автореферат диссертации по строительству, 05.23.02, диссертация на тему:Пылеватые пески Северо-Восточного побережья Каспийского моря, как основания зданий и сооружений

московский гоошгатввдшй отгоипелышй

УНИВЕРСИТЕТ

1 < I

'-> - . : 1

На оравах рукопноа

'..У, О

АШВДИН Вола? Коштабадвяч

ШЦШЩВ 1ШСКИ СЕШРО-ЮОТОЧЮГО ПОБЕРЕЖЬЯ КАСШЙЬКОГО МОРЯ, КАК ОСШВАНИЯ ЗДАНИЙ И СООРУШШЙ

05,23,03 - Оокоашгад и фукиидээди

АВТОРЕФЕРАТ дассартаща на сопошшэ учокой степога кандидата тохшнэот и&уа

МОСКВА - ШЗ

' Fedora хшоливка в Цвнгрвльноы мвжвадомотванном лн отиту-7в по в шиз ни л квали4аксции строителей при ШЗИ ям, B.B.Kyfidu-шэва.

Научный руководитель» профасоор, доктор твхямчаскЕх nays М.Ю.Абелев,

Официальные ошонектш профессор, доктор технлчеокях

к& заоздаш слвциалиэирошшого совета Д 063.11.05 оря МШИ ш. Б.В.Куйбияэва по адресу: Москва, Спартаковская ул., д.2,

О диссертацией мозно ознаноютьоя е библиотеке шютитуто.

Просим Вао принять участие в звдкте и направят* Ваш отаив в двух ЕИзеизлярга по адресу: 129337, Москва, Ярославское иоо-оз( Д.26, ШСИ т. 0,В,Куйбышева, Учены» Совет.

наук Р.О.Зиакгиров, профеосор, кшщедат технических ноу« И.ВДудлер.

Ввдудол оргагападия! НПО "Совинтервсщ", г. Москва.

.мин.

Учений секретарь специализированного совета, . профессор, кш«вдпг технических наук

Л.л.кр1яшювскя{|

ОНЦАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуачыюоть теми. Проблема использования водонасыщенных пылеватых пвоков а качеств оонованяй промышленных, граэдан-оких н гвдротехничаоких оооруженйй яаляетоя очень оложной и малоизученной. Пылвватые пески занимают большие территории Роо-оии, Кайахстшт, Украины и других гооударотв, В связи о проявлением процессов плывунности и разжижения изваотны многочисленные случаи аварий ооорукений, расположенных на пылеватых пеонах.

На Северо-Восточном побережье Каспийокого моря обнаружены огромные запасы нефти и газа. На этой территории, оложенной о основном водонаовдешшми пилеватыми двоками, будут поотроены нефтеперерабатывающие и химические заводы, большие поселки ц т.д. Проектирующиеся и отрояциооя на протяжении более 100 км оградительные грунтовые дамби для инженерной эациты нефтяных месторождений от нагонных.явлений со отороны Каспийского моря, также выполняют функцию защиты акватории Каспийокого моря от загрязнения нефтепродуктами в случаях аварий на месторождениях и нефтеперерабатывающих заводах. В связи с этим при проектировании сооружений следует учитывать, что пшшватые пеоки оснований могут быть насыщены как сырой нефтью, так и другими нефтепродуктами.

Целью исследования явилось изучение физических, деформа-тивних, механических и фиаьтрациошшх свойств пылеватых песков Северо-Восточного побережья Каспийского моря, изучение вчилния изменения влажности и насыщения нефтепродуктами втих грунтов на изменение механических и фильтрационных свойств грунтов, изучение цинамических свойотв пипеватых песков при различгэй степени влажности и разработка методики особенностей проэкти-

розалия жестких фундаментов сооружений, расположенных на водо-насщенных падеватых лесках.

Реализация постамешшЙ цэли осуществлялась на основе проведения большого количества лабораторных и натурных исследований пылеватых песков из различных регионов России и Казахстана. Проводились лабораторные исследования механических и фильтрационных свойств этих грунтов ори насыщении их водой, керосином и различными нефтепродуктами, лабораторные исследования плывунности пилеватнх песков, исследования деформативных а прочностных свойств грунтов при циклических нагрузках, а также натурные исследования напряженно-деформированного состояния в основании жестких штампов, расположенных на шиеватнх песках при насщении их водой, керосинок и сырой нефтью.

Научная новизна работы соотоит в следующем.

1. Исследованы механические свойства шиеватых песков при наощешш их керосином в сырой нефтью.

2. Установлены зависимости ярочноотннх, деформационных я фильтрационных свойств пила вала песков от их степени уплотнения, степени влажности, в зависимости от васвдения керосинои

и сырой нефтью.

3. Установлены особенности распределения контактных напря жений в ооновании жестких штампов в процессе их нагруженил на пылеватых песках при различной степени водонасыщения, а также при насицешш их керооином и сырой нефтью.

Практическая данность работы заключается в том, что на ос новании результатов лабораторных и натурных полевых исследований свойств шиеватых по сков Северо-Восточного побережья Каспн ского моря установлены закономерности изменений расчетных харе теристик механических и (¿яльтрационных свойств этих грунтов. Это позволило обоснованно проектировать промшлшпше, граждан-

скне и гидротехнические сооружения напилеватых песках о учетом возможного обводнения и, в случаях аварийных ситуаций, насыщения не^епродуктами, оснований сооружений. Полученные результаты исследований свойств пьиеватых песков при наоыщешш • различными нефтепродуктами могут быть использованы при проектировании заводов, нефтерезервуарных парков, неф/гехраяилвд, расположенных в районе Северо-Восточного побережья Каспийского моря и в других регионах.

