автореферат диссертации по строительству, 05.23.02, диссертация на тему:Совершенствование методики оценки деформационных свойств слабых грунтов в основании транспортных сооружений

г

М(/к/-> "Р3®3* РУКОПИСИ

ТРОИЦКАЯ Светлана Евгеньевна

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДИКИ ОЦЕНКИ ДЕФОРМАЦИОННЫХ СВОЙСТВ СЛАБЫХ ГРУНТОВ В ОСНОВАНИИ ТРАНСПОРТНЫХ СООРУЖЕНИЙ

05.23.02 - Основания и фундаменты, подземные сооружения

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Москва-2012

Работа выполнена в Военно-Техническом Университете при Спецстрое РФ и в ОАО «Союздорнии».

Научный руководитель: доктор технических наук Кузахметова Эмма Константиновна.

!

Официальные оппоненты:

Силкин Александр Михайлович, доктор технических наук, профессор, Московский Государственный Университет Природообустройства, заведующий кафедрой «Основания и фундаменты».

Орлов Григорий Геннадьевич, кандидат технических наук, Центральный Научно-Исследовательский Институт Транспортного Строительства, заведующий лабораторией транспортных коммуникаций и экологии.

Ведущая организация: Проектно-изыскательское научно-исследовательское бюро «ГИТЕСТ».

Защита состоится 28 марта 2012г. В 16 часов на заседании диссертационного совета ДМ 218.005.05 Московского государственного университета путей сообщения (МИИТ) по адресу: 127994, ГСП-4, Москва, ул. Образцова, д.9, стр.9, зал заседаний 7-го корпуса МИИТ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГУПС (МИИТ). Отзывы на автореферат диссертации в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью, просим направлять по адресу университета.

Автореферат разослан 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, доцент _ М.В.Шавыкина

Актуальность темы. Необходимость расширения транспортной сети в различных регионах страны, ускорение темпов строительства, сокращение финансирования изыскательских и проектных работ, повышение цен на строительные материалы и их перевозку выдвигают на передний план приоритетность использования местных грунтов. Местные грунты, как правило, переувлажнены, имеют низкую прочность и повышенную сжимаемость. Такие грунты согласно СНиП 2.02.01-83* называются специфическими грунтами, и согласно СНиП 2.05.02-85* - «слабыми». Их использование относится к случаям индивидуального проектирования, включающего определение показателей механических свойств грунтов и специальные расчёты конструкции сооружения. Как показала практика, даже при индивидуальном подходе имеется отрицательный опыт строительства. Один из путей обеспечения надёжности назначения конструкции инженерного сооружения - достоверная оценка свойств используемых грунтов в сооружении и в его основании, в том числе и деформационных, предопределяемая правильностью учета поведения грунта в системе «сооружение - основание», то есть с учетом техногенного воздействия. В связи с отмеченным, тема данной диссертации является важной и актуальной.

Целью исследования является повышение точности определения характеристик сжимаемости слабых грунтов различных разновидностей за счёт учёта специфики деформационных свойств и реальных условий их (грунтов) работы по отжатию поровой воды в системе «сооружение - грунтовое основание» в компрессионно-консолидационных испытаниях.

Задачи исследования. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1 .Теоретически обосновать необходимость и возможность совершенствования методики расчета и определения деформационных свойств слабых фунтов в части приближения условий испытания к реальным условиям их работы в конструкции.

2.Проверить правомочность использования в расчетах изменения при статическом уплотнении «геометрической» пористости грунта, согласно классической механике грунтов.

3.У совершенствовать конструкцию одометра за счёт увеличения его функциональных возможностей. Создать опытный образец компрессионного прибора и провести его экспериментальную проверку.

4.Разработать для практики методику компрессионных и консолидационных испытаний слабых грунтов с учетом нового подхода к оценке деформационных свойств и одометра измененной конструкции.

Научная новизна диссертационной работы заключается в теоретическом обосновании методики определения показателей деформационных свойств слабых грунтов с учетом «активной» пористости грунта и различного характера отжатия поровой воды при его статическом уплотнении в системе «сооружение -грунтовое основание» с помощью предлагаемых расчетных методов, а также расширения функциональных возможностей одометра компрессионного прибора путем усовершенствования его конструкции.

Практическая значимость диссертационной работы заключается:

1) в повышении точности расчетов показателей механических свойств слабых грунтов за счет учета их «работающей» («активной») пористости в процессе статического уплотнения под нагрузкой от веса сооружения;

2) в повышении достоверности определения показателей деформируемости слабых грунтов с помощью одометра усовершенствованной конструкции за счет учета условий механического отжатия поровой воды в процессе уплотнения, то есть техногенного воздействия;

3) в разработке методики компрессионно-консолидационных испытаний слабых фунтов для инженерной практики с учетом предлагаемого подхода.

Методика проведения компрессионно-консолидационных испытаний и опытный образец компрессионного прибора предлагаемой конструкции были использованы при оценке эксплуатационной надёжности земляного полотна Северной железной дороги на 1080 км участка Обозёрская - Архангельск (акт по установленной форме прилагается).

На защиту выносятся:

1. Теоретически и экспериментально подтвержденная усовершенствованная методология оценки показателей деформационных свойств слабых грунтов, включающая расчет «активной» пористости грунта и реальные условия отжатия поровой воды в процессе его уплотнения.

2. Рекомендации по практическому определению компрессионно-консолидационных характеристик фунтов на приборе усовершенствованной конструкции.

Достоверность результатов подтверждена экспериментальной проверкой предлагаемой методики оценки характеристик сжимаемости слабых фунтов, а именно: результатами расчетов осадки на основе данных компрессионно-консолидационных испытаний нескольких разновидностей слабых фунтов и реального объекта на основе данных центробежного моделирования.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались: на V научно-технической конференции с международным участием

«Современные проблемы проектирования, строительства и эксплуатации железнодорожного пути», посвящённой памяти Шахунянца Г.М. (2008 г.); на расширенном заседании кафедры «Аэродромы и дороги» ВТУ при Спецстрое РФ (2011 г.г.); на расширенном методическом совещании лаборатории земляного полотна, геотехники и геосинтетики ОАО «СоюздорНИИ» (2009, 2011 г.г.); на XII научно-практической конференции «Безопасность движения поездов» (2011 г.).

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 10 работ, в том числе 2 - в издании перечня ВАК по специальностям 05.23.11 и 05.23.02.

Объём и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении изложены современные тенденции и проблемы транспортного строительства. Даны общие выводы по состоянию вопроса оценки деформационных свойств слабых грунтов и по состоянию их учета при проектировании на примере строительства автомобильных дорог. На основании этого обоснована актуальность темы диссертации, сформулирована цель исследований и задачи диссертационной работы, указаны методы исследований и границы их применимости.

