В РАЙОНАХ РАЗВИТИЯ ПОДТОПЛЕНИЯ

⇐ ПредыдущаяСтр 5 из 9Следующая ⇒

Под подтоплением понимается процесс подъема уровня грунтовых вод выше некоторого критического положения, а также формирования верховодки и (или) техногенного водоносного горизонта, приводящий к ухудшению инженерно-геологических условий территории строительства, агромелиоративной и экологической обстановки. Подтопление обусловлено превышением приходных статей водного баланса над расходными под влиянием комплекса природных и техногенных факторов.

Величина критического уровня устанавливается проектной (или, при необходимости, с участием изыскательской) организацией, в зависимости от решаемых проектных задач, стадии проектирования и местных природных условий. Глубина критического уровня определяется глубиной заложения и типами фундаментов, конструкцией подземной части сооружений, свойствами грунтов оснований в активной зоне, возможностью возникновения опасных инженерно-геологических процессов, высотой капиллярной каймы.

Подтопление сопровождается увеличением влажности грунтов за счет замачивания. При необходимости, для предварительных проектных расчетов (суммарной просадки, набухания, осадки).

Основными причинами возникновения и развития подтопления являются:

· подпор грунтовых вод в прибрежных зонах морей и водохранилищ, вдоль бортов каналов;

· техногенные утечки из водонесущих коммуникаций, прудов, отстойников, недостаточная организация поверхностного стока на застроенных территориях, неэффективность ливневой канализации, нарушение естественного стока при проведении строительных работ, неумеренный полив городских насаждений и садово-огородных участков;

· барражный эффект при строительстве заглубленных подземных сооружений, засыпке оврагов нефильтрующим материалом, устройством стен в грунте и свайных полей;

· конденсация влаги под основаниями зданий, элеваторами и другими сооружениями, асфальтовыми покрытиями на застроенных городских территориях;

· гидромелиоративная деятельность на массивах орошения.

Развитие подтопления, как правило, вызывает негативные последствия:

· деформации фундаментов и наземных конструкций зданий и сооружений, вызванные изменением прочностных и деформационных свойств грунтов, в особенности, обладающих специфическими свойствами (просадочность, набухание, выщелачивание, размокание);

· затопление подземных частей зданий, сооружений, коммуникаций, ухудшение условий их эксплуатации;

· возникновение и активизация опасных геологических процессов (оползни, карст, суффозия, просадки, набухание грунтов и др.);

· повышение сейсмической балльности (при сейсмическом микрорайонировании) за счет изменения категории грунтов по сейсмическим свойствам;

· изменение химического состава, агрессивности и коррозионной активности грунтов и подземных вод;

· загрязнение поверхностных и подземных вод, используемых для хозяйственно-питьевых целей;

· ухудшение экологической и санитарно-эпидемиологической обстановки вследствие подтопления территорий промышленных предприятий, полигонов бытовых и промышленных отходов, нефтехранилищ, скотомогильников и других источников химического и органического загрязнения;

· повреждение памятников истории и культуры, уничтожение уникальных ландшафтов.

Инженерно-геологические изыскания в районах развития подтопления в дополнение к пп. 4.2 и 5.9 СП 11-105-97 (часть I) должны обеспечивать:

· изучение и оценку гидрогеологических условий территории (региона, района, площадки, участка, трассы) объектов строительства;

· выявление источников подтопления и загрязнения подземных и поверхностных вод;

· выполнение прогноза изменения гидрогеологических условий с учетом вызываемых подтоплением негативных последствий;

· оценку опасности возникновения и развития подтопления при различных видах использования территории;

· получение необходимых параметров для обоснования проектных решений по строительству (реконструкции) зданий и сооружений в условиях развития подтопления и их инженерной защите;

· разработку предложений и рекомендаций по организации и ведению гидродинамического и гидрохимического мониторинга подземных вод и развития сопутствующих процессов.

что подтопление развивается по двум принципиальным гидрогеологическим схемам, различным по режиму, условиям формирования и характеру распространения подземных вод:

Схема 1 — подтопление развивается вследствие подъема уровня первого от поверхности безнапорного водоносного горизонта, который испытывает существенные сезонные и многолетние колебания, на территориях, где глубина залегания уровня подземных вод в большинстве случаев невелика (обычно не превышает 10-15 м); при подтоплении наблюдается преимущественно естественно-техногенный тип режима подземных вод;

Схема 2 — подтопление развивается вследствие увлажнения грунтов зоны аэрации и (или) формирования нового техногенного водоносного горизонта с подъемом его уровня на территориях, где подземные воды имеют спорадическое распространение или вообще отсутствуют до кровли подстилающего водоупора, либо уровень первого от поверхности водоносного горизонта залегает на значительной глубине (обычно более 10-15 м); при подтоплении наблюдается техногенный тип режима подземных вод.

