ПРАКТИКУМ ПО МЕРЗЛОТОВЕДЕНИЮ. Практикум по мерзлотоведению учебное пособие
 Скачать 1.34 Mb.
|
|
Пример расчета осадки ленточного фундамента на оттаивающем основании [6, 10]. Глубина заложения фундамента – 3м, ширина – В=1,0 и длина L=32м (рис. 7.1). Глубина оттаивания многолетнемерзлого грунта в месте расположения фундамента составляет 11м, что соответствует мощности сжимаемой зоны H s =11– 3=8м. давление под подошвой фундамента составляет p= 0,4 МПа. Грунты основания до глубины 5 м сложены среднезернистыми песками с плотностью ρ d,th ⋅ ⋅ =1700кг/м 3 , коэффициентом сжимаемости δ =0,02 МПа -1 и оттаивания A th =0,01;ниже 5 метров – суглинками с ρ d,th ⋅ =1800кг/м 3 , коэффициентом сжимаемости δ =0,03 МПа -1 и оттаивания A th =0,016. Разбиваем сжимаемую толщу H s =8м (рис. 7.1) на 7 слоев исходя из условий: – толщина слоя в верхней части разреза под фундаментом не должна быть более 0,4B (в нашем случае B=1,0, следовательно, толщина первого слоя 0,4·1,0=0,4м), далее по разрезу вниз толщина слоев постепенно увеличивается; – в пределах слоя свойства грунтов должны быть постоянны. Затем составлятся таблица (пример – табл. 7.3), в которую будут заноситься результаты промежуточных расчетов для выделенных слоев. Определяется напряжение σ zg,i в середине каждого слоя по формуле 7.4: σ zg,i =9,81·1700·[3,0+0,5·(0,4+0,0]·10 6 , МПа. Рассчитывается первая часть осадки s th,i Рис. 7.1. Схема для расчета осадки оттаивающего основания под ленточным фундаментом: 1– ленточный фундамент; 2 – эпюра напряжений под подошвой фундамента; 3 – границы выделенных для расчета слоев грунта; 4 – верхняя граница многолетнемерзлых грунтов [6] 100 s th,i =(0,01+0,02·0,053)·0,4=0,004 м. Результаты заносятся в 9 и 10 колонки табл. 7.3. По формуле 7.6 рассчитывается дополнительное вертикальное давление на основание под подошвой фундамента p 0 =0,4–9,8·1700·3,0·19 -6 =0,35 МПа. Далее по табл. 7.1 определяем коэффициенты k h и k µ ,i изаносим их в 11 колонку табл. 7.3. Так как z/B=8/1=8, то k h =1,0 и k µ , =1,35 для песка и 1,54 для суглинка. По условию задачи L/B=32/1>10, в этом случае коэффициенты k i и k i–1 определяются по последней колонке по табл. 7.2. и результаты записываются в табл. 7.3 в 12 и 13 колонки. Часть осадки за счет дополнительного давления на грунт от действия веса сооружения – s p определяется по формуле 7.5 для каждого слоя и заносится в 14 колонку табл. 7.3, например для 1-го: s p =0,35·1,0·1,0·[0,02·1,35·(0,208-0,0)]=0,002м. s i = s th + s p =0,004+0,002=0,006 м. s=0,006+0,006+0,009+0,010+0,009+0,014+0,028+0,066=0,139 м. Таблица 7.3 Результаты промежуточных расчетов i h i , м Грунт ρ d,th,i г/см 3 δ i . КПа -1 A th,i , д.ед. z i , м z i–1 , м σ zg,i , МПа s th,i , м коэффициенты s p,i , м s, м k µ ,i k i k i–1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1 0,4 песок 1,7 0,02 0,010 0,4 0,0 0,053 0,004 1,35 0,208 0,0 0,002 0,006 2 0,4 песок 1,7 0,02 0,010 0,8 0,4 0,060 0,004 1,35 0,412 0,208 0,002 0,006 3 0,6 песок 1,7 0,02 0,010 1,4 0,8 0,068 0,007 1,35 0,687 0,412 0,003 0.010 4 0,6 песок 1,7 0,02 0,010 2,0 1,4 0,078 0,007 1,35 0,892 0,687 0,002 0,009 5 1,0 песок 1,7 0,02 0,010 3,0 2,0 0,092 0,012 1,35 1,138 0,892 0,002 0,014 6 2,0 песок 1,7 0,02 0,010 5,0 3,0 0,117 0,025 1,35 1,433 1,138 0,003 0,028 7 3,0 сугли- нок 1,8 0,03 0,016 8,0 5,0 0,168 0,063 1,54 1,623 1,433 0,003 0,066 Лабораторная работа № 7.1. Расчет осадки в оттаивающих грунтах Цель работы: Научиться рассчитывать осадку в оттаивающих грунтах. Задание: Определить осадку прямоугольного ленточного фундамента, возводимого на мерзлых грунтах с их последующим оттаиванием во время эксплуатации. 