В первой главе даётся анализ начального состояния и свойств наиболее часто используемых в транспортном строительстве местных слабых грунтов и существующих методик определения характеристик их деформационных свойств. Анализ выполнен с учетом основополагающих работ по механике грунтов Гольдштейна М.Н., Маслова H.H., Терцаги К., Цытовича H.A., Шахунянца Г.М. и других ученых. Основные исследования, касающиеся изучения свойств и поведения связных немёрзлых слабых грунтов ненарушенного сложения, то есть грунтов в основании, выполнялись в Союздорнии и в его филиалах Архиповой В.Ф., Бирюковым Н.С., Евгеньевым И.Е., Казарновским В.Д., Кузахметовой Э.К., Полуновским А.Г., Чернявской Л.И., Яромко В.Н. и др. Основные работы по изучению свойств и поведения грунтов с техногенной структурой, то есть грунтов в насыпи, выполнялись также в Союздорнии и в его филиалах учёными Васильевым Ю.М., Добровым Э.М., Кузахметовой Э.К., Львовичем Ю.М., Неплановой P.E. и др. В железнодорожном строительстве подобные исследования проводили Викторов И.И., Канатов И.И., Ордуянц К.С., Пересиленков С.Г., Сидоров H.H., Ткаченко A.A., Шахунянц Г.М., а позднее Яковлева Т.Г., Прокудин И.В., Ашпиз Е.С., Виноградов В.В.

Анализ автором состояния, свойств и поведения слабых грунтов (торф, ил, сапропель, заторфованные грунты, глинистые грунты повышенной влажности) в основании земляного полотна и анализ, приведённый в работах указанных учёных, показал, что в случае использования перечисленных грунтов при проектировании дорожных объектов должны быть учтены не только особенности их свойств, но и условия работы в конструкции, то есть в системе «сооружение - грунт». Основные из них: 1) нагрузка от веса сооружения; 2) мерность задачи (одномерная, двухмерная); 3) режим нагружения (возведения насыпи); 4) условия дренирования слабой толши (одностороннее, двухстороннее); 5) условия отжатая из неё поровой воды (открытая схема, закрытая схема).

По поводу учёта влияния первых четырёх факторов на поведение грунта в зоне действия сооружения имеется достаточно много теоретических разработок и практических рекомендаций во всех областях строительства, в их числе: Флорина В.А., Цытовича H.A., Шахунянца Г.М., Малышева М.В., Болдырева Г.Г., Васильева Ю.М., Маслова H.H., Казарновского В.Д., Доброва Э.М., Кузнецовой Л И., Яковлевой Т.Г., Силкина A.M., Зиангирова P.C., Ашпиза Е С., Виноградова В.В. и др. В соответствующих СНиП, Строительных правилах и в Пособиях к ним даны рекомендации по учёту данных условий работы фунта в расчётах и при определении свойств грунтов.

Учёт влияния последнего фактора при назначении дорожной конструкции впервые был предложен Кузахметовой Э.К. на основании многолетних теоретических и экспериментальных исследований деформационных свойств слабых грунтов. С использованием нового критерия сжимаемости и фильтрации определяется часть в основании, в которой грунт работает в условиях открытой и закрытой системы. Вполне очевидно, что выделение указанных условий отжатия поровой воды из слабой толщи повышает точность и надёжность индивидуального проектирования, поскольку методы расчета, их результаты и мероприятия по ускорению осадки для указанных вариантов схем разные по сложности дополнительных мероприятий и их стоимости.

В связи с этим, возникает вопрос о соответствии в ряде случаев условий геотехнической оценки свойств грунтов по общепринятой методике реальным условиям их (грунтов) работы в конструкции. Предварительные исследования компрессионно-консолидационных испытаний слабых фунтов различных разновидностей с высокой влажностью, проведённые в Союздорнии Кузахметовой Э.К., а затем диссертантом, показали, что при некотором сочетании начального состояния фунта и величины уплотняющей нафузки процесс консолидации в опыте «угнетается».

Поэтому дальнейшие исследования деформационных свойств слабых грунтов невозможны без анализа принципов работы компрессионного прибора. Конструкция одометра, в том числе и перфорация штампов, разрабатывались в тот период строительной практики, когда инженерные сооружения проектировали в основном на глинистых фунтах тугопластичной консистенции, реже, мягкопластичной. Затем по целому ряду причин началось в больших объёмах использование органических, органоминеральных высокой влажности и минеральных грунтов мягкопластичной и текучепластичной консистенций. Коэффициент фильтрации таких грунтов в десятки и более раз выше, чем у ранее используемых. Однако правомерность их испытаний на компрессионном приборе старой конструкции не изучалась.

К настоящему времени имеется несколько крупных монографий отечественных и зарубежных учёных (Амарян JI.C., Болдырев Г.Г., Зиангиров P.C. и др.), в которых проведён обзор и анализ разработанных компрессионных приборов и методов испытаний на них. Вместе с тем и в этих работах возможности моделирования в эксперименте условий открытой системы для различных грунтов с широким диапазоном изменения фильтрационных свойств не исследовались. В связи с этим, а также в связи с тем, что очевидна значимость воспроизводства в опыте реальных условий отжатия поровой воды из слабой толщи под нагрузкой от веса сооружения, намечены теоретические и экспериментальные исследования диссертанта.

Методы оценки прочностных и деформационных свойств грунтов в лабораторных условиях для строительных целей установлены ГОСТ 12248-96. Для определения характеристик сжимаемости широкое распространение в лабораторной практике получили приборы отечественного производства: компрессионный прибор системы Гидропроекта («Гидропроект», г.Москва) и прибор с пневматической системой нагружения компрессионного сжатия, входящий в состав автоматизированного комплекса «АСИС» («Геотек», г.Пенза). Среди приборов зарубежного производства в основном используются приборы фирмы «CONTROLS» (Италия) и фирмы «GIESA» (Германия).

В результате анализа конструкций перечисленных компрессионных приборов диссертантом установлено, что: принципиальных отличий в схеме сжатия в компрессионных приборах нет; приборы, за исключением прибора системы Гидропроекта, автоматизированы, снабжены измерительной аппаратурой и программой испытаний; штампы у всех приборов имеют одинаковую перфорацию, то есть одну и ту же водопропускную способность; моделирование закрытой системы не регламентируется ГОСТ. Для исключения данного недостатка и проведения дальнейших исследований по теме обоснован выбор базовой конструкции компрессионного прибора. В качестве таковой принята

конструкция прибора Гидропроекта, как наиболее широко используемого в производственных лабораториях, с соответствующей его автоматизацией.

В диссертации рассмотрены показатели сжимаемости грунтов, определяемые по результатам компрессионно-консолидационных испытаний. Проанализированы методики оценки деформационных свойств грунтов и методы прогноза осадки с их использованием, разработанные учеными школы Маслова H.H., Сергеева Е.М., Цытовича Н.М., Шахунянца Г.М., с учетом основных видов перемещения воды: 1) фильтрация воды под действием сил механической природы без изменения пористости грунта; 2) миграция поровой воды, вызванная факторами физико-химической природы; 3) выжимание поровой воды при консолидации с непрерывным уменьшением пористости грунта (отжатие). Рассмотрим консолидационный процесс.

