Исследование фильтрационной анизотропии лёссовидных макропористых грунтов приобского плато
|
Скачать 326.9 Kb.
|
На правах рукописи  Соболев Андрей Андреевич ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЛЬТРАЦИОННОЙ АНИЗОТРОПИИ ЛЁССОВИДНЫХ МАКРОПОРИСТЫХ ГРУНТОВ ПРИОБСКОГО ПЛАТО Специальность 25.00.08 – Инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведение АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискании ученой степени кандидата технических наук Барнаул – 2010 Работа выполнена в Алтайском государственном техническом университете им. И.И. Ползунова Научный руководитель: доктор геолого-минералогических наук, член-корреспондент Российской Акаде- мии архитектуры и строительных наук, профессор Швецов Геннадий Иванович Официальные оппоненты: - доктор технических наук, профессор Полищук Анатолий Иванович - кандидат геолого-минералогических наук Осьмушкин Владимир Степанович Ведущая организация: Институт водных и экологических проблем СО РАН, г. Барнаул Защита состоится 26 ноября 2010 г. в 13:00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.004.09 в Алтайском государственном техническом университете им. И.И. Ползунова по адресу: 656038, г.Барнаул, пр. Ленина, 46. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Алтайского государственного технического университета им. И.И. Ползунова. Отзывы на автореферат в 2-х экземплярах, заверенные печатью учреждения, просим направлять по указанному адресу ученому секретарю совета Д 212.004.09. Е-mail: asoblv@mail.ru. Автореферат разослан 26 октября 2010 г. Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук И.В. Карелина ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность проблемы. В настоящее время перед проектными и строительными организациями возникает задача освоения новых площадок и территорий, занятых слабыми грунтами, возведения на них зданий, сооружений, жилых районов и дорог. В вопросе повышения эффективности строительства существенно важным является совершенствование методов проектирования оснований и фундаментов, стоимость устройства которых может доходить до 20-30% стоимости зданий и сооружений. Сложность инженерно-геологических условий площадок строительства, уникальность современных сооружений, повышение технологических нагрузок и этажности зданий требуют более полного учета реальных свойств грунтов оснований, что можно обеспечить только при использовании новейших достижений в области механики грунтов и совершенствования методов расчета. Для получения более точных расчетных данных необходимо иметь более полные знания о реальных свойствах грунта. В Алтайском крае распространены лёссовидные просадочные макропористые грунты, которые нередко и служат в качестве оснований зданий и сооружений, оснований дорожного полотна и т.д. Известно, что процесс уплотнения грунта оснований (осадка и просадка) зависит от скорости отжатия воды из пор. Следовательно, необходимо знать фильтрационные свойства грунтов оснований. Одной из особенностей лёссовидных просадочных грунтов является ярко выраженная анизотропия фильтрационных свойств, обусловленная природой их образования. Из-за наличия характерных макропор в виде вертикальных канальцев, водопроницаемость лёссовидных грунтов в вертикальном направлении превышает водопроницаемость в горизонтальном направлении, что оказывает существенное влияние на распространение воды в грунте и, следовательно, на величину деформации основания. Теоретические решения, широко используемые в практике проектирования и лежащие в основе большинства нормативных документов этого обстоятельства не учитывают (учитывается только анизотропия биогенных грунтов и илов на уровне рекомендаций). Как показывает анализ литературы, одна из причин этому – отсутствие систематизированных исследований фильтрационных свойств лёссовидных грунтов и закономерностей их изменения. В современных расчетах осадки лёссовидные грунты условно считаются изотропными. Теория фильтрационной консолидации разработана для изотропных грунтов и в случае лёссовидных грунтов будет давать неточные расчетные данные. Следовательно, необходимо ее усовершенствование для применения при расчетах анизотропных грунтов. Учитывая вышеизложенное, тема исследования фильтрационной анизотропии в целях повышения эффективности проектирования оснований и фундаментов является актуальной. Целью работы является комплексное исследование фильтрационной анизотропии лёссовидных макропористых грунтов, теоретическое обоснование необходимости учета фильтрационной анизотропии при проектировании оснований и фундаментов и усовершенствование теории фильтрационной консолидации для корректировки расчета осадок оснований во времени, сложенных лёссовидными грунтами. В работе решались следующие задачи: 1.