101 Исходные данные: Глубина заложения фундамента – 2,5 м, среднее давление на грунт под подошвой фундамента p=0,35 МПа, максимальная глубина оттаивания грунта H c, размеры здания L и B, коэффициент оттаивания, A th,i , и коэффициент сжимаемости δ , МПа, i-го слоя оттаивающего грунта приведены в табл. 7.4. Ход работы: I. Сжимаемая толщаразбивается на слои исходя из условий: – толщина слоя в верхней части разреза под фундаментом не должна быть более 0,4B; – в пределах слоя свойства грунтов должны быть постоянны. II. Заполняется таблица, в колонках таблицы записывают: 1) номер слоя сжимаемой зоны – i; 2) мощность i-го слоя– h i ; 3) название грунта; 4) плотность грунта – ρ d,th,i ; 5) значение коэффициента сжимаемости – δ i ; 6) значение коэффициента оттаивания – A th,i ,; 7) расстояние от подошвы фундамента до подошвы i-го слоя – z i ; 8) расстояние от подошвы фундамента до кровли i-го слоя – z i-1 ; 9) вычисленные значения напряжения в середине каждого слоя – σ zg,i , 10) часть осадки основания, обусловленную действием собственного веса оттаивающего грунта s th,i ; 11) безразмерный коэффициент – k µ ,i ; 12) безразмерный коэффициент – k i ; 13) безразмерный коэффициент – k i–1 ; 14) часть осадки за счет дополнительного давления на грунт от действия веса сооружения – s p ; 15) полную осадку для каждого слоя грунта – s i . III. После заполнения первых восьми колонок определяется напряжение σ zg,i в середине каждого слоя по формуле 7.4: IV. Затем рассчитывается первая часть осадки s th,i V. Результаты заносятся в 9 и 10 колонки табл. 7.3. VI. По формуле 7.6 рассчитывается дополнительное вертикальное давление на основание под подошвой фундамента p 0. VII. Далее по табл. 7.1 определяем коэффициенты k h и k µ ,i изаносим их в 11 колонку табл. 7.3. VIII. Коэффициенты k i и k i–1 определяются по табл. 7.2. и результаты записываются в табл. 7.3 в 12 и 13 колонки. IX. Часть осадки за счет дополнительного давления на грунт от действия веса сооружения – s p определяется по формуле 7.5 для каждого слоя и заносится в 14 колонку табл. 7.3, X. Для каждого слоя суммируются осадки по формуле 7.2 и вносятся в 15 колонку табл. 7.3. 102 XI. Общая осадка s получается суммированием осадок s i в 15колонке. Таблица 7.4 Исходные данные для лабораторной работы № 7.1 Вариант L,м B,м H s, м Название грунта Глубина подошвы слоя, м w, д.е. е, д.е. ρ d,th,i , кг/м 3 , A th,, д.ед. δ i, КПа -1 0 25,0 2,0 7,5 Суглинок 2,5 0,30 0,83 1850 0,0075 0,012 Глина 4,1 0,32 1,07 1690 0,0015 0,029 Суглинок 9,7 0,28 0,85 1760 0,0083 0,015 1 24,9 2,5 8,5 Глина 3,1 0,34 1,07 1600 0,0085 0,039 Глина 4,1 0,36 1,14 1690 0,0095 0,029 Суглинок 11,0 0,28 0,85 1760 0,0083 0,015 2 24,0 2,0 8,0 Глина 3,1 0,36 1,15 1650 0,0150 0,039 Суглинок 4,3 0,28 0,85 1770 0,0075 0,033 Суглинок 9,7 0,28 0,85 1760 0,0103 0,019 3 28,0 2,5 8,6 Глина 3,5 0,36 1,15 1650 0,0102 0,020 Глина 4,9 0,36 1,15 1650 0,0045 0,018 Суглинок 10,7 0,28 0,85 1760 0,0083 0,010 4 27,5 2,0 7,4 Супесь 2,5 0,12 0,67 1760 0,0069 0,032 Суглинок 3,9 0,28 0,85 1690 0,0085 0,025 Супесь 10,5 0,08 0,61 1760 0,0050 0,025 5 24,9 2,5 7,8 Суглинок 2,9 0,28 0,85 1760 0,0055 0,019 Глина 3,8 0,34 1,07 1600 0,0085 0,039 Глина 9,1 0,36 1,15 1,65 0,0045 0,040 6 26,8 2,0 9,2 Супесь 3,5 0,09 0,65 1,78 0,0059 0,035 Супесь 4,5 0,08 0,61 1,76 0,0050 0,025 Суглинок 11,1 0,29 0,86 1,78 0,092 0,020 7 27,2 2,5 8,7 Суглинок 2,7 0,28 0,85 1,76 0,075 0,025 Глина 4,1 0,32 1,05 1,70 0,035 0,030 Глина 9,1 0,36 1,15 1,65 0,045 0,040 8 28,1 2,0 8,2 Суглинок 3,2 0,28 0,85 1,76 0,083 0,021 Глина 5,2 0,36 1,10 1,75 0,045 0,040 Суглинок 9,7 0,28 0,85 1,76 0,055 0,015 9 25,6 2,5 7,9 Глина 3,1 0,36 1,15 1,65 0,085 0,035 Суглинок 4,7 0,28 0,85 1,78 0,073 0,025 Суглинок 8,8 0,28 0,85 1,76 0,083 0,025 103 8. ГЕОКРИОЛОГИЧЕСКАЯ СЪЕМКА Геокриологическая съемка представляет собой комплекс полевых, лабораторных и камеральных работ, имеющих целью изучение закономерностей формирования и развития сезонно- и многолетнемерзлых горных пород и мерзлотных геологических процессов в зависимости от существующих природных условий, их изменений в плейстоцене и голоцене, а также в результате освоения территории; составление на этой основе геокриологических карт и геокриологического прогноза, а также разработку мероприятий по управлению мерзлотным процессом и охране природной среды. В задачи геокриологической съемки входит изучение [4]: 1. закономерностей распространения сезонно- и многолетнемерзлых пород и их прерывистости по площади в зависимости от изменения геолого-географической среды и особенностей теплообмена на поверхности земли; 2. криогенного строения (условий залегания криогенных толщ горных пород и ярусности мерзлых толщ по разрезу) в зависимости от геологического строения, неотектоники, влияния поверхностных и подземных вод, динамики климата в кайнозое; 3. особенностей