Основными консолидационными характеристиками слабых грунтов, например, в дорожной отрасли, являются: коэффициент консолидации (по теории фильтрационной консолидации), обобщенные консолидационные параметры (по Доброву Э.М. - Казарновскому В.Д.) и показатель степени консолидации (по Маслову H.H.). Их достоверная оценка в опыте напрямую зависит от скорости отжатия поровой воды из образца в процессе его сжатия. Поэтому обратим внимание на то, что многие показатели рассчитываются по времени достижения в опыте 50% степени консолидации, которое составляет, как показал анализ многочисленных экспериментов со слабыми грунтами, от 1 до 10 минут. Значит, на точность прогноза прохождения осадки во времени существенное влияние оказывает точность установления именно начального участка кривой консолидации. Отсюда и вытекает важность и необходимость обеспечения истинной скорости отжатия поровой воды из образца, то есть моделирование в опыте реальных условий её отжатия из слоя, находящегося в новом напряженно-деформированном состоянии.

Кроме рассмотренных показателей сжимаемости грунтов было рассмотрено влияние структурных особенностей грунтов, а именно, структурных элементов (твердой части, жидкой и газообразной фаз) на их деформационные характеристики. В настоящее время имеются результаты исследований структуры минеральных фунтов (Горькова И.М., Ларионов А.К., Осипов В.Н., Сергеев Е.М. и др.). Гораздо меньше работ, касающихся исследований структуры органических и органоминеральных грунтов (Амарян JI.C., Лиштван И.И., Печкунов А.П. и др.). Обобщая эти исследования с позиции оценки структурообразующего элемента, можно представить их следующим образом: структурообразующим элементом в минеральных фунтах являются простые частицы (зерна); структурообразующим элементом в органических грунтах являются растительные волокна; структурообразующим элементом в органоминеральных фунтах - смешанные

элементы (зерна и растительные волокна). Зерна (частицы, агрегаты и т.д.) и растительные волокна образуют в объеме грунта сложные сочетания, создающие в совокупности структурную систему со сложной геометрией порового пространства. В настоящее время ученые продолжают исследовать поведение структурных элементов и их взаимодействие под влиянием различных факторов путем анализа показателей структурной системы, к которым относятся: коэффициент пористости, влагоемкость, плотность, удельная поверхность. Это связано с тем, что сжатие грунтов обусловлено нарушением структурных связей на контактах структурных элементов, что влечет за собой изменение объема порового пространства. Рядом ученых установлено наличие в грунтах «активной» пористости, как работающей части от общей пористости, и даны способы её определения. Однако отсутствуют исследования, посвященные оценке величины «активной» пористости для различных грунтов и их состояния при прогнозе осадки сооружения.

В связи с отмеченным, одной из задач, решающихся в диссертационной работе, в части учета истинного характера изменения пористости грунта в процессе статического уплотнения, является выбор методики определения изменения пористости минеральных, органоминеральных и органических грунтов в диапазоне реальных нагрузок от веса сооружения и оценка необходимости её учета при прогнозе осадки. Проанализированы методики и способы моделирования в компрессионно-консолидационных испытаниях условий работы грунтов в системе «насыпь - слабый грунт», основные из них изложены в «Пособии по проектированию земляного полотна автомобильных дорог на слабых грунтах» (2004 г.). Однако в указанном документе такие испытания ориентированы на компрессионные приборы существующей конструкции. В связи с разнообразием разновидностей слабых грунтов и условий их залегания встаёт всё тот же актуальный вопрос: «во всех ли случаях существующие приборы позволяют их моделировать»? Такими выводами завершен анализ состояния вопросов по теме диссертации.

Во второй главе рассматривается зависимость получаемых в результате компрессионно-консолидационных испытаний деформационных характеристик слабых грунтов от их начального состояния и условий отжатия поровой воды в процессе статического уплотнения. Показана возможность моделирования в опыте реальных фильтрационно-консолидационных свойств слабых грунтов. Проведено теоретическое обоснование новой конструкции компрессионного прибора для расширения его функциональных возможностей. За основу были взяты исследования совместного влияния на закономерности осадки внутренних факторов (состава, состояния грунта, физико-механических характеристик) и внешних факторов (величина нагрузки, режим её приложения, условия

дренирования). Так, Яромко В.Н. для торфяных грунтов ненарушенной структуры, а Кузахметовой Э.К. для глинистых грунтов с влажностью выше оптимальной с техногенной структурой сделан одинаковый вывод, что при современном разнообразии условий строительства в общем случае консолидационная кривая вида Е = может состоять из четырёх участков после условно-мгновенной осадки, отражающих соответствующие этапы консолидации. Их скорость предопределена различным поведением грунта. Причем, в зависимости от соотношения начального состояния грунта и величины нагрузки процесс консолидации может состоять и из меньшего числа этапов консолидации (два или три) и в различном их сочетании в отличие от общепринятого подхода. Отклонение консолидации от классического её описания отмечено и в других работах (Гольдштейн М.Н., Зиангиров P.C., Кузнецова Л.И., Месчян С.Р., Яковлева Т.Г. и др.). Их анализ показал: 1) можно выделить три основных вида консолидационного процесса: первый, при котором скорость осадки до 80...90% степени консолидации обусловлена фильтрационно-консолидационными свойствами грунта; второй, при котором скорость осадки предопределяется вязкостными свойствами поровой воды и скелета грунта; третий, при котором скорость осадки зависит от совместного влияния фильтрационно-консолидационных свойств и ползучести скелета грунта. 2) у некоторых грунтов наблюдается структурная прочность грунта на сжатие и значительная по величине условно-мгновенная осадка. 3) во всех случаях после их преодоления наиболее интенсивное снижение влажности грунтов происходит в начале процесса уплотнения, её уменьшение сопровождается рассеиванием порового давления.

Значит, весьма важно в опыте на компрессию и консолидацию обеспечить беспрепятственное отжатие поровой воды, если в натуре имеет место дренированное сжатие, или его исключить, если в натуре имеет место недренированное сжатие. Здесь следует отметить, что беспрепятственное отжатие поровой воды из образца - одно из главных требований к компрессионному прибору, указанному в ГОСТ12248-96. Понятие «дренированное» и «недренированное» сжатие введено применительно к компрессии впервые. Для решения этой задачи одометр рассматривается как единая система, но состоящая из двух подсистем: первая - штамп одометра, вторая - образец грунта. Отсюда напрашивается вывод, что, хотя бы приблизительно, штамп должен моделировать фильтрационно-консолидационную способность грунтового сооружения, а образец - слабое основание исследуемой толщи.