Экспериментальные исследования фильтрационных свойств лёссовидных макропористых суглинков и супесей и определение степени их фильтрационной анизотропии; 2.Изучение зависимости фильтрационной анизотропии лёссовидных грунтов от изменения нагрузки и толщины грунтового массива; 3.Влияние фильтрационной анизотропии на осадку и просадку оснований зданий и сооружений; 4.Разработка метода учета фактора фильтрационной анизотропии в теории фильтрационной консолидации в целях ее усовершенствования; Методы исследований. Основные положения и выводы диссертационной работы основаны на теоретических и экспериментальных исследованиях лёссовидных макропористых грунтов Приобского Плато юга Западно-Сибирской плиты. Все образцы грунтов исследовались по одной и той же методике. Для определения коэффициентов фильтрации использовались компрессионно-фильтрационные приборы лаборатории системы И.М. Литвинова ПЛЛ-9, разработанной в ЮжНИИ. Применялись образцы грунта с ненарушенной структурой. Образцы по взаимно перпендикулярным направлениям вырезались из одного монолита и сравнивались между собой. Коэффициенты фильтрации определялись согласно прилагаемой инструкции к прибору. Исследование физических свойств и классификационных показателей грунтов проводилось по стандартным методикам. Зависимости и графики получены с использованием компьютерной программы «Microsoft Excel 2003». Исходные данные и личный вклад автора. В основу работы положены материалы экспериментальных и теоретических исследований выполненных автором в период с 2002 по 2008 гг. Диссертационная работа выполнялась в составе научного коллектива кафедры «Основания, фундаменты, инженерная геология и геодезия» АлтГТУ им. И.И. Ползунова. Автором произведен анализ экспериментальных исследований с выявлением закономерностей, построена модель фильтрации в анизотропном макропористом лёссовидном грунте и определен поправочный коэффициент для учета анизотропии с целью корректировки одномерной задачи теории фильтрационной консолидации. Научная новизна. Систематизированный анализ экспериментальных данных позволил определить диапазон изменения степени фильтрационной анизотропии лёссовидных макропористых грунтов Приобского Плато на территории г.Барнаула. Подведена теоретическая база, доказывающая необходимость определения коэффициентов фильтрации лёссовидных грунтов по двум взаимно-перпендикулярным направлениям при инженерно-геологических изысканиях для выявления и учета фильтрационной анизотропии при проектировании оснований и фундаментов. Внесен вклад в усовершенствование теории фильтрационной консолидации. В результате теоретических исследований определен поправочный коэффициент на анизотропию для корректировки теории фильтрационной консолидации. Установлено, что при прогнозировании осадок во времени в расчетах оснований фундаментов с учетом фильтрационной анизотропии, величина осадки превышает на 8-13% прогнозируемые осадки без учета фильтрационной анизотропии, т.е. существующая расчетная изотропная модель занижает величины осадок и дает неточные результаты, что, в свою очередь, может привести к аварийным ситуациям при эксплуатации зданий и сооружений. Введено понятие угла фильтрационного потока, оказывающего существенное влияние на распространение воды в толще изотропного грунта. Использование полученных данных позволит получать более точные результаты расчета осадок и времени уплотнения для случая одномерной задачи теории фильтрационной консолидации. Практическое значение работы состоит в том, что предложенная корректировка теории фильтрационной консолидации позволят повысить точность прогнозирования скорости осадок водонасыщенных лёссовидных грунтовых