ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения научно-исследовательской работы.

Исследуемая площадка расположена на пологом склоне сопки, в районе ст. Черновская.По данным инженерно-геологических изысканий в геологическом строении площадки принимают участие аллювиально-делювиальные четвертичные отложения представленные суглинками и глинами с включениями гравия, реже гравийным и галечниковым грунтом с песчаным и супесчаным заполнителем. Эти отложения с глубины 2.0-4.0 м подстилают, а также выходят на поверхность элювиальные четвертичные отложения, представленные в основном глинами и песками, реже супесями и суглинками являющимися продуктом глубокого выветривания юрско-меловых песчаников, алевролитов и аргиллитов. С поверхности и до глубины 0.3-1.6 м залегают почва и насыпные грунты.

На площадке повсеместно распространены два горизонта подземных вод надмерзлотного типа, разделяющиеся на порово-пластовые ненапорные (водовмещающие грунты - пески) и порово-трещинные слабонапорные (водовмещающие грунты - глины, суглинки и реже пески элювиальные). И один горизонт подземных вод подмерзлотного типа, порово-трещинные, напорные. Все горизонты подземных вод гидравлически взаимосвязаны между собой, но из-за наличия водоупорных слоев глин и суглинков уровень установления подземных вод колеблется от 1.2 м до 6.8 м. Подземные воды имеют сходный химический состав и относятся к гидрокарбонатным, натриево-кальциево-магниевым.

В геокриологическом отношении площадка изысканий расположена в зоне островного распространения многолетнемерзлых грунтов. Мерзлота в основном несливающегося типа. Верхняя граница многолетнемерзлых грунтов расположена на глубинах от 5.5-6.4 м до 8.2-11.8 м. Нижняя граница находится на глубине 28.5-30.5 м. Криогенная текстура грунтов массивная, с отдельными прослойками льда мощностью 0.1-0.3 см в среднем по 2-3 прослоя на 1 п.м. Многолетнемерзлые грунты слабольдистые (льдистость за счет ледяных включений составляет 0.04-0.03), пластичномерзлые. Температура многолетнемерзлых грунтов на глубине нулевых амплитуд (10 м) составляет минус 0.3°С.

Нормативная глубина сезонного оттаивания составляет 3.5 м, нормативная глубина сезонного промерзания составляет 4.0 м. По степени морозоопасности глинистые грунты относятся к чрезмерно пучинистым, пески ИГЭ-7 - к слабопучинистым.

По результатам анализа показателей свойств грунтов с учетом данных геологического строения и литологических особенностей, на площадке выделено восемь инженерно-геологических элементов (ИГЭ).

ИГЭ-1. Насыпной грунт, распространен повсеместно. Представлен почвой, песком, галькой, шлаком. Почвенно-растительный слой. Мощность ИГЭ составляет 0.3-1.6 м. Маловлажный и влажный.

Аллювиально-делювиальные отложения:

ИГЭ-2. Суглинок, суглинок с гравием коричневого цвета, твердый, реже полутвердый. Распространен в верхней части грунтового разреза до глубины 1.2-4.9 м.

ИГЭ-3. Гравийный грунт с песчаным и супесчаным заполнителем, талый, маловлажный и влажный.

Элювиальные отложения:

ИГЭ-4. Глина темно-серого цвета, талая твердая, реже полутвердая, комковатой структуры

ИГЭ-5. Глина темно-серого цвета, многолетнемерзлая, массивной криогенной текстуры, при оттаивании твердая. Льдистость суммарная - 0.07. Льдистость за счет ледяных включений - 0.04. Коэффициент оттаивания - 0.008. Коэффициент сжимаемости - 0.0055 см ²/кгс.

ИГЭ-6. Суглинок темно-серого цвета, талый твердый, реже полутвердый, комковатой структуры

ИГЭ-7. Песок средней крупности, реже крупный и гравелистый серого, серо-коричневого и серо-жёлтого цветов, талый, средней плотности сложения, от маловлажного до насыщенного водой, заглинизирован.