Далее для характеристики указанных подсистем рассмотрена реальная конструкция. Осадка насыпи, отсыпанной из кондиционных фунтов, которые уплотнены до требуемой плотности, составляет не более 2...5% от её высоты, что

входит в предел точности оценки деформационных свойств в компрессионном приборе согласно ГОСТ 12248-96. Осадка грунтов основания в зависимости от их разновидности, состояния и величины уплотняющей нагрузки может составить 20...50% от его мощности. К грунту нижней части основания предъявляется требование его принадлежности к дренирующим для отвода отжимаемой воды из основания. Так как осадка грунта насыпи ничтожно мала по отношению к осадке грунта в основании, то штамп может быть выполнен жестким. (Для уменьшения нагрузки от штампа одометра на образец слабого грунта целесообразно изготовление штампа из пластмассы). Из соотношения фильтрационных свойств этих подсистем следует, что водопропускная способность штампа должна воспроизводить беспрепятственное отжатие воды из образца.

Для решения данной задачи теоретически обоснована возможность увеличения фильтрационной способности штампа одометра с точки зрения законов гидравлики. Фильтрация поровой жидкости через отверстие в штампе прибора рассматривается как истечение жидкости через цилиндрический насадок, который представляет собой короткую трубку, (2...6)с1 без закругления входной кромки. Расход жидкости через один насадок рассчитан по известной формуле с учетом диаметра отверстия (перфорации) в существующих одометрах:

£? = ,« (!) где Р - атмосферное давление, Па; Р> - давление на образец, Па\

Н/ г У'

Р - плотность воды, /м ; В - ускорение силы тяжести, ' с ;

о 2

0 - площадь отверстия (насадка), м ; Р - осреднённое значение коэффициента расхода для маловязких жидкостей (вода) в режиме истечения через цилиндрический насадок.

Расход жидкости через весь штамп определён по формуле:

(2)

где к - число отверстий в штампе.

Сжатие водонасыщенного грунта происходит, главным образом, за счёт отжатия воды и сопровождается изменением его пористости. Причем, отжимается только определенный объём воды, который зависит от соотношения внешних и внутренних факторов. Это происходит от того, что не все поры в грунте гидравлически связаны между собой, и имеются замкнутые поры. Кроме того, в процессе уплотнения отжимается вода определенного вида (свободная и рыхлосвязанная). Конкретные понятия «гидравлической активной пористости» и «частичной активной пористости», а также методики их определения для решения частных инженерных задач были даны Ларионовым А.К. Применительно к решению нашей задачи мы впервые предлагаем ориентироваться не на

геометрическую пористость грунта, а на его исчезнувшую при уплотнении, то есть «активную» пористость (е°"").

В настоящее время определение деформационных характеристик грунтов базируется на основе фазовой модели К.Терцаги - Н.М.Герсеванова, согласно которой грунтовая масса состоит из твердых частиц, перемежающихся с пустотами, которые заполнены водой и воздухом. На основе этой модели был выведен первый закон механики грунтов, по формулам которого объёмы жидкой (п) и твердой (m) фаз рассчитываются с использованием плотности частиц грунта (геометрические объемы для данного вида грунта и его состояния), а коэффициент пористости (е) определяется соотношениями

е = п/ =п/ -Ps~Pd/

/m /1 -п / pé ^

Коэффициент пористости является объёмной характеристикой грунта, как в его природном состоянии, так и в напряженно-деформированном состоянии под нагрузкой от веса сооружения. Для характеристики физических свойств грунта подобной оценки вполне достаточно, а для механических свойств - нет. Для достоверного прогноза осадки необходимо знать «активную» («работающую») пористость, участвующую в процессе сжатия, то есть «живую», а не «мертвую» (замкнутые поры, защемленные газы и др.). Согласно нашим исследованиям и исследованиям других ученых (Амарян Л.С., Ларионов А.К. и др.) «активную» пористость можно находить по результатам компрессионных испытаний после стабилизации деформации под каждой ступенью нагрузки.

Изменение коэффициента пористости (Де') при уплотнении под нагрузкой

р

( ■')составит:

Ле, =е0-Дnjm ^

где е° - начальный коэффициент пористости, - изменение объема пор.

Соотнесем величину изменения объема пор i

высотой (Л) и площадью поперечного сечения образца

à

Объем твердой фазы будет равен:

m = Fh 1/1 + е0 (6).

В принятой в механике грунтов механической модели водонасыщенного

р

грунта поперечное сечение образца грунта складывается из твердой фазы ( ') и р

жидкой фазы ( »), то есть

F = F.+F, (7).

Ранее было отмечено, что в процессе уплотнения часть пор остается неизменной.

г р

Иными словами, могут быть активные поры ( "■) и пассивные поры (•" ). В

Соотнесем величину изменения объема пор (Д"') с осадкой образца (S|) чного сечения

Дл( = РИ ■ 5,. /Л ^

процессе уплотнения в образце будет изменяться объём твёрдой фазы и объём активных пор:

Л^Х^+^.М,/* (8)

17 , 17 _ 17' д

Если принять, что " , то величина изменения объёма пор ( •) будет равна: А- ™ ■ $(9).

Тогда An,/m = (l + e0)F■/F■S,/h (Ш)

С учетом выражения (10) запишем формулу для определения изменения коэффициента пористости за счет уменьшения объема твердой фазы и активной

пористости грунта: е( - ео = 0 + «о) ■ ^ (11).

Отсюда следует, что разница в расчетах коэффициента пористости с учетом изменения «геометрической» пористости и «активной» предопределяется

отношением ? = А. Для нахождения последней подобрана соответствующая методика. За её основу принято, что величина е°™ равнозначна потере влажности полностью водонасыщенного грунта. В связи с этим её величину правомочно находить по потере образца в весе в процессе компрессионных испытаний. Контроль влажности образца после стабилизации деформации под каждой ступенью нагрузки позволяет установить искомую величину е°т, эквивалентную объёму гидравлически связанной отжатой воды.

По этому принципу определена средняя величина «активной» пористости для нескольких видов слабых грунтов при уплотнении под первой из регламентированных ступеней нагрузки. Исходя из установленных данных, назначен новый диаметр отверстий штампа одометра. Переход от коэффициента активной пористости к диаметру отверстий выполнен на основе геометрических расчетов. К примеру, средние значения коэффициента пористости глинистых грунтов текучепластичной консистенции равны 0,5... 3,0. При значении коэффициента пористости е = °'5 пористость грунта, составляет примерно 33%. Проведен расчет для образца грунта, загруженного в рабочее кольцо одометра высотой а=2 см ; площадью ^=40 сл<:; объёмом ^ =80 см'. По результатам компрессионных испытаний и по известной зависимости пористости, п, от общего

объёма грунта, у, и общего объёма пор, установлено: У" = 1(>>Лсм . Если

V

перевести вес отжатой поровой воды на объём, то он составит: от

Кя>ы = 26,4см' •1/10=2,64сл<' К,„,„ = 26,4см' ■ 1/5 = 5,28см' Это означаеТ) что должно

быть обеспечено беспрепятственное отжатие поровой воды от 2,64 см до 5,28 см

р

от общего объёма пор. Рассчитано поперечное сечение активной пористости, ■"», при условии равномерного распределения пор в грунте образца по формуле:

где * - высота рабочего кольца (образца).