оснований (получать более достоверные расчетные значения осадок оснований). Прогноз скорости осадок анизотропных лёссовидных грунтов во времени, позволит более обоснованно назначать размеры подошвы фундаментов. Использование значений угла фильтрационного потока позволит существенно повысить точность прогноза распространения фильтрационного потока в толще грунтового основания и определения области возможного замачивания при проектировании водопроводящих коммуникаций вблизи существующих зданий, выборе мероприятий по уплотнению лёссовидных грунтов предварительным замачиванием. Все вышеперечисленные положения относятся не только исключительно к лёссовидным грунтам, но из-за сходной структуры, могут быть, по аналогии, применены и к лёссовым грунтам в целом. Результаты диссертационного исследования рекомендуются к расширенному внедрению в проектных и изыскательских организациях Сибирского региона, в проектных и изыскательских организациях других регионов занимающихся инженерно-геологическим изысканиями, проектированием и строительством на лёссовых макропористых грунтах, а так же в учебном процессе при подготовке инженеров-строителей по дисциплинам кафедры «Основания, фундаменты, инженерная геология и геодезия». На защиту выносятся: 1.Результаты экспериментальных исследований фильтрационных свойств лёссовидных макропористых грунтов, определение степени их фильтрационной анизотропии и выявление их зависимости от изменения нагрузки и толщины грунтового массива. 2.Определение механизма влияния фильтрационной анизотропии на процесс фильтрационной консолидации. 3.Результаты определения поправочного коэффициента учитывающего степень фильтрационной анизотропии при расчете осадок и времени уплотнения грунта оснований. 4.Результаты определение угла фильтрационного потока и его зависимости от степени фильтрационной анизотропии. 5.Рекомендации по расчету осадок фундаментов и определения ширины отмостки с учетом фильтрационной анизотропии. Апробация работа. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всероссийской конференции «Научно-технические проблемы в строительстве» НГАСУ (Новосибирск, 2003), 64-й научно-технической конференции НГАСУ (Сибстрин) (Новосибирск, 2007), VIII международном симпозиуме студентов и молодых ученых имени академика М.А. Усова «Проблемы геологии и освоения недр» ТПУ (Томск, 2004), Научно-практической конференции «Молодеж-Барнаулу» АлтГТУ им. И.И. Ползунова (Барнаул, 2004) и научных семинарах кафедры «Основания, фундаменты, инженерная геология и геодезия» АлтГТУ (2002-2008 гг.). Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 14 работ, в том числе 3 статьи опубликованы в ведущих рецензируемых журналах, утвержденных ВАК. Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка литературы и приложений. Общий объем работы составляет 139 страниц, в том числе 71 рисунок, 6 таблиц, 32 страницы приложений и список литературы из 89 наименований. Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю, д.г.-м.н., профессору Г.И. Швецову, сотрудникам Алтайского государственного технического университета им. И.И. Ползунова за помощь, деловые советы, консультации и дискуссии: И.В. Носкову, Б.М. Черепанову, Т.А. Горбуновой, Б.Ф. Азарову, Е.И. Вяткиной, М.А. Осиповой. Краткое содержание работы Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цель и задачи исследования, научная ценность и практическая значимость полученных в диссертационной работе результатов. Глава 1. Анализ существующих экспериментальных и теоретических исследований фильтрационной анизотропии лёссовых макропористых грунтов В первой главе проведен обзор работ, освещающих различные экспериментальные и теоретические исследования фильтрационных свойств лёссовых грунтов. Проведен анализ исследований фильтрационной анизотропии лёссовых грунтов и различные аспекты влияния фильтрационной анизотропии на их свойства. Изучению фильтрационных свойств и фильтрационной анизотропии посвящены работы Ю.М Абелева, М. Ю. Абелева, Л. С. Амаряна, Н. Д. Банникова, А.К. Бугрова, М. Н. Гольдштейна, Л. И. Кульчицкого, Е. Е. Керкнс, В. Д. Ломтадзе, А. А. Мустафаева, В. М. Павилонского, С. А. Роза, Ю. А. Соболевского и других. В них отмечается, что многие грунты в силу своего генезиса обладают анизотропией фильтрационных свойств. М.