнами в килогерцовом диапазоне частот незначительна по сравнению со скрытой.энергией фазового превращения, распространяющейся тепловым механизмом. В связи с этим, присутствие энергии акустического излучения в формулировке граничных условий задачи Сте-

фана можно не учитывать.

Вместе с тем, пульсационные давления от десятков Паскалей до нескольких килопаскалей, развивающиеся вблизи фронта возмущения будут вести к целому ряду экспериментально отмечаемых явлений. При росте льда в чистой поде к этим явлениям следует отнести смещения частиц, взвешенных в расплаве, что отмечалось многими специалистами (В.31.Бронштейн, Б.В.Дерягин, Л.А.Чернов и другие). В случае роста льда в дисперсных материалах типа грунтов отмеченные давления могут' сопровождаться разрушением структуры граничных слоев и пленок воды (Н.В.Черский, 1977).

3. Напряженное состояние грунтов при охлаждении и промерзании.

■ Напряженное состояние грунтов н процессе их промерзания исследовано в значительно меньшей степени, чем деформации при пучении. Вертикальные нормальные напряжения при значительном ограничении смещений пучащегося грунта впервые, по-видимому, были установлены еще в классических опытах С.Тебера. В дальнейшем нормальные силы пучения исследовались как в лабораторных, так и в полевых условиях Н.Н .Морарескулом, В.О.Орловым, Н.А.Пе-ретрухиным, 1 и .Толкачевым и другими. Однако намерения вертикальных напряжений в случае возможности смещения промерзающего грунта немногочисленны (В.О.Орлов, Э.Д.Ергаов). Исследования горизонтальных нормальных напряжений при пучении производили линя • немногие специалисты (Ь.И.Далматов, Н.А.Перетрухин, Н.Д.Мерен-ков);

Вместе с тем, именно с напрятанным состоянием промерзающего массива связывают миграцию влаги новейшие представления, развитые в работах Э.Д.Ергаова, Б.А.Савельева и других. В связи с этим, в- диссертации исследовано развитие в промерзающих грунтах нейтральных и полных напряжений, действующих по нормали к вертикальным и горизонтальным плоскостям.

Для исследования нейтральных напряжений была сконструирована специальная установка, позволяющая производить измерения в двух сечениях свободного от нагрузки или загруженного цилиндрического образца. Абсолютные давления измерялись с помощью метода компенсации. Характерные графики давлений всасывания показаны на рис.3.

кЛа 0,5

0.3

0,1

/О ,, 11 щ ! I

. л

Ю

го

50

70

X мин.

Рис.3. Развитие абсолютных давлений всасывания в легких суглинках: I - охлаждение, 2 - промерзание, 3 - давления насыщающих паров в случае промерзания, 4 - область дополнительных давлений всасывания, обусловленных трещинообразованием.

Как следует из рис.3, давления всасывания при промерзании существен! о больше давлений, рассчитанных по температурным данным (давлений насыщающих паров). Отмеченная разница объясняется развитием дополнительного разрежения в мерзлом слое вследствие образования в нем микро- и макротрешдн.

Полные напряжения.измерялись с помощью месдоз МК-37. В лабораторных условиях для незагруженных образцов исследовалось развитие вертикальных и горизонтальных напряжений при различных граничных условиях. Было констатировано, что при ограничении вертикальных и горизонтальных смещений, горизонтальные нормальные напряжения при вертикальном промерзании существенно меньше вертикальных напряжений.

Полевые измерения производились на опытной площадке. Вертикальные и горизонтальные напряжения измерялись месдоэами на глубинах 0 2 и 0,4 м от поверхности. В зимнем сейоне 92/*ЭЗ гг.* как вертикальные, так и горизонтальные напряжения в промерзающих грунтах испытывали существенные колебания, обусловленные, в основном, ходом отрицательных температур, что было хаоактер-но и для опытов других авторов (В.О.Орлов, 1962). Общим для развития нормальных напряжений, как вертикальных, так и горизон-

тальных, является их эволюция от напряжений сжатия до напряжений распучивания, что отмечалось- рядом исследователей . (Э.Д.Ершов, 1979, 1990).

Развитие объемно-градиентных напряжений в мерзлой и промерзавшей зонах грунта сопровождается структурно-текстурными преобразованиями и формированием специфической криогенной текстуры грунта. Автором была поставлена задача исследования динамики преобразований в массиве грунта при охлаждении и промерзании. Для достижения этой цели применялись визуальные наблюдения структурно-текстурных преобразований поверхности промерзающих образцов и акустоэмиссионнью исследования, позволяющие детектировать процессы, развивающиеся внутри грунтовых массивов.

Наблюдения преобразований поверхности производились на специально сконструированной установке. В ходе замораживания супесей, легких суглинков и кембрийских глин на этой установи! было возможно создание различных температурных градиентов и фотосъемка в широком диапазоне увеличения.

Опыты показывают, что при замораживании полностью подонасыщенных грунтов поверхность их рассекается ледяными линзами, ' однако этому всегда предшествует образование трещин, причем в • первоначальный момент времени в них не обнаруживается влага. Затем грунт в районе трещин темнеет, трещины заполняются водо! которая замерзает. В маловлажных грунтах образующиеся трещины остаются пустьми в течении всего процесса промерзания.

. Образование и рост трещин в'хода промерзания имеет место в любых связных грунтах. При прочих равных условиях, вклюцая граничные, на характере трещин сказываются физико-механические характеристики грунта и прежде всего сцепление. Так, в кембри! ских глинах трещины по сравнению с супесями и легкими суглинкг ми'имеют меньшие размеры и на своем протяжении часто отклоняют ся от прямой, то есть имеет место процесс ветвления.

. Проведенные исследования свидетельствуют о том, что в ряде случаев необходимо учитывать всасывание влаги в разрывы сплошности грунта, при этом миграция влаги представляет собой, фактически вторичное явление. Подобный механизм миграции влап-'был.намечен еще в ранних работах Г.Бескова, а впоследствии рас вит С.Й.Гапеевым; А.М.Пчелинцевым и .другими. Слизкие выводы сс

держатся в работе А.Г.Конюшенко и Л.Г.Анисимовой (1977).

При детектировании структурно-текстуршх преобразований в промерзающих грунтах ЛЭ-методом принималось во внимание, что зарождающийся внутри массива дефект генерирует волну напряжения, а возникающий при этом сферический воянопой фронт, распространяясь к граничным поверхностям, взаимодействует с частицами, пленками воды и существующими пустотами. В объеме грунта возникает сложное акустическое поле, представленное волнами сжатия и сдвига, а на граничных поверхностях грунта распространяются цуги поверхностных волн. В связи с этим, в лабораторных и полевых интроскопических исследованиях варьировались схемы приема сигналов и типы датчиков.

Прием АИ при промерзании грунтов осуществлялся с помощью сейсмоприемникоз, акселерометров, контактных датчиков И гидрофонов. Наибольший эффект применения последних обеспечивался не при вмораживании в грунт, а в случае помещения в сосуд с водой, сообщающейся с помощью трубки с тагой зоной промерзающих сверху образцов.