Принципиальные различия в развитии подтопления предопределяют специфику и методическую направленность изысканий, а также методику прогноза изменения гидрогеологических условий и особенности инженерно-гидрогеологического обоснования инженерной защиты.

При развитии процесса по схеме 1 выполняется прогноз подъема уровня и изменения химического состава грунтовых вод с учетом естественных (сезонных и многолетних) колебаний.

При развитии процесса по схеме 2 выполняется прогноз формирования техногенных подземных вод и изменения свойств грунтов зоны аэрации (особенно, если эти грунты просадочные или набухающие).

В процессе гидрогеологических исследований необходимо устанавливать:

· фильтрационные свойства грунтов в границах района (площадки) изысканий, а также в пределах ее внешних гидродинамических границ;

· закономерности формирования режима (уровенного, химического, температурного) подземных вод;

· типы водообмена (фильтрация в водонасыщенной зоне; влагоперенос, происходящий в ненасыщенной зоне путем инфильтрации и испарения; передача гидростатического давления; диффузионный перенос вещества и др.);

· особенности взаимосвязи подземных и поверхностных вод;

· характеристику областей разгрузки потока подземных вод и удаленности их от изучаемой площадки;

· агрессивность и коррозионную активность подземных вод с учетом возможного загрязнения.

В дополнение к составу инженерно-геологических изысканий, предусмотренному пп. 5.1 и 5.9 СП 11-105-97 (часть I), на территориях развития подтопления с целью комплексной оценки инженерно-геологических и гидрогеологических условий территории в пределах внешних гидродинамических границ, а также гидрогеологического районирования по условиям развития подтопления и составления прогноза изменения гидрогеологических условий, в зависимости от специфики развития подтопления по схеме 1 или 2 при отсутствии необходимых материалов изысканий и исследований прошлых лет следует предусматривать выполнение следующих видов съемок:

· для территорий, где подтопление развивается по схеме 1, — инженерно-гидрогеологической или (при отсутствии геологической карты) комплексной инженерно-гидрогеологической съемки, включающей отдельные виды гидрогеологических работ и специальных гидрогеологических исследований;

· для территорий, где подтопление развивается по схеме 2, — инженерно-геологической съемки с изучением водопроницаемости грунтов зоны аэрации, детальность которой в соответствии с масштабом изысканий обеспечивается опытно-фильтрационными работами, стационарными наблюдениями и другими специальными гидрогеологическими исследованиями.

В дополнение к п. 5.2 СП 11-105-97 (часть I) сбору и обработке подлежат:

· материалы государственных гидрогеологических и комплексных геолого-гидрогеологических съемок масштабов 1: 500000-1: 50000;

· данные многолетних климатических и гидрологических наблюдений;

· материалы стационарных гидрогеологических наблюдений;

· результаты опытно-фильтрационных работ по изысканиям прошлых лет;

· материалы гидрогеологического моделирования;

· данные по изучению водного баланса исследуемой территории и результаты ранее выполненных прогнозов изменения гидрогеологических условий;

· схемы инженерной защиты территории от опасных природных и природно-техногенных процессов;

· схемы инженерно-гидрогеологического обоснования эксплуатации месторождений полезных ископаемых и защиты их от затопления;

· схемы энергетического использования рек;

· схемы использования водных ресурсов.

Маршрутные наблюдения следует осуществлять в процессе рекогносцировочного обследования, инженерно-геологической и инженерно-гидрогеологических съемок в соответствии с п. 5.5 СП 11-105-97 (часть I).

В ходе маршрутных наблюдений необходимо осуществлять:

· описание внешних проявлений процесса подтопления, в том числе с использованием геоботанических индикаторов;

· описание проявлений инженерно-геологических процессов, вызванных подтоплением;

· выявление возможных источников техногенного инфильтрационного питания и загрязнения подземных вод;

· обследование и установление внешних и внутренних гидродинамических границ (реки, каналы, пруды, озера, водохранилища, орошаемые массивы, овражная сеть, местные дренажные системы и др.) исследуемой области фильтрации;

· оценку экологических последствий подтопления на пораженных участках (эколого-гидрогеологические наблюдения проводятся в соответствии с требованиями СП 11-102-97);

· отбор проб поверхностных и подземных вод (родников, колодцев) для лабораторных исследований их химического состава и загрязненности.