Реализация работы. Полученные результаты исследований были использованы при проектировании первой оградительной дамбы Тенгизского месгороадения нефти и газа (Казахстан), при проектировании фундаментов нефтеперегонного завода вблизи г.Куль« сари, при проектировании фундаментов жилых зданий в г.Пульсары, и в новых жилых поселках, расположенных на территории Тенгизского нефтяного месторождения.

Результаты исследований были также использованы при строительстве и проектировании фундаментов сооружений на пьиева-тых песках в пос. Алакуртти (Карелия).

Апробация работы. Основные положения диссертации были доложены на мездународном (СоЕетоко-шведско-4гшском) семинара по методам строительства на слабых вбдонасмценных грунтах (Москва, 1992 г), на роосийско-французоком семинаре по уплотнению слабых грунтов (Москва, 1991 г), на российском семинаре "ликвидация последствий утечек нефтепродуктов я грунты оснований сооружений'ЧНосква, 1993 г), на межвузовском совещании по строительству в Центральном Казахстане (Караганда, 1990 г).

Публикации, По теме диссертационной работы было опубликовано 2 статьи.

Па зациту гиносятся:

1) Результаты лабораторных исследований механических я фильтрационных свойотв пылеватых песков при их иасицении водой, керосином и различными нефтепродуктами.

2) Результаты лабораторных исследований плывуннооти пипв-ватых неоков.

3) Результаты исследований даформативных к прочностных своИотв пилеватых песков при циклических нагрузках.

4) Результаты натурных солевых исследований напрякенно-деформировачяого состояния в оонования жеотких штампов, расположенных на пылеватшс пеонах при насыщении их водой, керосином и сырой нефтью.

Объем работы., Диссертация оостоит из введения, четырех глав, общих выводов по диссертации, списка использованной ли« тературы из ¡^¿¿наименований, в том чиолеД^иноотранных работ и приложений. Общий объем работыстраницы, в том числе страниц машинописного текста,^' таблиц, í3 рисунков. В приложении приведены акты внедрения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введения обосновывается актуальность темы и необходимость проведения исследований по изучению прочностных и деформационных свойотв шиеватых песков Севеоо-Восточного побережья Кашшйокого моря, при их водонасмцении и насыщении нефтепродуктами, формулируются цали и задачи диссертационной работы е описываются основные результаты исследований, которые выносятся на задиту.

В первой главе проведен обзор существующих исследований свойств оылеватых песков, приведен подробный анализ выполнен* ных фнзико-хямаческюс исследований плывунных свойств, пилеватых

пвоков. Рассмотрены работы А.Ф.Лебедева, И.Фрейедлиха и РЛжнл-лета, посвэдешшх тиксотролнш овойотваи пеоков, Подробно приводятся результаты исследований 13.Ц,Абелева о зависимости процесса плывунности от минералогического состава глиниотых чао-тиц, вход щах в состав пглеватых пзокон, Приводятся данные оо-посташшния погружения грунтонооов методом эадаадивания, забивки и вибрации при отборе пшеватых песков на экспериментальной площадке (пос.Каратон, Казахстан). Приводятоя результаты опытных исследований по отбору пшгеватнх пеоков о использованием грунтоноса конструкции В.М.Фурон. Сделан вывод, что образин с наиболее сохранившейся отруктурой водонасвденных пшгэва-тнх песков удается получить при использовании грунтонооа ЛенГРЯМ, погружая его методом задамившия. Также лриводитоя анализ пизических свойств лилеватых песков по данным исследований И.В.Дудаера, Н.П.Маслова, А.А.Когана, П.Л, Иванова, М.Мэтца, Р.р.Зиангирова, Б.А.Свдаущ и др.

Как поквэали 'исследования, многие территории Северо-Восточного побережья Каспийского моря сложены засоленными пыла-ватими песками » засоленными легкими супесями, В связи о этим в I главе приводится обзор исследований свойств засоленных пилевато-глинистых грунтов. Проанализированы работы Е.М.Сер-гоева, И.В. Попова, С.Б.Ухова, И.ИЛеркасова,гМ.Ю.Абелева, М.Н.Торлоцкой, И.М.Горьковой, В.П.Петрухина, Б.В.Бакенова, У.Р.Джумашева, 1иБ.Бойко, Б.к.УнаИбаава, Н.П.Затонацкой и др.

Усталодлона специфика мияшл легкорастворимых и срздна-растворишх солеи на циз и ко-ма халиче с кие а фильтрационные , свойства засоленных пило вато-глини стих грунтов. Однако анализ многочисленных работ по этой проблема не выявил плиянил типа засоленности и количества солей на проявление прошосои "шш-г-ушюси" тни^тых' песков.

Раоомотрены работы В.С.Шарова, И.М.Горъковой, П.Ребиадера, И.О.Бочаровой, Н.А.Ошшой, Н.А.Сафохиной, В.Ф.Чепик до влиянию органичеоких веществ л глинистых чаотиц на проявление длывушшх овойотв. Подробно рассмотрены результаты В.Р.Радиной о влиянии микроорганизмов на свойотва пылевато-глиниотых грунтов.