Предварительные опыты, проведенные по простой схеме (датчик - усилитель У4-28 - запоминающий осциллограф) позволили выявить основные диапазоны АИ и плотность.«Миссии для песчаных и глинистых грунтов. Основные исследования производились с использованием информационно-вычислительного комплекса, ранее" при- 1 мененного для исследований .фазовых превращений воды.

В рамках основных исследований было проведено более 100 опытов с грунтами различных генетических разновидностей и влажности, исследовались также двух- и трехслойные образцы. Измерения, в основном, велись в наиболее информативном диапазоне 0,02-0,2 МГц. Часть опытов, особенно при исследовании акустичес- -кой эмиссии на стадии охлаждения, производилась также в диапазоне 0,2-0,5 МГц. Сигналы АЭ при промерзании грунтов в диапазонах более высоких частот практически не тлели места..

Результаты опытов однозначно свидетельствуют об эмиссии в виде одиночных сигналов еще на стадии охлаждения, причем интенсивность ее для пучинистых грунтов максимальна в диапазоне 0,2-0,6 МГц.

При -промерзании сильнопучинистнх грунтов процессы трещино-обраэования выражены наиболее ярко, что устанавливается по боль-

шой плотности АО, а также высоким значениям амплитуд. Последние отвечают развитию макротрзщип, характерных для перехода грунта в твердомеролое состояние, характеризуемое повышенной хрупкостью.

Промерзание слабопучинистых грунтов сопровождается редкими сигналами, регистрируемыми зачастую лишь тогда, когда весь грунт находится при отрицательных температурах. Впиду малых амплитуд очевидно, что образующиеся дефекты являются микротрещинами, что подтверждается исследованиями сколов образцов после окончания замерзания. Таким образом, можно утверждать, что степень пучинистости грунта и хоракт^р ДЭ весьма тесно связаны. Большей активности и ннергии змиссиу! (а следовательно - и тре-щинообразования^ соответстгует боль'чая пучкнпстость грунта, т.к. в этом случае существует наиболее благоприятные возможности для подсоса в мерзлую зону влаги.

Очевидно, что трещинообрааование внутри промерзающего массива должно сказываться на интегралыых смещениях поверхности, что может быть установлено при наблюдениях с высокой степенью точности. При одновременной регистрации температур и параметров АЭ, а также деформаций пучения с точностью до 0,002 мм отмечаются скачкообразные увеличения деформаций и соответствующие им по времени участии наибольшей амплитудной активности АЭ. Паузы между сериями сигналов соответствуют релаксации напряжений в промершем слое и относительно медленному всасыванию в трещины вя^ги, которая замерзает. Это подтверждает результаты исследований С.И.Гапеева (1956) и Л.М .Пчелинцева (1^64), проводившихся без исследований АЭ.

Ввиду того, что рост,трещин обусловлен действием растягивающих напряжений (механизм разрыва), либо продельным соотношением главных сжимающих напряжений (механизм сдвига), увеличение вертикальных Сжимающих напряжений в промерзающем грунте должно вести $ снижению трещинообразованин. Это положение было подтвер ждено полевыми опытами, в которых АЭ исследовалась с помощью во .лновода, вмороженного в грунт полевой площадки, а нагрузка на поверхности грунта изменялась в сторону увеличения. В опытах было отмечено резкое снижение энергии АЭ при увеличении вертикальной нагрузки на основание. Ввиду того, что снижение энергии АЭ отвечает уменьшению развития трещин и, соответственно, умень

г&.

шенига деформаций пучения подобные опыты могут рассматриваться п качестве одного из объяснений фактов резкого снижения проявления пучения при относительно небольших нагрузках на основа- ■ ние.

4. Влагоперенос и деформации промерзающих грунтов.

С феноменологической точки зрения направленность влагоие-р~носа пои промерзании,вообще говоря, очевидна. Перенос энергии и вещества в многокомпонентных средах в общем слу"ге описывается с использованием аппарата термодинамики необратимых процессов. Однако, как показано исследованиями С .В.Нерпина,'феноменологические уравнения необратимого переноса ввиду существования граничных фаз вблизи поверхности частиц, структурированности воды и непостоянства раимеров пор ятштотсп нелинейными, кинетические коэффициенты переноса - функциями многих термодинамических сип, и таким образом, реальное использование аппарата термодинамики необратимых процессов в расчетах влагопере-: носа при промерзании пока неосуществимо. п связи с этим, при количественной оценке явлений влатопереноса необходимо рассматривать движущие силы миграции, которые гчо 'устанавливаются из термодинамических соображений.

Совместное рассмотрение диаграмм АЭ и микроструктурных изображений позволяет углубить понимание физико-механических процессов, сопоовоадающих охлаждение и промерзание связных грунтов. Зто рассмотрение показывает, что в пром'ерзаю>цих пучинистых грунтах всегда развиваются микро- и макротр?щины, в которые всасывается влага. С другой стороны, в дисперсном грунте, как в системе с развитой поверхностью, существенную роль играют поверхностные силы. Таким образом, рассмотрение движущих сил миграции влаги в жидком виде дает основание утверждать, что в случае промерзания тонкодиспорсных грунтов они могут быть сведены к объемным и поверхностным' силам.

Миграционный поток, вызнанный поверхностными силами, ус-тчнавливается относительно просто и может в первом приближении определяться как однозначная функция влажности (И.А.Золотарь, 1961; Г.М.Фельдман, 1977 и другие^. Миграционный поток, связанный с развитием патсуума при трещинообразо'-'жии должен устанап-

ливаться'в ходе рассмотрения целого ряда весьма сложных и неоднозначных условий. При зтом следуёт учитывать изменяющуюся проницаемость мерзлого' грунта, координаты зон трещинообразова-ния, а'также разрежение давлений в самом ледяном шлире ввиду разрывов сплошности жидкой фазы в межкристаляических объемах (Л.Б.Бережиани, В.М0Верекиани, 1972). Кроме того, по мере заполнения трещин влагой и ее замерзания, вследствие происходящих при этом объемных изменений, давления в трещинах меняют знак, т.е. из отрицательных становятся положительными и оказывают ощутимое влияние на скелет. Однако это не происходит при неполном заполнении трещин водой. В связи с этим, неочевидна связь между деформационной и миграционной частями механической стороны задачи промерзания и пучения.

Таким образом, учет в общем миграционном потоке доли, обусловленной наличием объемных сил означает чрезвычайную трудность решения задачи. Однако пренебрежение влиянием всасывания влаги в трещины и учет только миграции за счст поверхностных сил ведет, в ряде случаев, к заведомо нереальным результатам - а именно, отрицательным значзниям влажности на фронте кристаллизации (Г.М.Фельдман, 19771.

Вместе с тем, даже точное знание объемов мигрирующей в мерзлую зону влаги не позволяет перейти к значениям деформаций и напряжений, развивающихся при пучении, т.к. часть трещин не полностью заполняется водой (В.О.Орлов, 1977). Отсюда следует, что для приближенного установления НДС системы "фундамент - промерзающее основание", при относительно небольших давлениях на грунт, необходимо отталкиваться не от миграционных показателей, а от каких-либо 'других, относительно просто устанавливаемых параметров. Наиболее очевидным примером последних являются интегральные деформации.