При маршрутных наблюдениях на застроенной (освоенной) территории необходимо дополнительно проводить:

· фиксацию глубины залегания уровня воды в открытых водоемах и колодцах с опросом местных жителей о наблюдающихся изменениях его положения во времени;

· выявление подтопленных зданий, сооружений и возможных причин их подтопления;

· осмотр существующей наблюдательной сети;

· выявление и описание деформаций инженерных сооружений на участках, где наблюдается подъем уровня грунтовых вод и (или) изменение влажности грунтов и имеются признаки подтопления (неравномерные осадки, трещины в стенах зданий, разрушение покрытий автомобильных дорог);

· опросы местного населения о проявлениях подтопления, фактах нанесенного материального, социального и экологического ущерба и имевших место аварийных ситуациях.

Проходка горных выработок осуществляется в соответствии с п. 5.6 СП 11-105-97 (часть I), а также для:

· уточнения гидрогеологического разреза по степени проницаемости и обводненности пород;

· изучения химического состава подземных вод;

· определения температуры подземных вод;

· предварительной оценки характера взаимосвязи между водоносными горизонтами, а также между подземными и поверхностными водами;

· определения скорости движения подземных вод;

· выбора глубины и методов гидрогеологического опробования водоносных горизонтов и грунтов зоны аэрации;

· выполнения опытно-фильтрационных работ;

· режимных наблюдений за положением уровня, температурой и химическим составом грунтовых вод и их сезонными колебаниями.

Геофизические исследования при инженерных изысканиях в районах развития подтопления следует использовать для определения глубины залегания уровней подземных вод, положения водоупоров, направления движения подземных вод, гидрогеологических параметров водоносных горизонтов, а также определения состава, состояния и свойств грунтов в массиве и под фундаментами зданий и сооружений при развитии подтопления. Наиболее эффективными методами для решения указанных задач являются различные модификации ВЭЗ, электропрофилирование, метод заряженного тела, а также межскважинное сейсмоакустическое просвечивание 1рунтов под фундаментами зданий и радиоактивный каротаж (при режимных наблюдениях за изменением физико-механических характеристик грунтов во времени при их замачивании).

Выбор методов геофизических исследований и определение объемов геофизических работ следует осуществлять в соответствии с приложениями Д и Е СП 11-105-97 (часть I), с учетом III категории сложности инженерно-геологических условий.

Гидрогеологические исследования следует выполнять в соответствии с п. 5.9 СП 11-105-97 (часть I) с учетом специфики задач, решаемых при изучении и прогнозе процесса подтопления.

В дополнение к приложению К СП 11-105-97 (часть I) следует определять:

· по данным кустовых откачек — коэффициент фильтрации или водопроводимость;

· по данным стационарных гидрогеологических наблюдений — коэффициент фильтрации, водопроводимость, коэффициент уровнепроводности (пьезопроводности), если установлена или предполагается связь с более глубоко залегающим напорным водоносным горизонтом, а также интенсивность испарения с поверхности грунтовых вод;

· аналитическими расчетами — коэффициенты перетекания и вертикального водообмена;

· методом решения обратных задач — гидрогеологические параметры водоносных горизонтов: коэффициенты фильтрации, водоотдачи, водопроводимость, коэффициенты уровнепроводности (пьезопроводности), перетекания и вертикального водообмена; фильтрационное сопротивление днищ водоемов, инфильтрационное питание;

· по результатам наливов в горные выработки, оборудованные датчиками, фиксирующими изменение влажности грунтов по глубине разреза в процессе опыта, — фильтрационные свойства грунтов зоны аэрации.