Специальный раздел ооовяцен анализу оущеотвущих исследований явления разжижения песков ори динамачеоких воздействиях.

Рассмотрены работы Н.М.Гвроеванова, А.В.йлорина, Ы.Н. Гольдштейяа, Н.Н.Маолова, Д.Л.Иванова, Ю.К.Зарецкого, Э.И.Воронцова, А.Казагранде, С.Фулоса, Г.Кастро, Х.Б.Свда и других о современных представлениях количественных и качественных ошнок влияния различных факторов (интенсивность и вид циклического воздействия, начальное напряженное состояние водоиаси-щенного пеока и др.}, определяющих процессы разжижения.

В диссертации приводится анализ методов отбора пылевато-глшшотих грунтов о ненарушенной структурой из оснований со о-ружений, таете рассматриваются существующие методики определения фазико-мехшшчэских свойств пылеватых писков. Представ« лены классификации грунтов по гранулометрическому составу (в том числе классификация Е.М.Свргеава, составившая основу суще от сущего ГОСТ 26100-82). В этой классификации выделена группе песков (песок пылеватый, мелкозернистый, "тонкозернистый")« Рассматривается опыт применения грунтоносов для отбора пылеватых песков в практике изысканий организаций России и Казахстана.

Анализ опубликованных работ по особенностям использования яасоленных пылеватых песков в качестве оснований показал,

что влияние оуффоаионннх процэооов взасолеиных пиловатых песках изучено недостаточно. Ишшоотыз отоутотвуют исследования по вопрооу влияния насиценая ааослвшшх лшеватих пвоков нефтв» продуктами, хотя практика »коалцатации не^твперегонных ваводоа в больших нефтебаз свидетельствует о многочисленных случаях попадания бензина, керооина а других нефтепродуктов в засоленные пылеватыэ пески в основаниях этих вооружении.

Исходя из изложенного анализа многочисленных исследований а заключение первой главы сформулированы ооновные задачи дио-сертационной работы.

Во второй главе подробно опиоиваютоя результаты лабораторных исследований фиаических, деформативних, прочноотных а фильтрационных свойств пшгеватнх пвокоа и легких рупеоей, расположенных на территории комплекса сооружений Тенгизокого нефтяного месторождения. В начале главы ©¿орыулированы задачи лабораторных исследовании, ооотолцив а том, чтобы на примере мучения физико-механических овойстя дцлеватых пеоков и легких оупо-оей, отобранных из оснований отроядихоя в проектируемых сооружений комплекса Тенгизокого нефтяного месторождения, установить закономерности изменения деформационных и прочноотных характеристик этих грунтов при их различной шютнооти, при различной степени водонасыцения, а такко при наовденин образцов иослодо-ванных грунтов сырой нефть» и кзросином. Необходимо било таюм определить достоверные значения раочетных характеристик дэфор-иативных, прочноотных и фильтрационных свойств грунтов этого района для проектирования оснований и фундаментов промышлошшх и гражданских здании и земляных оградительных дамб на площадках, расположенных вблизи Северо-Восточного побережья Каспийского моря.

Для получения более обобщенных результатов лабораторные исследования проводились также на пылеватых пеоках флювиогля-цислъиого происхождения из оонований строядихоя зданий в г. Кандалакша в поо. Алакуртти. Серии экспериментальных исследований образцов этих грунтов проводились по тем же методикам в на тех же приборах, что в образцы пилеватых песков из оснований сооружений Тонгизского нефтяного месторождения. Кроме того, результаты исследований, проведенных на пылеватых лесках, отобранных из оонований сооружений в г. Кандалакша в поо, Алакуртти сравнивались о результатами исследований, выполненных в лаборатории ЩБШН (Финляндия) и гоолаборатории г. Таллинна (Эстония)«.

Лабораторные исследования по определению физико-шхашча-сиах c&oüci'a пилеватых песков и легких супесей проводились на образцах. отобранних из осноааяяй оеьш объектов Текгизского Вафгяиого {¿эоторскденЕЯ к кз трех аксперякэнталькшс площадок. ИсазадоЕгишл вшешишод в лаборатория Гуркэвоаого отделения КааГИЙЭ a a xaóoptaopm 1&ШШЮ ops ЬШСИ им. В.В.Куйбшева.

В ото2 глава даогся подробное описание оборудования в ш-s еда ал проквдошш лабораторных доследований. Обращается ска-иаввэ т то, «гго аосаддовшзйя аасолекаах тгяевгтых песков проводились со tog so штодасо, что в исследования засаленных грунтов.

Исследования характеристик деформативности пылеватых песков, отобранных с экспериментальных площадок пос. Каратон к г. Кульсары (Казахстан), проводились в компрессионных приборах на образцах грунтов нарушенной структуры в максимально рыхлом, максимально плотном состояниях, а также в состоянии плотноста, близкой к природной. Специальная серия кошресси-

онных исследований была выполнена на пылеватых песках максимально рыхлого и максимально плотного сложений, причем, до начала опыта образцы в одном случае насыщались керооином, а в другом - сырой нефтью.