. 'Деформации пучения развиваются в ходе замерзания в грунте мигрирующей влаги. В 'случае принятия деформаций в качестве базовых показателей пучения следует рассмотреть условия, когда процессами влагообмена можно без особого ущерба для точности расчета пренебречь. Это будет означать сведение нестационарной задачи к набору последовательных стационарных состояний. Подобная схематизация часто встречается в механике. Применительно к процессам морозного пучения к подобной схематизации прибегали

Г.Н.Полянкин (1982), В.С.Сажин и В.Я.Шишкин (1985, 1988).

Промерзание и пучение грунта характеризуются изменением термературных и влажносттатх полей. Очевидно, если скорости из-, менения этих попей близки друг лругу, то пренебрежение влиянием одного поля на другое невозможно. Однако, если скорости протекания тепловых и миграционных процессов значительно различаются между собой, то при рассмотрении последовательных стационарных состояний в качестве основного можно выбрать более быстрый процесс, полагая, что влиянием более медленного процесса можно пренебречь.

Наиболее часто в природных условиях разница в скоростях температурных и миграционных процессов составляет По меньшей мере один порядок, что позволяет в этих случаях, в пределах больших изменений глубины промерзания, пренебречь Наличием "миграции влаги, т.е. полагать промерзающий грунт к ваз и одно фаз ньм. Подобная схематизация тем более правомерна при рассмотрении процессов искусственного промораживания грунтов.

Рассмотренная вше схематизация, как уже отмечалось, не--правомерна при медленном промерзании относительно водопроницаемых грунтов и близком залегании уровня грунтовых вод. Эта задача является весьма сложной и в дальнейшем в диссертации не рассматривается.

Задачи■промерзания и пучения грунтов даже4 при Использовании в качестве входных функций несложных выражений могут быть решены аналитически только при простейших граничных условиях. В связи с этим, для решения широкого круга прикладных задач часто необходимо обращаться к численным методам. В математическом моделировании широко применяется метод-начальных дефор,4>1-циР. Исходя из этого, при численном моделировании процессов^ морозного пучения следует стремиться наиболее просто выразить относительные деформации пученич и связать и* с теми или 'иными-параметрами, закономерности-изменения которых дня всех элементов системы либо известны, либо могут быть получены на ранних этапах решения. В качестве наиболее характерного параметра промерзания следует, очевидно, выбрать температуру.

Зависимость деформаций пучения от температуры изучалась при промораживании легких суглинков, укладываемых в пропарафи-ценные картонные или пластмассовые цилиндры. Для предотвращений

смерзания образцов с боковой поверхностью цилиндров последняя смазывалась консистентной смазкой и"выстилалась пленкой. Цилиндры теплоизолировались таким образом, чтобы промерзание происходило- только с поверхности.

Основные опыты проводились с образцами малых размеров, . объемом не более 60 см3. Влажность укладываемого грунта соответствовала верхнему пределу пластичности. Опыту проводилась в условиях закрытой системы.

Результаты некоторых характерных опытов представлены на рис.4 а. Рост деформаций пучения с понижением температур объяс-г няется, в основном, все более полным вымораживанием жидкой фазы и разуплотнением за счет трещицообраэования.

а) 6)

Рис. 4. Развитие относительных деформаций пучения во времени при различных температурах воздуха - &. и зависимость относите* льных деформаций пучения от температуры - <5" : I■ - Ш - зоны деформаций,• Тс - температура начального сжатия, Тк - температура окончания активного пучения, ol¿ - коэффициенты деформаци!

На рис.4, б, на основании данных графика 4 а, построена зависимость относительных деформаций промерзающего грунта от температур. В первом приближении она может быть аппроксимирова-.-на кусочно-линейной зависимостью £ - ~Г . Для исследованных грунтов характерны три зоны деформаций. В зоне I грунт испытывает Температурное сжатие. Для зоны П характерно значительное расширение. В зоне Ш, наряду с расширением, грунт испытывает

2о

также температурное спатие, влияние которого растет с понижением тл.этератур'». Гран.л л ¡^-зду зонами П и Ш соответствует максимальному развитию деформаций пучения и мокет быть названа границей окончания активного пучошш. Для исследованных суглинков температура Тм составила примерно - 0°С, для образцов супеси Т^ находилась в проделай - 3 4- - 4,3°С.

В лаборатории условиях исслздовалась также анизотропия Деформаций пучения, при этом значения коэффициента анизотропии ^ для разных грунтов варьировали от 0,2 до 0,95. Эти исследования показали, что факты анизотропии пучения часто имеют место и их следует учитывать при численном моделировании.

В ходе зимнего сезона 92/33 гг. исследовались смещения моделей фундаментов, как ленточных, так и отдельностоятцих, а также поверхности,!! глубит'ых слоев грунтов полевой площадки. Данные этих измерений использовались для тестирования разработанной программы численного моделирования. '

, Необходимо отметить, что линеаризованная зависимость относительных деформаций пучения от температуры По характеру близка к графикам криодеформаций для полностью водонасыщенных грунтов (Э.Д.Ер'лов, 1930). В случае 7~с —Тк зависимость, приведенная на рис.4 б, описывает процесс^ефор^чрования промерзающих маяовлажвых грунтов.

5. Численное моделирование криопроцессов в системе "сооружение-■ грунт".

Методы исследования по'лей тех или иных 'величин на моделях • Щироко распространены в практике. В задачах, промерзания и пучения грунтов могут применяться все виды моделирования, однако наиболее широко используется физическое'моделирование...

При моделировании температурных полей в средах, меняющих агрегатное состояние необходимо, как известно, соблюдение критерия Фурье и условия Стефана. Совместное их рассмотрение показывает, что при применении различных материалов для модели и натуры удовлетворить-условиям подобия не удаётся. Это объясняется тем, что при разной плотности - влажности модели и натуры невозможно соблюдения подобия теплопроводности и температуропроводности. Таким образом, физическое моделирование температур-, ных полей возможно лишь'при одинаковости материала и влаяно-

сти модели и натуры.

При моделировании НДС в упругой стадии на условия подобия накладывает ограничения только уравнение равновесия, в которое входит значение собственного веса грунта, Однако при наличии пластических областей, введенное дополнительно уравненко предельного равновесия требует при моделировании ^пользования разных грунтов, так как в противном случае размеры модели и натуры должны быть одинаковы.

Таким образом, физическое моделирование сметанной задачи промерзания-основания фундамента в случае связных грунтов (единственно представляющем интерес в отношении пучения) некорректно. Отсюда вытекает необходимость исследования процессов промерзания и пучения другими методами, и в частности, методами численного моделирования,

Математическое моделирование разрабатывается в геокриологии трудами С .Е .Г'речищева, Л.Н.Чистотинова, .Э.Л .!1|ура и других для целей общего (то есть без учета взаимодействия с сооружением) регионального геокриологического прогноза. При моделировании промерзания и пучения грунта во взаимодействии с фундаментом работы по численному моделированию единичны (Г.Н.Нолян-кин, I9C2) и рассматривают НДС только в упругой стации. Вместе с тем, уже для среднего-пучения характерны разрывы сплошности грунта, и следовательно, рассмотрение упругой стадии в лучшем случае применимо к слабопучинистым грунтам.