состава и свойств мерзлых, промерзающих и от- таивающих пород геолого-генетических комплексов и формаций в различных ландшафтно-климатических условиях; 4. криолитологических особенностей мерзлых толщ (криогенных текстур, макровключений льда и льдистости рыхлых четвертичных и дочетвертичных коренных пород) в зависимости от их состава, генезиса, возраста и неотектонического развития, типа промерзания и динамики мерзлотного процесса; 5. закономерностей формирования температурного режима на поверхности почвы, на подошве слоя сезонного оттаивания и промерзания пород и на глубине нулевой годовой амплитуды температур на основе анализа их зависимости от отдельных природных факторов; 6. закономерностей формирования глубин сезонного и много- летнего промерзания и оттаивания пород и их динамики в зависимости от комплекса факторов природной среды; 7. пространственного изменения мощностей криогенных толщ по площади и в разрезе в связи с существующими природными условиями и историей геокриологического развития региона; 8. особенностей формирования и развития таликов в зависимости от их генезиса, распространения и характера проявления; 104 9. закономерностей распространения и развития криогенных про- цессов и явлений; 10. особенностей взаимодействия мерзлых толщ и подземных вод; 11. инженерно-геокриологических условий и инженерно-геоло- гической сложности территории в зависимости от направленности ее хозяйственного освоения и геокриологического прогноза; 12. опыта строительства и других видов освоения территории в зависимости от типа инженерных сооружений, характера освоения территории и динамики мерзлотного процесса; 13. истории развития криогенных толщ в зависимости от динамики климата, геологической истории региона и характера освоения человеком. Процесс геокриологической съемки основывается на методических положениях: 1. основным результатом геокриологической съемки является установление закономерностей формирования геокриологических условий через изучение геокриологических характеристик во взаимосвязи с природной обстановкой, ее изменением по территории и историей развития; 2. различие геокриологических условий по территории определяется различием природных условий, строением и типом тектонической структуры, геотермическими и гидрогеологическими условиями и рельефом, ландшафтно-климатической обстановкой и историей криогенного развития территории; 3. изменение одного из криоформирующих факторов от участка к участку ведет к изменению геокриологических условий; 4. изменение ландшафтной обстановки и короткопериодные изменения климата (3-, 11- 33-летние) в первую очередь проявляются в изменениях глубин сезонного промерзания и протаивания, среднегодовых температур пород и криогенного строения слоя годовых колебаний температур, в сокращении или расширении таликов и новообразовании мерзлоты, а также в изменении характера развития криогенных геологических процессов и явлений; 5. изменение климатической и геолого-структурной обстановок в различные периоды геологического развития ведет к изменению всех компонентов геокриологических условий как на поверхности и в слое колебаний температур, так и во всей криогенной толще; 6. изучение современных геокриологических условий связано с изучением двух групп геокриологических характеристик: для верхних граничных условий – теплообмена на поверхности и в слое годовых 105 колебаний температур и для нижних граничных условий – теплообмена на подошве криогенной толщи и в самой толще пород; 7. изучение «следов» былого промерзания и оттаивания пород, захороненных в слоях отложений неогенового, плейстоценового и голоценового возраста для восстановления истории геокриологического развития территории и объяснения криогенного строения и толщи льдистости мерзлых пород; 8. изучение геокриологических условий при съемке ведется в подготовительный, полевой и камеральный периоды при применении комплекса специальных мерзлотных, геологических, геофизических, геоморфологических, климатических, лабораторных и других методов исследования, при использовании топографических и специальных карт, аэро- и космоснимков различного масштаба; 9. изучение многофакторной зависимости каждой геокриологической характеристики от криоформирующего фактора природной среды является комплексным. 