Важной проблемой исследования было определение угла еоте-отвенного откоса пылеватых песков. Существуют многочисленные исследования, свидетельствующие о том, что в пылеватых песках угол естественного откоса равен углу внутрениого трения, опрэ-. деляемого в срезных приборах.

В работе описываются исследования и сравнительные опыты по определению угла внутреннего трения, определяемого по методикам быстрого и медленного сдвигов, а также угла естественного откоса для исследуемых образцов пылеватого песка.

, Угол естественного откоса пылеватых песков определялся в плексигласовом приборе с прозрачными стенками. Этот прибор в первой серии одйтов загружался леском максимально рыхлого сложения, Затем плексигласовый прямоугольный лоток о песком поворачивали на 45°. Угол естественного откоса определялся по специальной шкала, нанесенной на торцевую стенку лотка. Опыт проводился с десятикратной повторноотью.

Во второй серии опытов прибор для определения угла естественного откоса устанавливался на небольшую внброплощвдку. После засыпки рыхлого песка в лоток производилось виброуплотнение, в процессе которого досыпался песок. По изменению объема грунта определялась плотность пеока и коэффициент пористости. Затем прямоугольный лоток поворачивалоя на 45° и определялся угол естественного откоса пылеватого пеока.

Опыты по этой методике проводились для малоалохных песков, а также для образцов песка под водой.

Иа этой se приборе проводились опиты по насаденив пылеватых сосков в прямоугольной лотке керооином (пятая серия oüikob) в capoil нефтью (австая серия опытов).

Исследования фильтрационных свойств д иловатых песков в легких супа се й в установление закономерностей изменения филь-градсошшх характеристик s зависимости от отвпени уплотнения пыявватых свесов прокщвюгсь на (юьшраосионно-фильтрационных opsdopax в-Ш,

Схша свезфвсааовво-^льтрацаонных испытаний заключалась в ояащадеа. Bsmasa ароваяюшсь компрессионные опыты с груи-tata ops осхеотвалвой взгшоога. По aw стабилизации дефоргш-йдй, дел шредщгашя вооогдо<&их сгойстг грунта, образец закачавшей, не ошшая шгрузва, ирдооеониой s вархшшу atomy юашроосиояшхго ярнбзра. Пост золотой схабюшзадая вросзд-иж íü.OImi sa 2 адоа) проияягась дяетзяыгал £гшярздзя годе <гераз образец (яда дакшивом згщаккш дяяяягога), •» разульто-ss шгсрсЕ сдрадсаякаоь су-^эгеокаая де4®рдащя.

Дав уегшдаэшя аавяевшмяв шадг тэЩщютои фшгьтра-цкя а иоайвдгзитоа иоряеиняш грунтов з процессе натруаенил х фалтращш, »шсть испытаний проводилась до следующей схеме. Образцы грунта ступенями нагруаалиоь до условной стабилизации ооодкд при давлениях 0,1 Ша, 0,2 Ша, 0,5 МПа и при этих давлениях последовательно определялись коэффициенты фильтрации.

Результаты лабораторных исследований, которые проводились в тачание I99Ü - 1993 гг., позволила установить расчетные характеротшш физико-механических свойств пылеватых песков и выявить следующие закономерности.

Анализ результатов исследований изменения угла естественного откоса для образцов пылеватых песков, отобранных из карь-

вра 7 (г.Кульсары) показал, что при наличия а поскз пшгова-тых и глинистых частиц более (из них глинистых чаотиц более 10%) наблвдаеся резкое снижение угла о ста отгонного откоса (менее 12°). При увеличении содержания глинистых частиц до 16$ (общее количество пилеватых и глинистых чаотиц - 29%) угол естественного откоса соотавшг 7-8° (по классификации Ю.М.Абелева /1947 г./ при угле естественного откоса водоиаоы-щенных пилеватых песков менее II0, такнэ грунты отнооятсл к плывунам).

Анализ результатов исследований угла естественного откоса пилеватых леоков при насицении их кзрооином показал, что угол естественного откоса оказался на 2-3° меньше, чей у пилеватых песков рыхлого сложения при водонасщенин.

Анализ результатов компрессионных опытов позволил установить, что пылеватые пески рыхлого сложения при наоэдошш водой, керосином и сырой нефтью скимшотоя различно. Во аоох опытах при насыщении керосином значение копрассионного модуля деформации было меньше на 2значения модуля деформа-щш пилеватых песков рыхлого сложения при полном водонасще-нии.

При насидении рыхлых пилеватых пеоков такой же плотности сырой нефтью компрессионный модуль деформации оказаяоя на 8-20$ меньше значения аналогичных модулей деформация водона-сицонных песков,, и на больше по сравнению со значениями модуля деформации пилеватых песков при насщешм их керосином.

Анализ результатов компрессионных опытов пыловатых пеоков средней плотности и максимальной плотности показал, чфо значение шц.улл деформации при насщении керосином и сырой

нефгыо уменьшается на 3-16/5.

Результаты исследований образцов шиеватых песков в одно-плоско стннх сдвиговых приборах показали, что при насщешш : . грунтов керосином значения угла внутреннего трения и сцепления уменьшаются по оравнешш с результатами определения угла внутреннего трения водонасиценных песков.,

В третьей главе приводятся лабораторные исследования дана мнческих свойств дылеватых песков. В связи о тем, что в СНнП 11-7-81 для шиеватых песков среднего и рыхлого сложения сейсмичность района повышается на I балл, при строительстве на таких грунтах на площадках, расположенных на Северо-Восточном побережье Каспийского моря следует учитывать сейсмические воздействия в 7 баллов.