В диссертации численное моделирование деформаций и напряжений в системе "фундамент - основание" производится методом конечных элементов (МКЭ). Для описания работы промерзающего и мерзлого грунтов под нагрузкой возможны как нелинейно-упругий, так и упруго-пластический подходы. Вместе с тем, большинство экспериментальных зависимостей между напряжениями и деформациями мерзлых грунтов при одноосном сжатии показывают, что они могут быть представлены ломаной линией, состоящей из двух прямолинейных участкор (С.С.Вялов и другие, 1962, 1966). Таким обра-, зом, работа мерзло.: грунта g большими основаниями может быть описана упруго-пластической моделью.

Одним из наиболее известных программных комплексов, в основу которого положена упруго-пластическая модель работы грунта,' .является " GEOМОХ> ", разработанный А.Б.Фадеевым (1982,

си д

Т9и Л. Этот комплекс был положен автором яа основу при циолер-ном моделировании криопроцессов в системе "сооружение - основа-нис". ч

Задача промерзания и пучения грунта мож^т быть представлена комбинацией па двух частой: тсплофипической и физико-ме-г ханичсской. Топлофивичоский блок предполагает рассмотрение вопросов теплообмена с учетом движения фазовой границы 11 установлении законов нахождения поля температур в любой момент промерзания, В физико-механический блок следует включить исследование НДС грунта, прочностные и деформационные характеристики которого илнепвдтел по ходу промерзания. Крома трго, НДС грунта будет в той или иной степени определяться действующими нагрузками, а так;ко граничными условиями.

Для небольших мелкозаглубяешшх фундаментов легких зданий распределение отрицательных температур в грунте может бить принято линейно зависящим от температуры на поверхности. При схематизации моханичоскоП части задачи о морозном пучении п первую очо^оць следует определить области, в которых оно имеет место и задать накопи деформмропанил. С учетом общепринятых представ-чени«, мае сип грунта разбивается на три г. о ни - талую, промерза-га'цую и чорзлую. Вертикальные относительные деформации пылевато-глиниотого грунта при прочерппнри, в соответствии с данными экспериментов, изложенных о плане 4, аппроксимируются кусочно-линейной зависимостью- Е - Т7 , (рис.4 б).

Грунт по всом массипо рассматривается как упруго-плаоти-чес^ал среда Нулона-Прардтля, напряжения и деформации принимаются постоянными по вссй площади конечного элемента. Это требование, -обязательное при использовании МКЭ,, предполагает в любой момент промени постоянство температуры каждого конечного элемента, которая вычисляется юк среднеарифметическое значение отрицательных температур смежных по вертикали узлов.

Прочностные и деформатиение характеристики конечного элемента промерзающего и мерзлого грунта предполагаются зависящими от их начальных знач^чий (для талого состояния), температуры и коэффициентов упрочнения. Указанные зависимости, в принципе, могут быть любого вида и должны устанавливаться в ходе экспериментов.

Последовательность' учета процессов промерзания и пучения

6 разработанной программе, получившей название " FR. EEZE "s следующая. При заданной глубине промерзания устанавливается Температурное поле, вычисляются механические характеристики промерзающего и мерзлого грунтов и рассчитываются деформации пучения или температурного сжатия {&} . Затем производится вычисление векторов "начальных сил" в каждом элементе

t= J[BjT[I>3 > которые добавляются к Об-

щим векторам узловых сил.

Применительно к условиям плоской задачи

{Р} А.Д [В] [£]{£}

Здесь - площадь конечного элемента,

L, i-.v Ч о "

(3)

010000 000001 001010

,0. V

к

'о"

fa

О М?

г ,

Равенство нулю последней компоненты вектора деформаций объясняется отсутствием при одномерном пучении сдвиговых деформаций. '

В программе РЧЕЕНЬЕ " механические;характеристики грунта вычисляются по линейным зависимостям вида

(4)

где А0 - Механическая характеристика для талого состояния, К^ -показатель упрочнения,. "]" -. абсолютные .значения средних отрицательных температур конечного, .элемента в рассматриваемый момент времени...Линейные зависимости, естественно, являются простейши--ми приближениями действительных связей различных параметров , мевду собой. Вместе с. тем, зависимости такого вида по отношению к мерзлым грунтам применялись Н.А.Цытовичем, Б.И.Далматовым, , Е.П.Шушёриной, С.С.Вяловым, А.Т'.Беккером, П.Н.Полянкиныад и другими. ■■ / "

Анизотропия деформаций пучения учитывается введением коэффициента- ^р . Присутствие этого Коэффициента несколько осложняет выражения для вычислешя напряжений и "начальных сил". Выражения Для напряжений в случае осесимметричной задачи, после соответствующих преобразований, приводятся к виду

d

Алгоритм программы "FREEHF " приведен на блок-схеме (рис.5).

В-программе "FREEZE " предусмотрено введение негрун-товцх конструкций» а также непучинистнх грунтов, для чего в программу заложены условия реагирования типов элементов на про--мерэание, Возможность задания нулевых перемещений позволяет имитировать смерзание грунта с фундаментами и сваями, Вариация размеров и свойств'элементов позволяет вводить в контактные слои малопрочные элементы, имитирующие незамерзающую обмазку.

Результаты решения по программе "FREEZE " в виде перемещений фундаментов и всех точек талой, промерзающей и мерзлой зон, а также поля напряжений представляются в табличном, и графическом видах,, что позволяет анализировать принятые конструктивные решения. Кроме того, по каждому КЭ как в графическом) так,И табличном видах выдается информация состояния (упругости, пластичности по механизму сдвига, разрыва), с помощью которой можно наглядно судить о НДС основания., Отметим, что именно информация о состоянии элементов позволяет сделать заключение о развитии и росте трещин в промерзающей и мерзлой зонах и может рассматриваться как вариант решения задачи о криогенном растрескивании первого рода, ',••■■'

В диссертации разработана методика установления значений коэффициентов 'деформаций С^ и упрочнения и произведен сравнительный анализ результатов натурных и. вычислительных экспериментов. При этом чиоленно моделировались горизонтальные напряжения, смещения поверхности, глубинных слоев й моделей. фундаментов, которые сопоставлялись с данными, полученными на'экспериментальной площадке. Результаты этого сопоставления свидетеле-, ствуют о приемлемой точности расчетных оценок. В отношении напряжений расхождения между численными и натурными данными в ope-, днем составляют 10^, в отношении деформаций - порядка 1Б%,

При численной оценке экспериментальных данных других авторов возникает ряд сложностей, связанных о отсутствием ,тех или иных параметров,-необходимых для входа в программу "РЯЕЕЕВ",

Задание глубины Расчет, температурного поля Определение деформаций пучения,

промерзания -а ит —? температурного сжатия

¿4

Определение механических характеристик грунта . Определение "начальных сил"

Итерационные циклы для получения упо.-пласт, решения Реяение систем ур-ий

'г , . .

Определение деформаций в КЭ —г- Определение напряжений в КЭ |—Ц Печать рез-тов

ГО

аз.