ИГЭ-8. Песок средней крупности, реже крупный и гравелистый серого, серо-коричневого цветов. Многолетнемерзлый, массивной криогенной текстуры при оттаивании насыщен водой.

Льдистость суммарная - 0.37, льдистость за счет ледяных включений - 0.03.

Полевые испытания вечномерзлых грунтов выполнялись в соответствии с ГОСТ 23253-78 (1979). Опытные работы проводились в скважине диаметром 159 мм. Испытания проводились в два этапа:

i этап - оттаивание мерзлых грунтов на глубину до 40 см под нагрузкой, равной природ­ному давлению на глубине проведения опыта;

ii этап - уплотнение оттаявшего грунта ступенями по 0.05 МПа до конечной нагрузки 0.5 МПа.

Оттаивание мерзлых грунтов производилось электронагревателями и электродами. После стабилизации осадки оттаявшего грунта под природным давлением (1-й этап) к штампу прикладывали ступенчато возрастающие нагрузки (П - этап). Каждая последующая ступень нагрузки прикладывалась только после стабилизации осадки от предыдущей ступени нагрузки.

В опытах использовался жесткий круглый плоский штамп со сплошной подошвой пло­щадью 200 см ², диаметром 159 мм. Испытание грунтов выполнялось с помощью установки рычажного типа конструкции НИИОСП.

Нагрузка на штамп создавалась тарированным грузом через рычажную систему. Перед началом испытаний к штампу (без включения его обогрева) прикладывалась нагрузка обжатия, равная природному давлению на горизонте установки штампа (с учетом веса штампа и др. деталей установки). Нагрузка выдерживалась до условной величины стабилизации осадки штампа. Далее измерители перемещений устанав­ливались на нуль.

Таблица 1. Характеристики сжимаемости оттаивающих многолетнемерзлых

грунтов

Контроль глубины оттаивания грунта под штампом выполнялся с помощью темпера­тур­ных датчиков. Измерение перемещений штампа производилось специальными измерительными приборами - прогибомерами конструкции Аистова, марки 6ПАО-ЛИСИ. При работе с прогибомерами применялась стальная проволока диаметром 0.3 мм, подвергнутая (перед началом измерений) предварительному растяжению в течение двух суток грузом в 4 кгс. Во время испытаний величина груза на проволоке составляла 1.5 кгс.

Измерение вертикальных перемещений штампа производилось на обоих этапах испытаний через 10, 20, 30 и 60 минут от начала испытания и далее через каждый час до условной стабилизации осадки на каждой ступени давления. За условную стабилизацию осадки принималось приращение осадки штампа за 1 час не более 0.05 мм.

Результаты испытаний обрабатывались отдельно по каждому исследуемому слою. Для каждой ступени давления определялись среднее значение глубины оттаивания грунта и приращение абсолютной осадки штампа. Среднее значение приращения относительной осадкиdx_iдля каждой ступени давления определялось по формуле

(1)

где h _i - среднее значение глубин оттаивания грунта (под центром и краями штампа).

Приращение абсолютной осадки штампа определялось как разность средних стабилизи­рованных осадок штампа, соответствующих i-й и ( i-1 )-й ступеням давления.

Полная величина относительной осадки слоя определялась по формуле

(2)

причем x ₁ = dx ₁

Совокупность величинx_iкаждого слоя была представлена в виде графика прямолинейной зависимости. Положение усредняющей прямой графика определялось методом наименьших квадратов. Коэффициент оттаивания А _th определялся по графикуx_i= f(p _i) и принимался равным отрезку, отсекаемому усредняющей прямой на ординат. Коэффициент сжимаемостиd, 1/МПа, определялся по формуле

,(3)

где dx - устанавливаемое по графику приращение значения относительной осадки на усредняющей прямой, соответствующее интервалу давленияdР, МПа;

k-безразмерный коэффициент напряженно-деформированного состояния грунта прини­мался равным 1.0 - 1.3.

Результаты определений характеристик сжимаемости оттаивающих многолетнемерзлых грунтов А _th иdприведены в табл. 1.