В настощао время существуют два подхода к расчету оснований из виноватых песков на сейсмические воздействия. Одни исследователя (Д.Д.Баркан, О.А..Савииов, В.П.Сшвдан и др.) считали, что следует уионьвжг& деформационные и прочностные свойства поскоэ о з чатом воамсаного динамического воздействия и производит!» раочот по обычным охем&м махашиш грунтов. Другие исследователи (Й.К.Зародкиа, Ы.Ю.Дбелев, И.Н.Иваденко, Э.И.Воронцов в. др.) очкта»?, что пря расчете оснований на пипеватых песках моано использовать обычные прочностные и де-формативные характеристики, а при расчете фундаментов и сооружений следует учитывать действие динамических и сейсмических сил на грунтовое основание.

Лабораторные исследования динамических свойств пиле ваты песков проводились совместно с к.т.н. З.И.Воронцовым в лабор тории 1£Е Гидропроокта.

Задачи исследований состояли в том, чтобы изучить измен

ния прочностных характеристик пылеватых лесков (в т.ч. засоленных), отобранных с 4-х экспериментальных площадок в яос. Карат он и лос. Тенгиэ, различной плотности при многократных циклических нагрузках.

В задачи исследования входило также изучение прочностных характеристик пылеватых песков при изменении влажности, плотности, а также влияние предварительного обессолшгания на изменение прочностных характеристик. В процессе лабораторных исследований изучалось, как изменяется модуль общей деформации к коэффициент бокового расширения в зависимости от изменения мажности и плотности при циклических нагрузках.

Экспериментальные исследования проводились на приборе трехосного сжатия конструкции Э.И.Ворокцова (С-62). .

В диссертационной работе подобно описан прибор трехосного катил и дополнительное оборудована, которое позволяло создать щииичэсздю нагрузку с частотой от I до 10 Гц. Амплитуда вдсиичзокого кагрунонкл пзшмааой от 0 до 3 Ша. Поровое да-атогшэ измерялось только яра полном водонаскщешш образцов при помощи тенэодатчиков. Осэвоо нагруяение образца песка в прибора, осуществлялось механическим прессом при постоянной скорости перемещения платформы. Циклическое нагруаение образцов производилось с помощью гидравлического пульсатора возвратно- . поступательного действия, который состоял из электродвигателя, вращающего вал. Но этому валу перемещался набор эксцентриков.

Все значения вертикальных перемещений, осевого циклического перемещения и порового давления записывались на ленте ша-стиканального самописца Н-338

Методика проведения исследований в основном била следующей. После приложения вертикальной нагрузки кои заданном всо-

стороннем Дйглэшш седдалаоь стабилизация деформации образца пылеватото песка. За условную стабилизацию принималось приращение осеней деформации, ровное 0,01 мм за 2 часа.

Затем прододшшоь исследования динамических воздействий на деформируемооть образца иилеватого песка. Большинство опытов било проведено при частоте 1,6 Гц. После достижения условной стабилизации деформаций образца пшшватого песка при данной циклической нагрузке прикладывалась следующая ступень ооевой нагрузки. После стабилизации деформаций образца от следующей студеш нагрузки вновь прикладывалась циилическая нагрузка.

На основе проведенных исследований свойств пиловатых <

песков после многократного циклического нагружения образцов были сделаны следующие выводы.

Ирочноотшге характеристики исследованных пшеватых песков после многократного циклического нагруаения существенно не зависели от начальной плотности и влажности. Значения прочностных характеристик не изменялись более чем на Ъ%,

После обесооливания засоленных пшеватых песков было установлено повышение угла внутреннего трения на 3-4°.

Модуль деформации рыхлых шиеватых песков существенно изменялся в зависимости от стелет водонасщения и бил равен в маловлажном состоянии 7,6 МПа, а после водонасщения - 3,04,5 Ша.

Модуль деформации плотных и среднешютных пиловатых пао-ков не зависел от степени водонасщения и изменялся от 8,9 Ша до 10,7 Ша.

При исследовании деформируемости пштватнх посков после длительной фильтрации пресной воцоИ через образец при цикли-

чеоком нагрузкении модуль деформации песка здазяьшился на 26 -47$.

Ио следованно знача гая ко э^фодивта Пуассона для пылева-тых П0СКОЗ различной плотности показало, что для рыхлых песков эта величина соетсмязу 0,12-0,14. а для плотных песков его значаггпэ изшшгэтся 07 0,23 до 0,26. После приложения к образцу цякяятаскэй нагрузка иМявдалось некоторое уплотнэ-. 1Ш образт$>з хшовзгого посга, а коэффициент Пуассона для перЕояа<шшз джотаес ооскоэ после приложения циклической «агруэкз оказался равным 0,27-0,31,

В «гзтвэртоЗ главе рассмотрены результаты натурных экс-сзрЕйзятальных исследований радоты фундаментов на пкловатых сосках при насыщении этих грунтов водой керосином и сырой нэфгья.

Натурные исследования проводились на экспериментальных полигонах, расположенных на Северо-Восточном побережье Каспийского моря в пос. Карнтон и г. Кульсары.