Стационарные наблюдения выполняются для решения следующих задач:

· установление сезонных, годовых и многолетних колебаний уровня, химического состава и температуры грунтовых вод и вод спорадического распространения;

· отслеживание скорости формирования техногенного водоносного горизонта с одновременными наблюдениями за изменением влажности грунтов зоны аэрации;

· установление сезонных, годовых и многолетних колебаний уровня (напора), химического состава и температуры подземных вод нижележащего водоносного горизонта (если установлена или предполагается его взаимосвязь с вышезалегающими подземными водами);

· определение гидрогеологических параметров и интенсивности инфильтрационного питания (естественного и техногенного);

· оценка взаимосвязи между поверхностными и подземными водами (одновременные наблюдения за поверхностными и подземными водами на ключевых участках);

· районирование территории по особенностям режима подземных вод;

· выбор расположения водно-балансовых участков, обоснование их границ в плане и разрезе, расчет водного баланса (приложение Ж);

· установление глубины сезонного промерзания на водно-балансовых участках;

· оценка эффективности работы водопонизительных защитных сооружений;

· расчет зоны влияния эксплуатируемых систем водопонижения (дренажи, водозаборы);

· своевременная фиксация достижения уровнем грунтовых вод его критического положения и (или) достижения критических значений влажности грунтов, вызывающих изменение прочностных и деформационных свойств грунтов, развитие просадки, набухания, суффозии и других негативных процессов;

Лабораторные исследования грунтов, химического состава подземных вод следует выполнять в соответствии с п. 5.11 СП 11-105-97 (часть I).

Определение агрессивности и коррозионной активности подземных вод и водных вытяжек из грунтов необходимо выполнять в соответствии с табл. 4 — 7 и табл. 15 СНиП 2.03.11-85.

Лабораторные определения показателей физико-механических свойств грунтов следует производить в соответствии с приложением МСП 11-105-97 (часть I).

Обследование грунтов оснований фундаментов существующих зданий и сооружений на территориях развития подтопления следует проводить в соответствии с п. 5.12 СП 11-105-97 (часть I).

Обследованию подлежат:

· участки, на которых ведутся работы по укладке и ремонту подземных водонесущих коммуникаций, очистных сооружений;

· участки расположения различных гидротехнических сооружений и мелиоративной сети, в том числе на сопредельной территории;

· участки расположения действующих сооружений инженерной защиты (дренажи, водосточные и водоотводные сооружения и др.).

Прогноз изменения гидрогеологических условий исследуемой территории должен выполняться при изысканиях для разработки градостроительной (предпроектной и проектной) документации, обоснования инвестиций и на стадии проекта. При изысканиях для разработки рабочей документации результаты прогноза по отдельным характеристикам и параметрам могут быть уточнены с учетом техногенных нагрузок в период строительства и эксплуатации объекта. Если на предыдущих этапах изысканий прогноз не выполнялся, то гидрогеологические исследования при изысканиях для рабочей документации должны обеспечить получение исходной информации для прогноза.

Прогноз естественного режима подземных вод особенно важно выполнять на участках с большой амплитудой естественных колебаний уровня. Без их учета прогноз подтопления может оказаться ошибочным.

Камеральную обработку материалов и составление технического отчета следует выполнять в соответствии с п. 5.14 СП 11-105-97 (часть I). В дополнение к этому при окончательной камеральной обработке материалов, полученных при сборе и анализе материалов изысканий и исследований прошлых лет, результатов гидрогеологических исследований и других материалов изысканий по объекту строительства в зависимости от этапа изысканий, решаемых проектных задач и природно-техногенных условий выполняются:

· статистическая обработка многолетних режимных наблюдений за уровнем подземных вод с построением кривой обеспеченности (эмпирической или теоретической) поданным государственной стационарной сети;

· прогнозы естественного, естественно-техногенного и (или) техногенного режима подземных вод;

· определение экстремальных уровней подземных вод, в том числе с использованием методик, учитывающих недостаток информации;

· расчеты вероятности экстремальных уровней поверхностных водных объектов с учетом вероятностных характеристик осадков (выполняются в составе инженерно-гидрометеорологических изысканий);

· расчет элементов водного баланса для инженерно-гидрогеологического обоснования защитных мероприятий.

Расчет элементов водного баланса может быть выполнен тремя методами:

· по данным экспериментальных наблюдений за водообменом грунтовых вод с зоной аэрации на приборах, установках различных типов и конструкций, устанавливаемых на поверхности земли, в шурфах и наблюдательных скважинах на водно-балансовых участках;

· по данным опытно-фильтрационных работ и стационарных наблюдений за режимом подземных вод в наблюдательных скважинах режимной сети;

· решением обратных задач.

В техническом отчете по результатам инженерно-геологических изысканий должен быть представлен прогноз и дана комплексная оценка опасности развития подтопления согласно п. 6.20 СНиП 11-02-96 с учетом требований, предъявляемых к материалам инженерно-геологических изысканий на соответствующей стадии разработки предпроектной и проектной документации.