Получено, что при =2,64 см> поперечное сечение активных пор составит:

^•'=1,32 см', а при ^•">"=5,28 — =2,64 см*. Затем рассчитана площадь отверстий штампа одометра с диаметром отверстий 1 мм и количеством * =72 шт., то есть в одометре существующей конструкции, по формуле:

^тч.пЧ = ^ ' (13)

где ^ - диаметр отверстий штампов существующих приборов; * - число отверстий в штампе.

(Г 1

Получим, что <"»'™<=0)57 см . Рассчитали эту же величину для нового диаметра отверстий штампа с!=2 мм при сохранении того же их количества. Общая

С 2

площадь отверстий: »»"»=2,26 см . Это означает, что общая площадь отверстий штампа предлагаемой конструкции, •"•■"« , примерно соответствует площади

Р

отжимаемой поровой воды, рассчитанной выше. Следовательно, для

компрессионных приборов с указанным размером рабочего кольца целесообразно принять размер перфорации, равный с!=2 мм.

Аналогичный расчёт проведён и для одометра с высотой рабочего кольца Л=2,5 см, площадью ^=60 СЛ,\ объёмом ^ = 150 . В результате расчётов для таких приборов выбран диаметр отверстий в штампе, равный (1=2,5мм.

Назначение больших диаметров отверстий нецелесообразно, так как при проведении опыта появится риск выхода или отрыва с поровой водой грунтовых частиц.

Новая конструкция прибора предусматривает ещё и создание различных условий фильтрации поровой воды: открытой или закрытой системы отжатия. С этой целью прибор снабжен четырьмя съёмными пластинами: двумя перфорированными и двумя неперфорированными. В зависимости от условий фильтрации воды из образца та или иная пластина присоединяется по резьбе к поршню и к нижней обойме одометра. Для предотвращения испарения влаги из образца предлагается дополнить конструкцию одометра пластмассовой 1фышкой, которая устанавливается поверх штампа прибора, таким образом, чтобы она не препятствовала опусканию верхнего штампа. Схема компрессионного прибора предлагаемой конструкции дана на рисунке 1.

л

ч

4

Рис. 1. Одометр усовершенствованной конструкции:

1 - нижняя обойма; 2 - нижняя пластина; 3 - поршень; А — верхняя пластина; 5 - верхняя

обойма; б - рабочее режущее кольцо; 7 - образец грунта; 8 - направляющее кольцо; 9 - крышка.

Требование к размеру перфорации штампов компрессионного прибора (при сохранении количества отверстий, ", как в существующих конструкциях) выраженЪ условием:

Для практического применения новой конструкции разработана специальная методика компрессионно-консолидационных испытаний, которая изложена в 4-й главе диссертации. В ней содержатся: инструкция по сборке и разборке одометра, порядок эксплуатации при нагрузке, разгрузке и при проведении испытаний, способы обработки результатов компрессионно-консолидационных испытаний.

Анализ физической сущности активной пористости грунта позволил обосновать необходимость использования в расчетах осадки слабых фунтов величины «активной» пористости (е°™), а не геометрической (е'™"). Для полностью водонасыщенных грунтов рассчитывается по изменению

влажности в процессе компрессионных испытаний, а для неполностью водонасыщенных - по деформациям.

Важность именно такого подхода к оценке пористости фунта заключается в повышении точности прогноза осадки. При расчёте осадки через активную пористость мы получаем истинную степень уплотнения фунта, а не завышенную, как при расчете через геометрическую пористость.

Третья глава посвящена экспериментальной проверке предлагаемой методики испытаний и компрессионного прибора предлагаемой конструкции. Даны описания сопоставляемых приборов и методик проведения испытаний. Испытаны слабые фунты нескольких разновидностей (минеральные, органоминеральные, органические) с различным начальным их состоянием.

Одна серия экспериментальных исследований проведена в лаборатории земляного полотна, геотехники и геосинтетики ОАО «Союздорнии». Испытания проводили на компрессионных приборах рычажного типа системы Гидропроекта с

(14),

(15).

площадью штампа 40 сл,г, высотой рабочего кольца 2 см. Серия включала испытания на трёх приборах, один из которых оснащён штампом традиционной конструкции с диаметром отверстий 1 мм, второй - штампом новой конструкции с диаметром отверстий 2 мм, третий - штампом без отверстий. Первые два штампа применяли для созданий условий открытой системы с односторонней фильтрацией вверх; последний - для создания условий, приближенных к закрытой системе. Отмечаем, что те способы, которые применяются для создания односторонней фильтрации, использованы нами для создания закрытой системы. Вторая серия проводилась параллельно в лаборатории кафедры «Путь и путевое хозяйство» МИИТ (ГТУ) на устройствах компрессионного сжатия КППА 60/25 ГТЕК 425420.002 с пневматическим нагружением, которое входит в состав измерительно-вычислительного комплекса «АСИС» ГТЕК 425420.001.

В качестве примера приведены результаты компрессионно-консолидационных испытаний торфа, отобранного из основания насыпи на участке «Вологда - Архангельск» Северной железной дороги. Физические характеристики испытываемого грунта приведены в таблице 1. На рисунках 2 и 3 представлены графики консолидации и компрессии этого грунта.

Анализ экспериментальных исследований показал:

1) хорошую сходимость результатов испытаний на приборе системы Гидропроекта и на приборе КППА комплекса «АСИС», что подтверждает выбор базового прибора; 2) одинаковую водопропускную способность (для данного начального состояния грунтов и величины нагрузки) штампов с существующей перфорацией у сравниваемых компрессионных приборов, то есть рассматриваемая проблема остается нерешенной; 3) кривые консолидации образцов, испытанных в приборе с новым штампом, лежат выше кривых консолидации идентичных образцов, испытанных в приборе существующей конструкции. Разница в величине относительной деформации за одно и то же время прохождения осадки на сопоставляемых консолидационных кривых увеличивается с увеличением начальной влажности образца и величины уплотняющей нагрузки. Расхождения в результатах указанных испытаний с использованием штампов новой и существующей конструкции выходят за пределы допустимой точности определения деформационных характеристик (по ГОСТ 12248-96). При этом расхождения параметров сжимаемости грунтов, испытанных в идентичных условиях в лаборатории Союздорнии на приборах системы Гидропроекта (с использованием штампа существующей конструкции) и МИИТ на приборах комплекса «АСИС», не превышают допустимую точность, установленную ГОСТ 12248-96.