В главе сформулированы задачи натурных полевых исследований и подробно описаны ияяенерно-геодогичаскяе условия экспериментальных полигонов. С экспериментальных площадок были отобраны образцы грунта, которыо была исследованы в лаборатории Гурьевского отделения КазГШЗа и в лаборатории ШИГШС при ШСИ .им. В.В.Куйбышева.

В лаборатории были определены физические, деформационные, прочности и фильтрационные свойства грунтов, залегшен щих в основании экспериментальных полигонов. При этом часть образцов была исследована при различной степени водонасщения, а исследования другой части образцов грунта проводились при насщенпи их керосином или сырой нефтью, и для этих грунтов

определялись деформационные и прочностные, свойства.

В качестве основного•опытного фундамента использовался жесткий металлический круглый штамп площадью 10 тыс. см? (диаметром 112 см). Опытный штамп устанавливался на тонкий слой цементного раствора толщиной до 25 мм, в который закладывались меедозы. Нагружение штампов в обоих экспериментальных полигонах проводилось с использованием гидравлического домкрата грузоподъемностью 200 тонн..

Все опыты на экспериментальных полигонах проводились по следующей методике. В первой серии опытов штамп нагружался на маловлажных пилеватых песках. Нагрузка прикладывалась сле-дунцими ступенями: 0,025 МПа, 0,05 Ша, 0,1 Ша, 0,2 Ша, 0,3 Ша. После установления стабилизации осадок, соответствующих каждой ступени нагружения, штамп разгружался по следуидей схеме: 0,3 Ша, 0,05 Ша, 0,025 Ша и 0.

После разгрузки штампа, на расстоянии 70-90см от края фундамента по периметру отрывалась траншея глубиной до 50 см* Эта траншея заполнялась в одной серии опытов водой, во второй-керосином и в третьей - сырой нефтью. На каждой площадке было выполнено пять штамповых опытов в пяти местах, при этом опыты с замачиванием грунтов водой на каждом экспериментальном полигоне проводились без покорности, а опыты с замачиванием основания штампа керосином и сырой нефтью проводились с двухкратной довторностыо.

На каждой экспериментальной площадке в трех опытах проводилось измерение контактных напряжений. Для измерения напряжений применялись месдозы конструкции ЦНМЖ диаметром 70 мм.

В двух опытах на площадке поо. Каратон под центром штампа в ташцу льшеватых песков основания на глубинах до 1,9 м были

уотаноменц меадозы.

Методика закладки мвсцоз а грунтовоо основание била принята сяедущая. 11а месте размещения будущего штампа отрывал-оя ярияыок (дааиэтром яо низу около 30 ом), Дно прнямаа тщательно выразшхзалось, засыпалось слоем яэока, толщиной 10-Хбсм.

. По мэре засшкя песка производилось уплотненна засыпанного моя деревянной тргшбовкой. Чораз определенное расстояние яо по вцсото уклоднвалаоь ояодупцая тсдоэа. Поело укладка каждой шодозы проворжгаоь во пригодность с помочь*» цифрового из-морптоля деформации КИЦ-З. Затом укладывались остальные мес-дози.

Определение взртякаяышх надряадняй под цэнтром штампа предварительно проводилось по<ш» установки круглого штампа на иаловдоакыэ пштаватиэ пасет основания. Затем штамп нагру-яался уаазашшш: вьио ступенягя до 0,3 «ïïla. После кахдой приложенной ступонп нагрузка к штампу определялось напретвшш в • точках расаслсязетя мзоцоз. Обычно определение показаний мео-доз прогсдяяось ка шиоо трех раз в течение 16-60 минут после праясззшя о'ародной отупеет нагрузка к штампу. Каждая пооло- ' дуздая ступэнь нагрузки к втшпу производилась только после того, аав была установлена стабилизация осадки штампа от предыдущей ступени нагруженил.

Одна из задач натурных полевых исследований состояла в определении "коэффициента перехода" от значения модуля деформации, определенного в компрессионных оаытах, к значению модуля деформации, установленного по результатам ытаыповых испытаний, для маловлалшых и водонасыщенннх пытеватых песков при насицошш их керосином и сырой нефтью.

lia экспериментальном паллгоно г. Кульсарн било проведено шесть шт шлю и их опытов с изойрешшк напряжений по контакту

основания оо штампом*и вертикальных напряжении под центром штампа по глубине массива грунта.

Вое ме адовы устанавливались рабочей поверхностью вниз на расстоянии 40-50 ом от края штампа, на расстоянии 190-200мм от края штампа и под центром штампа. Меодозы до начала установки тарировалиоь и обмазывались техническим вазелином о целью предотвращения оцепления с цементным раствором.

Напряжение в меодозах, расположенных в основании штампа, измерялось после стабилизации ооадок при каждой приложенной отупели нагружения.

В первой серии опытов штамп устанавливался на маловлажные пшшватые пеоки и нагрухалоя и нагружался ступенями давления 0,025 МПа", 0,05 МИа, 0,1 Ш1а, 0,2 Ш1а, 0,3 Ша, После . определения контактных напряжений при среднем давлении под подошвой штампа 0,3 Ша производилась полная разгрузка опытного штампа и проводилось измерение остаточных контактных напряжений.