Ю. Абелев констатировал, что фильтрационные свойства лёссовых макропористых грунтов изучены к настоящему времени совершенно недостаточно (1979 г.). Анализ выполненных исследований водопроницаемости этих грунтов показывает, что в основном исследовались значения коэффициента фильтрации для лёссовых грунтов с нарушенной структурой. Эти исследования проводили в связи с необходимостью использовать лёссовые грунты в качестве материала земляных плотин и дамб. Небольшое количество исследований выполнено для решения проблем, связанных со строительством ирригационных и мелиоративных систем на территориях, где распространены макропористые лёссовые грунты. Обобщить результаты этих опытов и установить закономерности изменения характеристик фильтрационных свойств макропористых лёссовых грунтов в зависимости от напряженного состояния массива, от изменения плотности грунтов, или выявить особенности свойств лёссовых грунтов различного генезиса, практически невозможно. Это обусловлено тем, что опыты по определению водопроницаемости лёссовых грунтов ставили по различным методикам, на разных приборах и при различной методике обработки результатов. В результате этого данные опытов оказались практически несопоставимыми. Кроме того, следует учесть, что в конце 80-х и 90-х годах в связи с тяжелой экономической ситуацией в стране многие теоретические исследования, за отсутствием сиюминутной практической выгоды были приостановлены, многие ученые покинули страну. Как отмечают исследователи свойств макропористых лёссовых грунтов (Ф.Л. Андрухин, Ю.М. Абелев, А.М. Дранников и др.), именно специфическая макропористая структура лёссовых грунтов и вытянутость капиллярных каналов в вертикальном направлении обуславливают анизотропность различных свойств макропористых лёссовых грунтов, и особенно фильтрационных свойств. Исследование коэффициента фильтрации макропористых лёссовых грунтов, который определялся на одном и том же приборе и по одной и той же методике (при одинаковых градиентах напора), показало, что в вертикальном направлении для лессов значение коэффициента фильтрации в 2.5 – 9 раз больше, чем в горизонтальном направлении. Для лёссовидных суглинков коэффициент фильтрации в вертикальном направлении превышает коэффициент фильтрации в горизонтальном направлении в 5 – 30 раз. Эти данные были получены на основе исследования проницаемости лёссов Запорожья, Кривого Рога, Душанбе и лёссовидных суглинков Железногорска, Грозного, Ташкента и Оби-Киика. По результатам своих исследований М.Ю. Абелев утверждает, что при строительстве на водонасыщенных лёссовых грунтах необходимо учитывать значения коэффициентов фильтрации в вертикальном и в горизонтальном направлениях. Как отмечал Е.М. Сергеев, большое влияние на водопроницаемость грунтов оказывает их сложение, наличие у них структуры и трещиноватости. Следует различать грунты, имеющие одинаковую водопроницаемость по вертикальному и горизонтальному направлениям (изотропные в отношении водопроницаемости), и грунты, у которых водопроницаемость в различных направлениях не одинакова (анизотропные в отношении водопроницаемости). К грунтам последнего типа относятся ленточные глины, лёссы, лёссовидные суглинки и др. И.А. Сафохина и Е.С. Дзекцер отметили, что существенную роль в подъеме уровня грунтовых вод играют анизотропные свойства грунтов. Изучение анизотропии фильтрационных свойств лёссовых грунтов позволит существенно уточнить прогнозы изменений УГВ на застроенных территориях. Наблюдения и исследования, проведенные на кафедре «Основания, фундаменты и инженерная геология» Белорусского политехнического института под руководством доктора технических наук, профессора Ю.А. Соболевского, показали, что на изменение напряженного состояния оснований, нарушение их устойчивости и протекание деформаций оказывает существенное влияние анизотропия фильтрационных свойств грунта. Связь между фильтрационными свойствами лёссовых грунтов и их деформациями, вопросы распределения влаги в лёссовых породах и отражены в работах А.А. Кириллова, Н.И. Кригера, Ф.В. Молчанова, Е.А. Замарина, А.В. Кудинов, Н.А. Осташева, А.В. Думанского и Ф.