Рис.5. Блок-схема учета процессов промерзания и пучения в программе

Ту - температура в среднем сечении КЭ по вертикали, Т^ - температура на поверхности грунта, Тнг - температура начала замерзания грунта, у. - вертикальная координата среднего сечения КЭ, ¿( , о( , а(3 - коэффициенты деформаций, 5 - площадь КЭ.

Ввиду малочисленности полевых измерений напряжений в грунтах при промерзании, основное сопоставление натурных экспериментов с данными расчетов по программе " оказалось возмож-

ным лишь в отношении деформаций.

В диссертации приведены данные по численному моделированию ряда известных опубликованных экспериментов. В их числе опыты М.Л.Малышева, В.В.Фурсова, В.С.Сажина, В.В.Борщева, А.В.Сажина, В.О.Орлова, Б.Б.Елгина, И.И.Железняка. Эксперименты перечисленных авторов были проведены в разных климатических условиях, степень пучинистости грунтов менялась от слабой до сильной. Расчетами оценивались как смещения свободной, поверхности и незагруженных глубинных слоев грунта, так и перемещения ленточных и столбчатых фундаментов различного заглубления.

В большинстве рассчитанных случаев расхождения между натурными и теоретическими данными не велики и не превышают в среднем 15%, точность расчетов возрастает при росте отрицательных температур и глубины промерзания основания.

При моделировании процессов оттаивания ледопородных цилиндров вокруг наклонных эскалаторных тоннелей метрополитена использовалась методика, разработанная на базе комплекса " ОН ". В случае стабилизированных деформаций задача, от-

таивания может быть сведена к задаче о начальных деформациях. 3 точки зрения конечноэлементной реализации такой подход более предпочтителен, чем учет уменьшения модулей деформации оттаивающего грунта. Для решения задачи узлам конечных элементов области оттаивания необходимо задавать перемещения, определяемые по известным формулам расчета конечных стабилизированных осадок.

В диссертации разработана методика расчетов оттаивания на постоянной сетке, при этом в случаях малых заглублений тоннеля верхние ряды конечных элементов моделируются невесомыми. По изложенной методике были проведены расчеты НДС для нескольких плоских вертикальных сечений по' эскалаторному тоннелю одной из станций петербургского метрополитена. При сопоставлении натурных . и расчетных осадок поверхности получены хорошие качественные и количественные совпадения.

Большие и неравномерные осадки поверхности при размораживании ледопородных цилиндров вокруг наклонных тоннелей метрополитена приводят к необходимости рассмотрения деформаций зданий.

находящихся в пределах мульды оседания. Для установления НДС таких зданий весьма эффективной может оказаться методика численного решения задачи методом шарнирно-стержневых конечных элементов, предложенная И.Л.Шарапаном (1У88, 1990). Входными параметрами в задачу в этом случае будут являться смещения точек по нижней границе Здания, что устанавливается при решении задач 1 оттаивания. Эти данные могут рассматриваться как начальная интерполяция осадок. Затем, после сглаживания кривой реакции основания, решается задача о здании, опертом на упругие опоры, что дает окончательную картину распределения напряжений в нем.

6. Исследование влияния различных факторов на НДС промерзающих оснований.

Морозное пучение существенно зависит от целого ряда факторов. Наиболее важными из них являются состав грунта, его плотность, влажность, температура, давление и граничные условия. Влияние практически каждого из перечисленных факторов на параметры пучения нелинейно. Для подобных многофакторных задач целесообразно численное моделирование, позволяющее Произвести комплексную оценку явления.

При промерзании дюбой влажный или водонасыщенный связный грунт испытывает криогенные упрочнение и деформации. Упрочнение заключается в повышении прочностных й. деформационных характеристик. Деформации представляют собой сложную комбинацию объемных изменений сжатия и расширения. В случае местной нагрузки от фундамента криопоацессы накладываются на поля напряжений и де- ' формаций, существующие, в системе "фундамент-основание" до начал; промерзания.

В диссертации рассмотрона эволюция НДС системы "фундамент-основание". при росте пучинистости грунта, глубины промерзания и отрицательных температур.-В простейшем случае,' при Тс = 0°С, эпюра вертикальных приконтактных напряжений обычно трансформируется от седлообразной (при среднем пучении - рис.6)до прямоугольной и параболической (при сильном пучении - ркс.7). У внешних краев фундамента зарождаются области растягивающих напряжений, формирование которых при сильной пучинистости обозначается уже при малой толщине мерзлого слоя. При малой глубине промер.за-

] 5см

т

Аг-Обц

50 КЛо

1Г

М V'

Рис. 6. НДС системы "фундамент - основание" при среднем пучении: 1 - область растягивающих напряжений.

£ 5 СИ

л

- .

50 К По

И

1

1 \ N.

Ч

а{

Рис. 7, НДС системы "фундамент - основание" при сильном пучении.

X

ния в основании имеются зоны с разнонаправленными деформациями. При увеличении глубины промерзания все точки основания смещаются вверх. Большинство конечных элементов основания при среднем И сильном изотропном пученйи работают за пределом упругости. ■

В случае ~Т£ ф 0 численное моделирование позволяет выявить разрушение конечных элементов, находящихся в прифронтовой зоне. О возможности трещинообразования в зонах смены знака деформаций указывалось в работах Э.Д.Ершова.

При рассмотрении влияния анизотропии в диссертации проанализированы случаи промерзания малых и больших массивов неприг-руженного грунта при V = 0; 0,5 и I. Анализ показывает, что анизотропия пучения в большей степени сказывается на полях напряжений, чем на полях деформаций. Характерно, что снижение величины коэффициента ^ в два раза (от I до 0,5) почти не изменяет напряженное состояние в верхних слоях грунта и лишь в прифронтовой зоне При У = 0,5 наблюдается снижение горизонтальных напряжений. При дальнейшем снижении У до нуля горизонтальные напряжения резко падают, а в верхнем слое становятся отрицательными. Во всех, случаях наблюдаются разрывы элементов, однако пластика при У = 0 не имеет места. Снижение'деформаций поднятия в последнем случае более-чем двукратное по сравнению с равнообъе-мным пучением., • •

Анализ влияния на НДС промерзающих оснований давлений по , подошве фундаментов показывает, что оно прослеживается в зависимости от глубины промерзания. Так,, при глубине промерзания I м рост давлений по подошве, ведет к практически пропорциональному снижению вертикальных смещений фундамента (при р - 100-300 КПа. ... )т.п - мм). В дальнейшем, с ростом глубины промерзания

влияние давлений по подошве становится меЦее ощутимым и-при

= 1,6 м-снижение подъема фундамента при отмеченных давлени-' ях составляет всего 30%..

В -исследовательской практике известны случаи- значительного падения сил морозного пучения при смещениях фундаментов. Численное -моделирование по программе "РКРЕВЕ " позволяет проанализировать подобные случаи. На рис.8 показаны эпюры вертикальных • напряжений в основании.фундамента, находящегося в тех же условиях, что и фундамент, показанный на рис.6. Отличие заключается во введении закреплений, препятствующих вертикальному смещению

¡ундамента. При сравнении полей напряжений в случае отсутствия [ наличия закреплений можно отметить, что в основании эакреп-[енного фундамента вертикальные напряжения возрастают практи-¡ески на порядок. В случае закрепления фундамента исчезают об-[асти растягивающих напряжений, зона влияния фундамента расшибется в стороны, захватывая примерно две его полуширины.