Во второй оерии опытов через кольцевую траншею, отрытую на глубине 0,6 м вокруг штампа по периметру на расстоянии I м от крал штампа, производилось замачивание грунтов основания водой, в опыте 4 - керосином, в опыте С - сырой нефтью. Опыты 3 и 5 проводились по аналогии с опытом I, т.е. первоначально во всех опытах во всех точках опытного полигона опытный штамп устанавливался на маловлажные пыле'ватые пески.

Анализ результатов проведенных полевых исследований позволяет сделать выводы. '

Значения модуля деформации для маловлажных пшеватих песков рыхлого сложения оказалиоь на 10-3^ больше значений модуля деформации при насыцошш грунтов основания водой, керо-

оинои в сирой нефтью.

Модуль деформации рыхлых пылеватых пеоков, насщенных водой оказалоя практически равным модули деформации песков, насыщенных керосином, для одних и тех же диапазонов давления. При насщении пылеватых деоков сырой нефтью модуль общей деформации оказался меньше, чем модуль деформации водо-наоыценного пылеватого пеока, па 17-28^.

Скорость протекания осадок штампа на маловлажных и водо-» с наощвшшх рыхлых пылеватых песках а на рыхлых пеоках, насыщенных керосином оказалась очень высокой. Можно считать, что .стабилизация осадки наотупаат в течение часа о начала нагру-жения. Однако для рыхлых пылеватых пеоков, наоыденных сырой нефтью, осадка штампа для некоторых ступеней нагружения продолжалась до 30 часов.

Сопоставлений значений модуля деформации рыхлых пылеватых пеоков, определенных о компрессионных приборах, оо значениями модуля деформации, определенных а полевых условиях Показало, что при одинаковых диапазонах действующего давленая для малонлажных рыхлых пылеватых пеоков это соотношение составляет 1,3-2,6, для водонасщенных рыхлых пылеватых пеоков - 1,16-1,85, для рыхлых пылеватых песков, насиненных керосином - 1,15-1,75 в для рыхлых пеоков, наскценных сырой нефтью - 1,10-1,48,

Исследование распределения контактных напряжений в основании штампа показало, что форма эпюры контактных напряжений для рыхлых пылеватых песков в иалоалажком состояния, при насщении их водой, керосином и сырой нефтью удовлетворительно соответствует теоретической эпюре И.Я.Штаерманя (тоорял упругости с учетом небольшого закругления краев итпмлл)«

Установлено, что форма эпюр контактных напряжений для маловлажных, водонасыцешшх и пропитанных керосином пылева-тых песков оказалась практически одинаковой. Однако при превышении давления 0,1 Ша к штампу, расположенному на рыхлых пылеватых песках, пропитанных сырой нефтью, контактные напряжения под краями штампа возрастали медленнее, чем для песков, насыщенных керосином и водой. При этом в средней части опытного фундамента контактные напряжения оказались более высокие.

Экспериментальные исследования распределения вертикальных напряжений под центром штампа при его натружении на маловлажных, насыщенных водой, керосином иоырой нефтью пылеватых песков, позволили установить, что характер графика распределения вертикальных напряжений по глубине песчаного массива несколько отличается от принятого метода определения активной зоны под штампом.

Для маловлажных пылеватых песков глубина сжимаемой зоны оказалась равной I м. Для песков, насиненных керосином и сырой нефтью, глубина активной зоны была несколько больше (около 1,7 м), даже при давлениях, равных 0,3 Ша.

Проведенные нами натурные полевые опиты с измерением ¡вертикальных напряжений по глубине сжимаемого массива подтвердили результаты испытаний, выполненных Л.Аликонисом, Л.М.Рыжовыц И.Г.Тахировым и др.

Следует отметить, что вертикальные напряжения но глубине грунта под штампом быстро возрастали по мере увеличения нагрузки. В опытах о песками, насыщенными сирой нефтью, максимальная стабильная величина напряжений в ыесдозе была установлена чорез 2 часа после приложения нагруаки.

ОСНОВНЫЕ ВЫВСДЫ

1. На территории Северо-Восточного побережья Каспийского моря (Казахстан), где обнаружены большие запасы нефти и газа (Гурьевская и Мангиотауская облаоти), на глубине 4-11 м залегают водонасиценные пшгаиатые пеоки и легкие супеои. В результате начала освоения Тенгизского нефтяного месторождения значительная часть дцлеватых песков в этом регионе оказалаоь насиненной нефтепродуктами. При строительстве земляных дамб, промышленных и гражданских зданий и сооружений на таких грунтах наблюдалась деформации и осадка строящихся объектов. В овязи о тем, что на многих учаотках Свверо-Воотопного побережья Каспийского моря пшеватие пески находятоя в рыхлом состоянии а соглаоно С1М1 11-7-31 сейсмичность таких районов повышается на I балл, то при проектировании оснований зданий и сооружений на пылезатых носках следует учитывать сейсмическое воздействие в 7 баллов.

2. В результате проведенных лабораторных исследований деформируемости пыловатнх пеокоэ различной плотности б ал о установлено, что прд насщвкпи песка керосином значение комлрос-сионного модуля деформации было на 20-36;? меньше значения модуля деформация водонасщениого пцлаватого песка рыхлого сложения. При насвдетш пнлеватых песков такой пористости сырой нофгья кошрессиошнй модуль деформации оказался на 0-201 меньше значения модуля деформации водонасиденного пилеватого песка рыхлого сложения. Результаты компрессионных опытов пнлеватых песков плотного и среднеплотного слскопил показали, что значения '.'.одуля деформации лилеватих песков при насшэюш их керосином и сирой нефтью уменьшаются на 3-16^.