__Таблица 1

Природная влажность Платность Р*г/ 3 /см Плотность сухого грунта РЧ''/ з /см Плотность частиц грунта. Пористость, Коэффициент пористости, е Коэффициент водонаеыщения о

333 0,6 0,14 ] ,39 90 9.03 0,51

0,1 ОД 0,3 0,4 0.5 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 10,0 20,0 40,0

ЙТУШ инн I сТ

Рис.2. Кривые консолидации торфа при Р=0,025 МПа:

* - Кривая консолидации» подученная после испытаний в одометре новой конструкции. •• - Кривая консолидации, полученная после испытаний в одометре прибора системы Гидропроекта. *** - Кривая консолидации, полученная после испытаний на приборе КПП А системы «АСИС».

3 0

1 |

Вептимгтьнл» ил (гелия МПл

Рис.3. Компрессионные кривые торфа:

* - Компрессионная кривая, полученная после испытаний в одометре новой конструкции. •• - Компрессионная кривая, полученная после испытаний в одометре прибора системы Гидропроекта. *** - Компрессионная кривая, полученная после испытаний на приборе КЛПА системы «АСИС».

Сделанные выводы подкреплены и результатами испытаний на установке центробежного моделирования, выполненных на кафедре «Путь и путевое хозяйство» МИИТ, и расчётами деформаций насыпи. Испытывала» модель насыпи на 1080 км Северной железной дороги для оценки вариантов её реконструкции. Параллельно с модельными испытаниями проводили испытания указанного грунта в лаборатории. После окончания перечисленных испытаний сопоставлены характеристики сжимаемости образца грунта из основания насыпи модели с показателями, полученными в результате компрессионно-консолидационных испытаний того же грунта на предлагаемом и существующем приборах с открытой и закрытой системой. Установлено, что относительные деформации при уплотнении под расчётной нагрузкой за одно и то же время

образца из модели и образца, испытанного на приборе существующей конструкции, практически совпали. Относительная деформация образца, испытанного на приборе новой конструкции в условиях открытой системы на 30% больше, чем деформации образца модели и образца, испытанного на приборе существующей конструкции. Относительная деформация образца, испытанного в условиях закрытой системы, на 50% меньше, чем деформация образца в условиях открытой системы на приборе существующей конструкции.

В заключении был проведён прогноз осадки слабого основания на основе вышеперечисленных результатов центробежного моделирования и компрессионно-консолидационных испытаний. Осадка грунтового основания модели, работающего в условиях, близких к закрытой системе, и осадка, рассчитанная по результатам опытов на приборе существующей конструкции, практически совпали. Это означает, что могут иметь место случаи, когда конструкция существующих приборов моделирует отжатие, близкое к закрытой системе, значит, не обеспечивает беспрепятственное отжатие поровой воды из образца. При использовании существующих приборов и принятии в расчёт полученных с их помощью данных по сжимаемости при переходе от результатов лабораторных испытаний на реальный объект мы получаем время стабилизации деформации, но на самом деле, на какой-то момент времени (например, после завершения строительства), деформации основания будут продолжаться, в том числе и недопустимые по величине и интенсивности.

В развитии этого положения сравнительные испытания были выполнены со слабыми грунтами других разновидностей. Всего было испытано восемь разновидностей слабых грунтов. Компрессионная зависимость строилась по среднему результату из трёх параллельных испытаний. Статистическая обработка результатов проводилась в соответствии с ГОСТ 20522-96. Структурную прочность грунта на сжатие определяли по стандартной методике. Графики вида дЛя трёх характерных разновидностей грунтов не имеют ярко выраженного горизонтального участка. Значит, их интенсивная осадка начинается практически с момента приложения нагрузки.

Физико-механические характеристики слабых грунтов представлены в таблице 2. Испытывали образцы с ненарушенной структурой (с природной влажностью) и с нарушенной структурой (паста с влажностью на границе текучести). В таблицу сведены результаты обработки компрессионно-консолидационных испытаний указанных проб грунтов. Кроме общепринятых показателей свойств грунтов (начальная влажность; плотность; плотность сухого грунта; плотность частиц грунта) были рассчитаны коэффициенты «активной»

,ярм|, „ . „гсаи. г-,

пористости (е ) и «геометрической» пористости (е ) до и после опыта. Даны

величины конечной относительной деформации (ек) всех образцов при уплотнении под общей нагрузкой.

Таблица 2

С с « Разновидность Грунта 1) Суглинок текуче-пластичной консистенции 2) Суглинок мягко-пластичной консистенции 3) Сапропель средней влажности" 4) Сапропель повышенной влажности* 5) Суглинок туго-пластичной консистенции 6) Суглинок мягко-пластичной консистенции* 7) Торф- 8) Торф*

1 Нагрузка, Р, МПа 0,05 0,075 0,1 0,1 0,2 0,05 0,15 0,1

2 \У0, % 30,0 29.0 220 430 29,4 36,0 333 620

3 Р. г/ , /СМ 2,02 1.9 1,21 1,13 1,9 1,86 0,6 1.01

4 . / см ■1,55 1,47 0,3В 0,213 1,47 1,37 0,139 0,14

5 Рз г/ , /си 2,71 2,71 2,167 2,167 2,7 2,71 1,39 1,46

6 <¡7" 0,74 0,84 4,7 9.16 0,84 0,98 9,0 9,4

7 _яам ео 0,75 0,84 4,7 9.2 0,В5 0,98 9,0 9.4

8 «с по \Уы 0,5 0,55 3,53 3,64 0,46 0,89 3,28 4,58

9 ^ а _ е«ст П0£ 0,63 0.72 3,78 3,88 0,68 0,8В 3.22 4,98

10 < по Wк 0,5 0,55 3,49 3,0 0,46 0,86 3,29 4,56

11 е? по Е *1Ю8 0,58 0.7 3,56 3,06 0,64 0,86 2,43 3.43

12 е™ 0,74 0,82 4,53 7.03 0.71 0,95 8,3 8.73

1) 0,74 0.82 4,48 6,22 0.71 0,95 8.3 8.73

14 Ек ст 0,127 0,067 0,161 0,520 0,084 0,049 0,57В 0.425

15 6к нов 0,135 0,076 0,20 0,60 0,10В 0,062 0,657 0.574

Примечания к таблице 2..* - образцы это та грунта отобраны из монолнта; - величина коэффициента

_ _ май

геометрической пористости, рассчитанная после опыта а приборе существующей конструкции; ек - величина

коэффициента геометрической пористости, рассчитанная после опыта а приборе новой конструкции; - величина

коэффициента активной пористости, рассчитанная после опыта в приборе новой конструкции; - величина

коэффициента активной пористости, рассчитанная после опыта в приборе существующей конструкции; е'™' - величина

коэффициента геометрической пористосп! до опыта; еЦ1"" - величина коэффициента активной пористости до опыта; -влажность образцов грунта после опыта; ск - отноагтельнвя деформация образцов грунта после опыта.