10. изучение геокриологических условий в процессе съемки реализуется с помощью двух основных приемов организации и анализа результатов исследований: ландшафтного районирования территории и метода ключевых участков. Масштабы геокриологических съемок по аналогии с инженер- но-геологическими cъемками разделяются на мелкомасштабные (1:500 000–1:100 000) среднемасштабные (1:50000–1:25000) крупномасштабные (1:10000–1:5000) детальные (1:2000 и крупнее). Геокриологические полевые съемки в масштабе мельче 1:500 000 не проводятся, а геокриологические карты составляются камерально: путем сбора и обобщения опубликованных и фондовых материалов геокриологических, инженерно-геологических и других исследований, увязанных с зонально-региональным геокриологическим фоном, полученным по более мелкомасштабным (чем съемочный) геокриологическим картам, а для мелкомасштабных и обзорных карт – по геокриологическим картам масштаба 1:2 500 000 и мельче. Геокриологические карты, охватывающие всю территорию России, в связи с ограниченным фактическим материалом и слабой разработанностью методики составлялись в обзорных 1:40 000 000– 1:5000000 масштабах. Мелкомасштабная геокриологическая съемка проводится обычно на больших площадях с целью геокриологической, гидрогеологической и инженерно-геокриологической оценки территории на стадии 106 перспективного планирования развития отраслей народного хозяйства. Такие съемки должны выполняться в первую очередь в перспективных по полезным ископаемым районах, а также для промышленного и сельскохозяйственного освоения отдельных регионов. Выбор кон- кретного масштаба съемки (от 1:500 000 до 1:100 000) связан со сложностью природных условий, степенью изученности района, отраслевой направленностью исследований и стадией освоения. Мелкомасштабные геокриологические карты– всегда комп- лексные, так как составляются на допроектных стадиях исследования территории и должны отвечать на вопросы многоотраслевого освоения территории и охраны природной среды. Их задачей является отражение комплекса геокриологических, гидрогеологических и инженерно- геокриологических условий больших территорий, часто не освоенных, но перспективных для разведки и добычи полезных ископаемых, линейного строительства и т.д. Полевые карты при мелкомасштабной съемке составляются в первую очередь на ключевые участки в масштабе в два–три раза крупнее съемочного. Целью составления рабочих карт на ключевые участки является выяснение закономерностей формирования геокриологических условий в каждом микрорайоне (частные геокриологические закономерности) и их изменений по территории от одного микрорайона к другому (общие геокриологические закономерности). Составление комплексных геокриологических карт на всю территорию исследования в масштабе съемки базируется на картах ключевых участков и результатах анализа взаимосвязей факторов природной среды и геокриологических характеристик. Вследствие охвата при мелкомасштабном картировании больших и часто сложных в геокриологическом отношении районов составление комплексных карт методически целесообразно проводить раздельно по каждой характеристике, последовательно учитывая каждую частную составленную карту. Окончательное совмещение всех геокриологических характеристик и характеристик природной среды (мерзлотообразующих факторов) на одной или нескольких картах позволяет отразить региональные геокриологические закономерности. В целом мелкомасштабные комплексные съемки обычно завершают составлением серии комплексных карт, таких как геокрио- логическая (карта распространения и среднегодовых температур пород, мощности и строения мерзлой толщи, криогенных явлений и таликов), типов сезонного промерзания и оттаивания пород, инженерно- геокриологическая, гидрогеокриологическая. В комплект могут входить карты четвертичных отложений, криолитологическая, оценочные 107 геокриологические карты (по устойчивости и изменчивости развития криогенных явлений и в целом геокриологических условий) и др. Такой комплект позволяет проводить предварительную оценку конкурирующих вариантов участков освоения для выбора наиболее благоприятного по инженерно-геокриологическим или по гидрогеокриологическим условиям. |