3. Лабораторные исследования прочностных свойств пила-ват ых песков различной плотности на приборах трехосного-сжатия и на сдвиговых приборах показали, что при насыщении рыхлого песка керосином угол внутренного.трения уменьшается на 4-6° по сравнению с аналогичной характеристикой образца во-донасиценного пылеватого песка и на 2-3° больше значения угла внутренного трения образца песка, насыщенного сырой нефтью. Исследования; прочностных свойств пылеватых песков плотного и среднеплотного сложения не показали существенного изменения характеристик прочности при насыщении водой, керосином и сырой нефтью. При насыщении образцов пылеватого песка керосином и сырой нефтью срез образца начинался при меньших деформациях, чем при срезе водонасиценного образца песка такой же плотности.

' 4. Исследования процессов плывунности по изменению угла естественного откоса для образцов пылеватых песков, отобранных из оснований сооружений г. Кульсары (Казахстан) и пос. Алакуртти (Карелия) показали, что при наличии пылеватых и глинистых частиц более 18$ наблюдается резкое снижение угла естественного откоса (менее II0). Дри увеличении содержания глинистых частиц до пылеватых частиц до 13% угол естественного откоса составил 7-8° (по классификации Ю.М.Абелева/1947г./ при угле естественного откоса водонасыщенных пылеватых песков менее 11°, такие пески относятся к плывунам). При насыщении . рыхлых пылеватых пеоков керооином угол естественного откоса оказался на 2-3° меньше, чем у водонасыщенных образцов песка , такой ке плотности.

Б. Исследования изменения свойств пылеватых песков различной плотности и различной влажности при многократных циклических нагружениях, проведенные на приборе трехосного скатил

конструкции Э.И.Воронцова (С-62) показали, что прочностные характеристики образцов пылеватых пеоков не зависели от начальной плотности и влажности грунтов, После обессоливанил и приложения циклических нагрузок к образцам засаленных песков было установлено повышение угла внутреннего трения на 3-4°. Модуль деформации рыхлых пылеватых песков при приложении к образцам циклической нагрузки существенно изменялся в зависимости от степени водонасодэння и бия ракэн з мапоалажном состояния 7,6 Ша, а после водоиасицения - 3,0-4,5 М11а. Модуль деформации плотных и среднеллотных пылеватых песков не зависел от степени водонасвдения и изменялся от 8,9 Ша до 10,7 Ша.

6. Натурные экспериментальные исследования, проведенные на жестких металлических круглых штампах площадью 10 тыс. а? К выполненные на экспериментальных площадках поо. Каратон и г. Пульсары (Казахстан) о измерением контактных напряжений под подошвой штампов, в основании которых залегали пылеватна пески насиненные водой, керосином и сырой нефтью, позволили установить следующее.

При нагружении штампов до величины среднего давления 0,1 МИа дод подошвой штампа форма эпюр контактных напряжений для маловлажных, водояасыщенных, пропитанных керосином и сырой нефтью пылеватых пеоков оказалась практически одинаковой. При превышении среднего давления ОД Ша под подошвой штампа , расположенного на рыхлых пылеватых песках, пропитанных сырой нефтью, контактные напряжения под краями штампа возрастали медленнее, чем для пылеватых песков, насыщенных керосином или водой. В средней части подошвы штампа контактные напряжения оказались более выбокими.

. 7. Сравнение значений модуля деформации рыхлых пылеватых

пеоков, определенных в компрессионных приборах, оо значениями модуля деформации, определенных по результатам штамповых испытаний, показало, что при одинаковых диапазонах действующего дамения, дня маяовлежных рыхлых пилеватых пеоков это соотношение ооотавило 1,3-2,в, для водонасщенных рыхлых пы-леватых песков, наоиценных керосином - 1,15-1,75 и для рыхлых песков, наоыщенных сырой нефть» - 1,10-1,48.

0. Результаты проведенных исследований свойств пыле ватых пэоков Северо-Вооточного побережья Каспийского моря были попользованы при проектировании и отроит ель от г.в природоохранных дамб вокруг Тенгизского нефтяного месторождения, нефтеперегонного завода вблизи г. Кульоары и при устройстве фундаментов жилых зданий в г. Кульоары (Казахстан), От внедрения результатов исследований был получен экономический эффект в оумме 945 тыо. руб. (в ценах 1990 г.).

Основное содержание диссертации опубликовано.в следующих работах. •

1. Симонов Л.В., Абильдш Б.К. Проектирование и строительство природоохранных земляных дамб на слабых пылеватых песках. Проектирование и инженерные нзыокания, - М., -1990, № 5.

- С. 30-31.

2. Абилвдин Б.К. Особенности уплотнения пилеват юс лесков при насыщении их нефтепродуктами. Тезисы докладов, к республиканской научнб-техничеокой конференции, проблемы развития технологии строительства. - Караганда,-1991, - 0. 42-44.

Подписано в печать 1.10.93 Формат 60x64^/16 Печать офс.

11*244 Объем I уч.->«*.«• Т.100 Заказ ^ Бесплатно

Типография КГСУ