Д. Овчаренко. Комплексным исследованиям анизотропных свойств лёссовых грунтов Приобского Плато посвящены работы О.А. Коробовой, однако исследование фильтрационной анизотропии в них не получило развития. Вопросы фильтрационной консолидации получили отражение и развитие в работах А.К. Бугрова, А.И. Голубев, В.М. Карпова, Д.Е. Польшина, Ю.К. Ткачева, Ю.В. Рассохина, В.Н. Яромко и др. Отдельными учеными в теорию фильтрационной консолидации введен ряд усовершенствований и дополнений, учитывающих свойства природных грунтов различной консистенции, и установлены пределы применимости отдельных решений. Однако эти усовершенствования не касались учета фактора фильтрационной анизотропии. Таким образом, фильтрационную анизотропию можно рассматривать как фундаментальное свойство, однако анализ литературы показывает, что до сих пор не было выполнено комплексных исследований фильтрационной анизотропии лёссовых грунтов, и, в частности, Приобского Плато. В соответствии с вышеизложенным, были сформулированы цель и задачи исследований. |
Похожие:
 |
Библиография по технической мелиорации грунтов. Часть III. Глубинная... Завершают третью часть обзора публикации по различным методам контроля инъекционного закрепления грунтов |
|
Учебной дисциплины химический анализ грунтов Рекомендуется для направления подготовки Целью освоения дисциплины «Химический анализ грунтов» является ознакомление студентов с современными методами анализа химического... |
|
• Исследование электромагнитных процессов в заземлителях электроустановок в условиях вусг Повышение надежности защиты от перенапряжений систем электроснабжения нефтяной промышленности в районах с высоким удельным сопротивлением... |
 |
Руководство по проектно-конструкторским работам: Стабилизация слабых грунтов ct97-0351 Разработка и реализация методов стабилизации слабых грунтов органического происхождения |
|
Руководство к выполнению лабораторных работ по курсу «Механика грунтов, основания и фундаменты» «Механика грунтов, основания и фундаменты» для студентов специальностей «Промышленное и гражданское строительство» 270102 |
|
В электронной форме на выполнение пир по объектам «сикнс на днс-1... Данная типовая Документация о закупке соответствует требованиям Положения Компании "О закупке товаров, работ, услуг" № П2-08 р-0019... |
|
1. Приборы и оборудование для контроля качества грунтов и каменных материалов Комплект пробоотборников для определения плотности немерзлых пылевато-глинистых грунтов методом режущего кольца по гост 5180 (3 режущих... |
|
Техническое задание на разработку проектно-сметной документации «Обустройство... «Обустройство правобережной части Приобского месторождения. Кусты скважин №№228, 232, 265, 269, 370, 373» |
|
Исследование №2 30 Исследование №3 31 Исследование №4. Создание сайта... Поэтому школьнику необходимо не только усвоить основные понятия и положения теории экономики, но и научится применять полученные... |
|
Методические указания для студентов по выполнению лабораторных работ... Лабораторная работа 4, 5 Исследование регистров, счетчиков и дешифраторов Лабораторная работа 6, 7 Исследование генератора псевдослучайной... |
|
Содержание Исследование волокон и волокнистых материалов /^Исследование металлов, сплавов, металлических изделий |
|
Рентгенологическое отделение Исследование пищевода и желудка: последний прием пищи не позднее 20 ч до начала исследования. На исследование приходить натощак |
|
Техническое задание 174-тн-дв. 04-У. 2015 на выполнение работ «Обустройство... Тн-дв. 04-У. 2015 на выполнение работ «Обустройство участков с ммг термометрическими скважинами для оперативного контроля фактических... |
|
Исследование конкурентных преимуществ исследуемой гостиницы Исследование особенностей организации гостиничного бизнеса (на примере гостиницы "Сибирь" Алтайского края) |
|
Исследование клеточных элементов в периферической крови является одним из Стандартизованная технология «Исследование клеточного состава крови с применением гематологических анализаторов» |
|
Исследование обстоятельств дтп, связанных с неправильным применением... «Экспертное исследование дорог, дорожных условий на месте дтп» Приказ Министерства юстиции Российской Федерации |