Проведенные сравнительные расчеты подтвердили принятые за основу положения о необходимости обеспечения беспрепятственного отжатия поровой воды из одометра в компрессионно-консолидационном опыте и ориентации при этом на изменения активной пористости грунтов.

Чтобы проследить влияние отклонений в величине коэффициента активной пористости, рассчитанного по деформациям, по влажности и по геометрическому

объёму пор, выполнены специальные расчеты по формуле 16 для определения допустимого отклонения для мощности слоя Н, равной 5м.

е,={\+е0)^/Н (16)>

где е" - начальный коэффициент пористости; - допустимое отклонение величины осадки, которое составляет 10% или 0,01м. Получено, что отклонения в величинах коэффициента пористости рассчитанных по геометрической пористости, для испытанных грунтов в 2...4 раза превышают допустимые отклонения, обеспечивающие заданную точность прогноза осадки. Влияние отклонений коэффициентов пористости, рассчитанных по изменению влажности грунта при его уплотнении, на осадку неоднозначны для минеральных, органоминеральных грунтов и для органических грунтов. В первом случае происходит недоучет деформаций объёмной ползучести, во втором - недоучет отжатая воды из плохо разложившегося каркаса из растительных остатков. Следовательно, для контроля полученных значений коэффициента пористости их следует рассчитывать по деформациям и влажности.

Основные выводы по экспериментальной части, полученные по результатам экспериментальных исследований, их анализа и расчётов:

1. Относительная деформация на момент достижения её условной стабилизации получена больше у образцов, испытанных на новом приборе. Разница составила от 10% до 20% у грунтов с нарушенной структурой и от 15% до 30% у грунтов с ненарушенной структурой, что свидетельствует о более интенсивном процессе сжатия всех образцов в приборе с увеличенной перфорацией штампов и значимости этого увеличения для грунтов с ненарушенной структурой.

2. В результате оценки процесса консолидации получено, что разница во времени завершения интенсивной части осадки составляет от 3 месяцев и более для глинистых грунтов и от 6 месяцев и более для торфа.

3. Конечные значения коэффициента активной пористости у грунтов с нарушенной структурой, рассчитанные по деформациям, больше на 25%...29%, чем рассчитанные по влажности. Это можно объяснить нарушением структуры и вследствие этого большей её подвижностью.

4. Прослеживается существенная разница в значениях конечного коэффициента геометрической пористости и коэффициента активной пористости. На 10%...40% первая больше второй у глинистых фунтов с нарушенной структурой мягкопластичной и текучепластичной консистенций. Эта разница больше, до 20%, у образцов фунта с нарушенной структурой по сравнению с образцами ненарушенной структуры. Для образцов сапропеля и торфяного фунта (с ненарушенной структурой) коэффициент геометрической пористости больше активной на 20%...90%.

5. Отклонения в величинах коэффициента пористости рассчитанных по геометрической пористости, для испытанных фунтов в 2...4 раза превышают допустимые отклонения, обеспечивающие заданную точность прогноза осадки.

В четвёртой главе даны рекомендации по практической методике испытаний слабых грунтов на компрессию и консолидацию при использовании одометра новой конструкции. В них приведены общие положения, требования к компрессионным приборам и оборудованию. Даны указания по подготовке прибора и образца к испытаниям и по порядку проведения испытаний, способы обработки их результатов для определения деформационных характеристик грунтов.

Дано технико-экономическое обоснование предложенной конструкции одометра компрессионного прибора. С учётом того, что, усовершенствования одометра позволяют моделировать в опыте возможные условия механического отжатия поровой воды из слоя при его статическом уплотнении, в том числе и при любом режиме нагружения, в отличие от возможностей существующих компрессионных приборов, одометр новой конструкции повышает точность оценки характеристик сжимаемости слабых грунтов различных разновидностей. Напомним, что в дорожной отрасли для прогноза осадки земляного полотна используются следующие характеристики: модуль осадки, коэффициент консолидации, показатель степени консолидации, обобщённые консолидационные параметры. Их величина напрямую зависит от достоверности определения скорости процесса. Из приведённого ранее в диссертации материала следует, что наше уточнение скорости осадки во времени начинается и в большей степени проявляется на начальном этапе консолидации, по данным которого и рассчитываются перечисленные выше параметры. В качестве примера даны результаты такого уточнения интенсивности деформации при прогнозе осадки и назначении дополнительных мероприятий на основе результатов научно-технического сопровождения проектирования реального объекта: «Подходы к мостовому переходу через канал им. Москвы у города Дмитрова», проведенного Кузахметовой Э.К. По графикам консолидационных испытаний получено, что разница во времени, примерно четыре минуты, может повлечь разницу в достигаемой степени консолидации слабого основания не менее 15%, что соответствует на данном конкретном объекте разнице во времени затухания осадки около 130 суток. А именно: расчётом установлено, что 85% от конечной осадки будет достигнуто через 300 суток, 95% - через 426 суток. Дальнейшие расчёты показали следующее: для ускорения осадки насыпи до требуемого срока(бмесяцев) в первом случае может быть принята конструкция с временной пригрузкой высотой от 1,5 до 2,0 м. Во втором случае требуется большая высота пригрузки, которая не может быть принята из-за нарушения устойчивости основания. В связи с отмеченным, должен быть назначен вариант с прорезями или с вертикальными песчаными дренами. Вот как в конечном итоге влияет точность определения характеристик сжимаемости слабой толщи, в частности консолидационных, на назначение дополнительных мероприятий по ускорению осадки и обеспечению стабильности.

Анализ стоимости рассмотренных конструктивных решений показал, что стоимость конструкции с временной пригрузкой не менее, чем в 5...7 раз дешевле устройства прорезей и в 10 и более раз дешевле песчаных дрен, со всеми вытекающими отсюда последствиями. Следовательно, имеет место явное существенное влияние повышения точности определения характеристик сжимаемости слабых фунтов на снижение стоимости конструкции насыпи за счёт повышения с их (характеристик) помощью точности прогноза осадки

Общие выводы

1. Современные условия транспортного строительства, такие, как расширение его на территориях со сложными природными условиями, сокращение финансирования, рост цен на материалы и на их перевозку - предопределяют приоритетность использования местных фунтов, которые имеют низкие прочностные свойства и повышенную сжимаемость. Использование таких грунтов требует индивидуального проектирования (в соответствии с нормативными документами во всех областях строительства), методика которого постоянно совершенствуется.

2. Этому способствовали и способствуют исследования, в частности, в транспортном строительстве. Работы, касающиеся изучения свойств и поведения слабых фунтов в основании и глинистых фунтов повышенной влажности в насыпи, выполнялись, начиная с 60-х годов прошлого столетия, в Союздорнии, его филиалах, в ЦНИИС и в других организациях и институтах. Эти исследования продолжаются и в настоящее время в рамках научно-технического сопровождения проектирования, строительства и ркоснтрукции транспортных объектов в сложных природных условиях. Результаты их учтены при переработке нормативных отраслевых документов.