В анализируемом случае при = I м вертикальное смеще-1из фундамента на 2,5 см привело к десятикратному падению нор-ильных сил пучения. Вместе с тем, по действующим нормативам, юдьем такой величины вполне допустим для любых сооружений-'аким образом, в практике проектирования и строительства без геобходимости не следует прибегать к ограничению смещений кон-¡трукций, испытывающих силы пучения.

При смерзании грунта с заанкеренными в талых слоях сваями I практике нередки случаи разрыва последних (Э.В.Костерин,1984)

¿ц I—ч 500 Ма

'ис.8. НДС промерзающего основания при невозможности вертикаль-1ых смещений фундамента.

'ассмотрение подобных случаев при варьировании глубины промерза- • шя, степени пучинистости грунта и прочности материала свай поэ-юляет исследовать многие случаи. На рис.9 показано состояние цементов при малой ( Р= 0,75 МПа) и высокой прочности мате-тала сваи в случае смерзания со сваей сильнопучинистого грунта.

Как видно из рис.9 а, малопрочная свая в рассматриваемом :лучае претерпевает разрывы, при сохранении сплошности сваи

(рис.9 б) растягивающие усилия в ней достигают 0,9 МПа. Влияние сваи на вертикальные смещения смерзающегося с ней грунта распространяется на величину, равную глубине промерзания.

а)

Г/- — / /лГ*

/ / /

/ /

/

Т

5)

№ г-

% к г

/ / /

ГА / / /

Г/

Дефорчации: Ц-упругиепластические, ^-разрыб) 1 -свая

Рис.9. Состояние элементов системы "свая - грунт" при малой (а) и высокой (б) прочности материала сваи. Смерзание сильнопучини-отого грунта со сваей в пределах■всей глубины пвомерэания.

В диссертации исследованы также часто встречающиеся в практике случаи устройства цод подошвой фундамента песчаных подушек. -Результаты.моделирования показывают, что введение песчаных подушек при сильдопучинистых грунтах малоэффективно, что совпадает с данными полевых экспериментов В.Д.Карлова и Э.Биндерьяа.

7. Мерзлые грунты при повышении температуры.

При .строительстве в криолитозоне, как в России, так и за рубежом, часто отдается предпочтение I принципу, когда мерзлое состояние; основания должно сохраняться в течение всего-срока эксплуатации сооружения. Это объясняется как широким распространением льдистых грунтов, находящихся в твердомерзлом состоянии, так и наличием зон с расчетной сейсмичностью-более 7 баллов,где этот принцип является фактически обязательным.

■ Вместе с тем, теплоемкость пресного льда невелика и представляет собой существенно меньшую величину, чем теплота плавления. Отсюда следует, что при поступлении в мерзлый грунт даже малого количества тепла его температура может быстро повыситься, хотя полное оттаивание и не будет достигнуто. Развивающиеся при

о

этом осадки пластического течения могут быть весьма значительны и приводить к разрушению основания даже при отрицательных температурах.

Для оперативного контроля состояния мерзлых' оснований возможно привлечение АО-метода. К рыхлым горным породам этот метод начал применяться в семидесятых годах (А.Лорд и Р.Кернер, Р.Коллакот и другие). В отношении вечномерзлых грунтов в настоящее время не существует идей и предложений по контролю их состояния АЭ-методом. Однако подобный подход развит применительно к чистому льду (В.В.Богородский, В.П.Гаврило, Ю.К.Зарец-кий и другие).

^ьдонасыщенные мерзлые грунты с точки зрения прочности и деформатигноети должны рассматриваться как композиционные материалы, основой которых (матрицей) является лед, а включениями или наполнителем - минеральные частицы (А.Ю.Бейлин, С.Н.Яковлев, Б.А.Савельев). Ввиду разниг»ы в механических свойствах между матрицей и минеральной частью, прочность и деформативность подобных аквакомпозитов будет определяться соответствующими показателями матричного льда. Для возможности применения АЭ-мето-да при контроле состояния мерзлых грунтов необходимо исследование особенностей генерации акустического излучения при повышении температуры грунтов в ненагруженном и нагруженном состояниях, с измерением в последнем случае деформаций.

Интроскопия процессов', развивающихся в мерзлых грунтах при повышении температуры исследовалась с помощью информационно-вычислительного -комплекса, описанного во'второй главе.

' Лабораторные опыты с ненагруженнымй образцами проводились по различной методике, причем различия заключались как в подготовке образцов, так и в способе передачи-сигналов АЭ датчику.

В первой серии опыты на оттаивание велись после исследований эмиссии в ходе медленного замораживания образцов с помощью сосуда с охлаждающей смесью, При этом температура смеси медленно повышалась.

Опыты второй серии производились с грунтами, предварительно замороженными в морозильной камере при различных температурах* Схема передачи сигналов АЭ в первой и второй сериях была традиционной, когда ячейка опиралась на датчик нижней плоскостью.

В опытах третьей серии, до начала замораживания сверху, в

центральную часть образца внедрялся стальной волновод.. Оттаивание производилось либо при извлечении образца, с волноводом, либо непосредственйо в камере, при отключении морозильной установки. В последнем случае имели место весьма малые градиенты температур (вплоть до 0,1 0 С /ч).

Во всех лабораторных опытах при повышении температур регистрировалось АЭ, характерные особенности которой прежде всего зависят от.типа грунта и его льдистости. Общим для опытов являлось то обстоятельство, что все точки грунт как в начале, так и в ходе эмиссии имеют отрицательную температуру.

Целью полунатурных и натурных экспериментов было установление связи характера АЭ с ходом развития деформаций основания. Полунатурные опыты производились на специальной установке, характерными деталями которой являлись штамп, система измерений деформаций и волновод. Повышение температуры грунта достигалось при заливке в зазор между стенками емкостей теплой воды. Результаты одного из характерных опытов показаны на рисЛО, Как можно заметить, ощутимые деформации грунта развиваются при его переходе в пластичномерзлое состояние.

Полевые'опыты производились на опытной площадке, описанной В третьей'главе. В грунт на разных глубинах вмораживались пьезодатчйкй и приемные концы стальных волноводов. На поверхность грунта'над датчиками устанавливались штампы с давлениями по подошве'от 20 до 200 КПа. Оттаивание грунта с поверхности про изводилось как искусственным путем, так. и. Наблюдалось в ходе естественного весеннего, потепления. Перемещения штампов устанавливались с помощью нивелирования. Исследования АЭ -в полевых условиях показали, что принципиальной разницы в ходе эмиссии и.:ее связи с графиком деформирования, наблюдавшимися в ходе- полунатурных опытов, не имеется.

Согласно действующим нормам, основания зданий и сооружений при использовании вечноме'рздых грунтов по 1 принципу рассчитываются по несущей способности - для твердомерзлых грунтов; по несущей способности и деформациям - для лластичномерзлых и сильнольдистых грунтов. Целью расчета оснований по несущей способности является обеспечение их прочности.

В настоящее время проблема прочности рассматривается с позиций механической и кинетической концепций, а в механике мерз-

37

о

Т.4

Т.ч

е т»

эис,10. Деформации грунта при повышении температуры и акустическая эмиссия. - интенсивность событий, Ю'3 имп/ч, А - амплитуда в относительных единицах. • .

лых грунтов, в основном, применяется кинетическая теория прочности (С.С.Вялов). Согласно этой теории разрушение происходит вследствие развития и накопления в теле микро- и макроскопических трещин. Показателем процесса развитая дефектов структуры является изменение во времени их плотности или так называемой зтепени поврежденночти. Критерием разрушения грунта является достижение степенью поврежденности его структуры некоторого критического значения, постоянного для данного грунта.

Образований микротрещин в любом материале сопровождается генерацией сигналов АЗ, а амплитуды сигналов АЭ пропорциональны тпощади образовавшихся поверхностей, т.е. размеру трещины. Таким образом, АЭ, вообще говоря, идеально отображает процесс трещиной )бразования, и следоггтельно, степень поврежденности материала. 1ля оценки возможности применения к контролю прочности мерзлых шунтов АЭ-метода следует рассмотреть данные лабораторных и натурных испытаний, проанализировать их и выделить классификацион-ще признаки, которые могут быть положены в основу неразрушаяще-

го контроля.

При рассмотрении графиков осадки и эмиссии при испытании нагруженных мерзлых грунтов в случае медленного повышения температуры очевидно'наличие разных участков (рис .10). На начальных участках, обозначенных индексом "О" деформации практически не развиваются, а из'параметров АЭ наибольшие значения имеют амплитуды. Начиная с некоторой точки А грунты испытывают существенные деформации, при этом средние амплитуды сигналов претерпевают резкое снижение. Физической причиной этого скачка средних амплитуд, видимо, является изменение механизма генерации сигналов, обусловленных при резких деформациях процессами переупаковки минерального скелета и частично разрушенных линз льда. На участках 1-Ш кривые параметров АЭ .напоминают кривые ползучести грунта при постоянном давлении. .

Таким образом, в основу классификационных признаков АЭ-ди-аграмм мерзлых грунтов при повышении их температуры, в первом приближении могут быть положены относительно высокие уровни сигналов. резкое снижение амплитуд сигналов в начале разрушения основания и зависимость интенсивности сигналов от хода процессов деформирования.

В диссертации разработаны,пршщипы построения автоматизированных систем контроля и диагностики состояния мерзлых основа ний сооружений. Системы, должны компоноваться из блоков приема, обработки^ передачи информации с сигнализацией в случаях превы шений контрольных параметров некоторых критических значений. Прием сигналов должен производиться с помощью волноводов. В отношении обработки принятых и усиленных сигналов ЛЭ возможны раз нообраэные-р-зшения. Крайними из них являются следующие: дальней шал обработка не производится и сигналы в' непрерывном режиме- пе редаются на-контрольный пункт; обработка сигналов является практически полной и вся информация хранится на мосте в постоянное запоминающем устройстве. •

Передача информации.от' объекта на центральный пост произве дится по' линиям связи. Определяющим в том или ином решении буд< являться, в первую очередь, расстояние между пунктом приема и центральным постом. ,

Если расстояние передачи информации мало и составляет несколько десятков метров (центральный пост находится в диагности-

руемом здании), усиленные акустические сигналы не кодируются, а передаются непосредственно на регистрирующую аппаратуру.

В случае значительного расстояния передачи усиленные акустические сигналы, после мультиплексирования, кодируются (т.е. трансформируются из аналоговой формы в цифровую) и передаются по проводной связи. При отсутствии проводной связи передача информации от объектов осуществляется по радиоканалу, при этом центральный пост должен включать в себя многоканальный приемник, декодер и регистратор информации.

В диссертации разработаны схемы приборной реализации систем контроля и диагностики, способные контролировать начало и ход разрушения основания, а также величины абсолютных осадок фундаментов. При разработке систем обнаружения важ1«м является вопрос о том, в какой зоне осуществлять прием сигналов и каково их затухание с расстоянием. Для фундамента, опирающегося на мерзлый грунт, наиболее важной является зона, непосредственно примыкающая к подошве. Ввиду относительно большого затухания акустических колебаний в мерзлых грунтах приемный конец волновода следует располагать непосредственно у подошвы фундамента. В этом случае волновод будет обслуживать лишь небольшую зону под подошвой, а ультразвуковые сигналы вне этой зоны, представленные в том числе сигналами разнообразных помех, не будут приняты. Для повышения надежности систем контроля и уменьшения вероятности ложного срабатывания формирование аварийного сигнала может производиться так называемой схемой совпадений, применяемой на атомных станциях.

Системы контроля и диагностики состояния мерзлых оснований способны отслеживать начало и ход разрушения оснований, функционируя полностью в автоматическом режиме: Оценка абсолютных осадок фундаментов требует установления зависимостей Для вычисления относительных деформаций. Кроме того, в этом случае следует располагать данными о толщине пластичномерзлого (а в необходимых случаях - и талого)слоев, Что Может бнт'ь получено 'только по температурным данным. Отсюда следует, что .точность подобных оценок будет невысока.

При принятии решения об устройстве той или иной системы оповещения стоимость ее разработки и внедрения следует сопоставлять с частью затрат на ремонт деформированных зданий. Вви-

ду того, что последние могут достигать 40% сметной стоимости сооружений целесообразность систем контроля очевидна. Разработанная в диссертации методика требует весьма тщательных лабораторных измерений, однако минимального вниманий со стороны эксплуатационных служб благодаря полной' автоматизации контроля и диагностики.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Анализ опыта строительства й эксплуатации показывает, что воздействие на основания криопроцессов может приводить к значительным деформациям зданий и сооружений, количественная оценка которых затруднена. Частично это связано с тем, что процессы промерзания и оттаивания грунтов обусловлены фазовыми превращениями воды, кинетика которых к Настоящему времени изучена недостаточно. Это затрудняет разработку эффективных методов установления напряженно-деформированного состояния в системе ".сооружение - основание" и сдерживает применение в практике перспективных конструкций и методов строительства, допускающих промерзание и оттаивание оснований.

2. Использование известного метода акустической эмиссии САЭ> при изучении криопроцессов в воде и грунтах дает возможность детектировать малейшие локальные смещения э' массиве, испытывающем фазовые превращения. Это позволяет углубить представления о фиэи-.. ческой природе- криогенного пучения грунтов и их структурного разрушения при оттаивании.