3. Анализ состояния вопроса показал, что, несмотря на существенное расширение диапазона начального состояния используемых в последние годы для строительства дорог фунтов различных разновидностей, не исследовалась правомочность использования некоторых существующих подходов в части прогноза осадки и определения характеристик сжимаемости. Это и предопределило цель работы.

4.Предварительная серия компрессионно-консолидационных испытаний различных разновидностей слабых фунтов показала, что при некотором начальном их состоянии и определенных величинах уплотняющей нагрузки процесс консолидации «угнетается».

5. В основу расчетов показателей сжимаемости в классической механике грунтов принята фазовая модель фунта Герсеванова Н.М., в свое время ориентированная на сжатие минеральных грунтов. Поскольку в настоящее время используются зависимости, основанные на этой модели, то необходимо исследовать, насколько они соответствуют поведению других разновидностей фунтов. Приведенные факторы позволили для достижения поставленной цели сформулировать задачи исследования.

6. Специальными расчетами подтверждена необходимость при прогнозе осадки инженерного сооружения учета изменения при статическом уплотнении грунта его «активной» пористости, а не «геометрической». Расчеты проведены в диапазонах изменения коэффициента пористости для различных разновидностей слабых грунтов в соответствии с классификационными таблицами нормативных документов. Установлено, что для минеральных фунтов справедливы формулы, основанные на законе уплотнения. Для органических и органоминеральных грунтов нецелесообразно при расчетах коэффициента пористости учитывать изменение геометрического объема пор из-за сложного строения их структурных элементов и сложной геометрии порового пространства.

7. С учетом вычисленной средней «активной» пористости слабых фунтов на основе, законов гидравлики диссертантом установлен оптимальный диаметр отверстий штампа и их необходимое количество, позволяющие моделировать в опыте больше вариантов реальных условий работы фунтов в открытой системе.

8. Предложен штамп без перфорации, позволяющий моделировать условия закрытой системы. Разработана методика компрессионно-консолидационных испытаний с применением одометра усовершенствованной конструкции для указанных систем.

9. Сравнительная серия компрессионно-консолидационных испытаний различных разновидностей слабых фунтов на опытных образцах компрессионного прибора новой конструкции и на существующем приборе системы Гидропроекта, выполненная в ОАО «Союздорнии», показала, что в первом случае полученная кривая консолидации лежит выше, чем во втором. За одинаковое время деформация образца в приборе новой конструкции на 15... 30% больше, чем образца в приборе существующей конструкции при испытаниях в условиях открытой системы. И только 50% (от деформаций в приборе существующей конструкции в условиях открытой системы) проходит в приборе с условно закрытой системой по условиям дренирования.

10. В абсолютном выражении разница в осадке по сравниваемым вариантам может составить более 20 см для глинистых фунтов и более 50 см - для торфяных, а во времени - более трёх месяцев для глинистых фунтов и более шести месяцев для торфяных грунтов. Данные получены для наиболее часто встречающихся случаев использования указанных фунтов при строительстве автомобильных дорог. Практика показывает, что с указанными выше величинами осадки и скоростью её прохождения необходимо считаться при расчёте конструкции насыпи.

11. Необходимость и правильность предлагаемой усовершенствованной методики компрессионно-консолидационных испытаний, предлагаемого способа расчета показателей сжимаемости и конструкции одометра подтверждаются результатами расчетов осадки насыпи на слабом основании Северной железной дороги на основе данных центробежного моделирования, проведенного на кафедре «Путь и путевое хозяйство» (МИИТ ГТУ).

12. Технико-экономическое обоснование предложенной конструкции одометра компрессионного прибора и методики расчета показателей сжимаемости подтверждает необходимость их внедрения в лабораторную практику не только в транспортном, но и в других областях строительства.

Список опубликованных работ по теме диссертации

Публикации в рецензируемых изданиях, входящих в перечень ВАК

1. Кузахметова Э.К., Ибрагимова Т.Н., Троицкая С.Е. Проект стандарта на определение характеристик сжимаемости грунтов // Наука и техника в дорожной отрасли. 2008. №3, с.35-37

2. Троицкая С.Е. Приоритет использования «активной» пористости при прогнозе осадки слабых грунтов в основаниях транспортных сооружений // Строительство и реконструкция. 2011. №4 (36), с.33-37.

Другие публикации

1. Кузахметова Э.К., Юцкевич А.Е., Троицкая С.Е. Усовершенствование методики геотехнической оценки свойств грунтов с учётом современных тенденций дорожного строительства // Сборник «Труды Союздорнии». Москва. 2004, 205, с.56-58.

2. Троицкая С.Е., Николаевская О.В. О моделировании реальных условий работы грунтов в основании земляного полотна // Сборник материалов XXXII конференции ВНОУ, ВТУ, Балашиха, 2007, с.40

3. Троицкая С.Е., Любавин A.A. Влияние конструктивных изменений в штампах одометров на точность деформационных испытаний слабых фунтов // Материалы XXXIII конференции ВНОУ, ВТУ, Балашиха, 2008, с.38-39.

4. Троицкая С.Е. Необходимость конструктивных изменений штампов компрессионных приборов для испытаний слабых фунтов // Сборник научных трудов ВТУ. Балашиха. 2008. №17, с.65-70.

5. Кузахметова Э.К., Троицкая С.Е., Корпачевский М.С. Усовершенствование схемы испытаний фунтов слабого основания на сжимаемость. Сборник материалов 5-й научно-технической конференции с международным участием.МГУПС, Москва, 2008, с. 152-154.

6. Кузахметова Э.К., Ибрагимова Т.Н., Троицкая С.Е. Проект стандарта на определение компрессионных и консолидационных характеристик фунтов в дорожной отрасли //Сборник «Труды Союздорнии». Москва, 2008,№210,с.49-59.

7. Кузахметова Э.К., Савицкий В.В., Бартошик В.В., Троицкая С.Е., Методика оценки состояния земляного полотна при реконструкции автомобильных дорог в сложных природных условиях: монофафия, Э.К.Кузахметова, В.В.Савицкий, В.В.Бартошик, С.Е.Троицкая, - Балашиха: ВТУ, 2010,160с.

8. Троицкая С.Е. Гарантия безопасности движения железнодорожного транспорта - надежность проектирования транспортных сооружений // Сборник материалов XII научно-практической конференции «Безопасность движения поездов», МИИТ ГТУ, Москва, 2011, разд. 14,с.88-91.

Троицкая Светлана Евгеньевна

Совершенствование методики оценки деформационных свойств слабых грунтов в основании транспортных сооружений

Специальность 05.23.02 - Основания и фундаменты, подземные сооружения

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано к печати Формат 60x80 1/16

Объем пл. Заказ № ТиражКвкз.

127994, Москва, ул. Образцова, д. 9, стр. 9,УПЦ ГИ МИИТ

1 2 - 4 2 2 2

2012097829

2012097829