3. Исследования, Проведенные на созданном автором информацион- ' но-вычислительном.комплексе показывают, что. акустическое излучение, сопровождающее фазовые превращения.веществ, в основном, обусловлено "не процессами на границе раздела фаз, а возникновением и развитием дефектов в твердофазном образовании. В -случае роста льда в качестве причин генераций акустического ..излучения выступают процессы разгрузки полей напряжений при образовании ■ поликристаллического массива и рост микротрещин, при, таянии. льда-рост микро- и макротрещин. Доля энергии акустического излучения' по отношению к скрытой.энергии кристаллизации воды невелика и. ее можно не учитывать'в формулировке граничных условий задачи

Зтефана.

i. Микроструктурные и акустоэмиссионные исследования подтверждают,. что миграция влаги в зону промерзания происходит под дей-зтвием не только поверхностных, но и объемных сид. При этом миграция влаги в промерзающих грунтах морет представлять собой вторичное явление по отношению к трещинообразоданию в пластично-и твердомерзлом слоях, Данные прямых измерений импульсных давлений, развивающихся вблизи растущих трещин цоказывецот, что эти значения могут достигать 1-2 КПа, К этим величинам стремятся монотонно развивающиеся давления всасывания, инициирующие миграцию влаги из ближайших к трещинам областей,

3. Физическое моделирование процессов промерзания и пучения, широко используемое в практике', не является строгим применительно к средне- ц сидьнопучинистьм грунтам, что вытекает из противоречия в требованиях к условиям моделирования температурных' полей и. напряженнр-деформированного состоянии. Ввиду сложности учета доли миграционного потока влаги под действием объемных сил, а также фактической невозможности перехода от значений дебета миграции к параметрам НДС промерзающих оснований, в расчетных оценках для многих реальных задач целесообразно прямое использование интегральных 'криодеформаций,'В этом случае возмржно' эффективное решение вадач численными методами, описывающими рабо-. ту промерзающего или оттаивающего грунта ц рамках упруго-пластической модели, :

6, Разработанная конечно элементная программа " РНЕЕЕ-Е" " позволяет получить полную картину напряженно-деформировйнного состояния системы "фундамент - основание'1 и оценить прочность конструкций, контактирующих о грунтом в любой момент промерзания,

В качестве входных параметров в программу используются зависимости изменения физико-механических характеристик материалов и грунтов от температуры, принимаемой в простейшем случае линейно меняющейся по глубине промерзания. Сопоставление результатов расчетов по разработанной программе с данными известных, экспериментов показывает их хорошую сходимость,

7. Разработанная-на базе известного программного комплекса

" &ЕОМ01> " методика установления ЙДС массива грунта при наличии локальных^зон оттаивания позволяет осуществить корректную

оценку смещений поверхности для случая стабилизированных деформаций и может использоваться при учете совместной работы зданий и сооружений с основанием.

8. Разработанные способ и системы контроля состояния мерзлых' грунтов основания позволяют прогнозировать начало и ход разрушения грунта, то есть производить оценку работы основания по I и П группам предельных состояний. Основная идея способа контроля состоит в прогнозировании разрушения мерзлых оснований не по термометрическим, а по эмиссионным Данным, являющимся прямым отражением степени говрежденности грунта основания. Разработанная методика требует весьма тщательных лабораторных исследований, однако минимума внимания со стороны эксплуатационных служб благодаря полной автоматизации контроля и. диагностики.

Основное содержание диссертаций опубликовано в следующих работах:

Монографии

.1. Сахаров И .И.. Физикомеханика криопроцессов в воде и грунтах и акустическая эмиссия. - СПб.: СИбГАСУ, 1994 •

Статьи ." ' •

1. Сахаров И.И.,'Григорьев'0.M. Явления дискретной акустической эмиссии в процёссе замерзания воды //Деп.ВНИИС, ft 7418, 1966.

2. Сахаров И.И. Влияние'акустических полей на процессы миграции влаги в промерзающих водонасыщенных грунтах // Слабые и мерзлые' грунты как основания зданий и-сооружений: Межвуз.темат.сб.тр./ ЛИСИ. Л., 1987. ,

3. Сахаров И.И. Волновые явления при промерзании водонасыщенных грунтов //Мэв.ШШГ им.Веденеева, 1988, Т.207.

4. Сахаров1.И.И. К оценке давлений, разЕНваклцихся при замерзании воды и грунтов // Фундаментестроение и механика слабых грунтов: Межвуз.темау.сб.тр. /'ЛИСИ, Ji., 1908. .

5. Сахаров.И.И. О природе механизма миграции влаги в промерзающих грунтах //Изв.вузов. Строительство и-архитектура. 1989, КЗ.

6. Сахаров И.И. Физические аспекты кристаллизации и переноса вла ги в промерзающих грунта? //Материалы конференций'и совещаний по гидротехнике. ИМГТ % БО. Л.: Энергоатомиздат, 1989.

7. Сахаров И.И. Механизм формирования слоистой криогенной текстуры в промерзающих грунтах //"Основания и фундаменты граждане-

{их и промышленных зданий в условиях слабых и мерзлых грунтов: (1ежвуз. темат. сб. тр. / ЛИСИ, Д., 1990.

3, Сахаров М.И. Гидродинамика льдообразовательных процессов в гонкодисперсных грунтах // Изв.ВННИГ им.Веденееь-i, 1991, Т.223, Э. Сахаров И.И,, Голубев И.Ю., Павлов И.В., Потапов А'.И. Исследование' кинетики фазовых превращений воды акустоэчиссионным методом // Журнал физической химии, 1992, Т.66. ГО. Сатаров И.И, Развитие давлений всасывания при понижении те-чпературы грунтов // Возведение и реконструкция фундаментов на слабых грунтах:: Межвуз. темат. сб. тр. / ХИСИ, Ji., 1992. [I. Потапов А.И., Сахаров H.H., Павлов И.В., Кре.совская Г.И. !1кустоэмиссио!шый контроль несущей способности мерзлых оснований сооружений и принципы построения автоматизированных диагностических систем //Дефектоскопия, 1993, № 3.

12. Фадеев A.B., Сахаров И.И., Репина П.И, Конечноэлементное моделирование деформаций и напряжений в системе "фундамент - промерзающее основание" //Нелинейная механика грунтов: Труды 1У российской конф, с иностр. участием. СПб. 1993. T.I.

13. Потапов А.И., Павлов И.В., Сахаров И .И., Кр^Ссовская Г.И. Акустоэыиссионныи контроль мерзлых оснований сооружений и принципы построения автоматизированных диагностических систем / Тез. докл. X1U научн.-техн.конф. "Неразрушающие физические методы и средства контроля". СПб, 1993,

14. Сахаров И.И. Структурно-текстурные преобразования в промерзающих грунтах ц их связь с процессами миграции влаги // Геоэкология, 1994, 1? I. ' , ' • "

15. Сахаров И .И.' О природе акустического излучения при фазовых превращениях и корректности условия Стефана // Инженерно-физический журнал. 1994. Т. 67,. 1-2,. .. ...

16. Фадеев А.Б., Сахаров И.И., Репина П.И. Численное ыоделироваше промерзания и пучения грунта околосвайного пространства / Груду 1У Междунар.конф.по проблемам свайного фундаментостроения, iacTbH. Пермь,. 1994. '

17. Фадеев А,Б., Сахаров И.И.,, Рэпина П.И'. Численное моделирование процессов промерзания и пучения в системе "фундамент-основание"// Основания, фундаменты и механика грунтов. 1994, № 5.

18. Фадеев A.B..Сахаров И.И. Напряженно-деформированное состояние грунтов при промерзании и оттаивании / В кн.: Фадеев A.B.,