Раздел технического отчета, посвященный прогнозу изменения гидрогеологических условий, должен включать следующие основные подразделы:

· расчетная геофильтрационная схема территории объекта строительства на основании схематизации природных условий и техногенных факторов, расчетных параметров, характеристики внутренних и внешних граничных условий и т.д.;

· характеристика развития процесса подтопления и его последствий на объекте-аналоге (при использовании метода аналогий);

· описание гидрогеологической модели территории строительства, используемой при выполнении прогноза;

· метод прогноза;

· результаты прогноза с оценкой его достоверности и точности;

· прогноз (качественный или количественный) сопутствующих подтоплению опасных процессов и негативных экологических последствий их возникновения и развития;

· типизация территории по подтопляемости (при развитии подтопления по схеме 1) в соответствии с приложением И;

· рекомендации для выбора предупредительных и защитных мероприятий.

В состав графических материалов с учетом этапа (стадии) проектно-изыскательских работ и в соответствии с техническим заданием заказчика следует включать:

· карту гидрогеологического (в том числе гидрохимического) районирования по условиям развития подтопления;

· комплекс карт прогнозных уровней различной обеспеченности;

· карты районирования по типам и условиям застройки и динамики строительного освоения территории.

Геокриологические процессы

Характеристики свойств ММГ

Физические

Основные физические свойства мерзлых грунтов: суммарная влажность, льдистость и объемный вес - зависят от их криогенной текстуры. Поэтому показатели этих свойств необходимо определять с учетом особенностей криогенного строения мерзлых грунтов в условиях их естественного залегания.

· Влажность

Под влажностью грунта понимают содержание в нем воды, удаляемой высушиванием при 100-105° С до постоянного веса. Значение влажности выражают в процентах или долях единицы к весу сухого грунта.

Суммарная влажность (W _c)мерзлого грунта равна:

W _c = W _в + W _ц + W _н = W _в + W _г

где W _в - влажность за счет ледяных включений;

W _ц- влажность за счет льда-цемента (порового льда);

W _н - влажность за счет незамерзшей воды, содержащейся в мерзлом грунте при данной отрицательной температуре;

W _г = W _ц + W _н - влажность минеральных прослоек или макроагрегатов, заключенных между ледяными включениями.

В случае отсутствия в мерзлом грунте ледяных включений или при незначительном их содержании, т.е. для грунтов массивной криогенной текстуры, суммарную влажность принимают равной:

W _c » W _г = W _ц + W _н

При изучении мерзлых грунтов в массиве определяют влажность минеральных прослоек или макроагрегатов (W _г)и суммарную влажность слоев (W _{c л}) и горизонтов (W _гор). В случае если выделение горизонтов мерзлого грунта не производится, определяют суммарную влажность грунта, залегающего в определенном интервале глубин.

Суммарная влажность слоя мерзлого грунта (W _{c л})равна:

W _{c л} = W _{в. c л} + W _г

где W _{в. c л}- влажность за счет ледяных включений, содержащихся в слое.

Суммарная влажность горизонта мерзлого грунта или мерзлого грунта, залегающего в определенном интервале глубин (W _гор), равна:

W _гор = W _в.гор + W ' _{c л}

где W_в.гор - влажность за счет ледяных включений, разделяющих слои мерзлого грунта и формирующих криогенную текстуру горизонта;

- среднее значение суммарной влажности слоев, составляющих горизонт или залегающих в определенном интервале глубин;

п - число слоев;

W _{c л. i} - суммарная влажность i -го слоя мерзлого грунта.

где W - влажность крупнообломочного грунта;

W _к - влажность крупнообломочных частиц;

р - относительное содержание крупнообломочных частиц, определяемое отношением их веса к весу высушенного до постоянного веса образца крупнообломочного грунта.

При замерзании грунта поровая влага перераспределяется и может быть представлена в виде трех частей: одна — образует отдельные скопления в виде кристаллов, линз и прослойков льда; другая – замерзает в порах, цементирует частицы между собой; третья - остается в порах в виде незамерзшей воды. Количество последней зависит от температуры, состава и засоленности мерзлого грунта. При понижении температуры часть незамерзшей воды переходит в лед-цемент и наоборот. Содержание незамерзшей воды в мерзлых грунтах обуславливает их несущую способность, упругость, вязкость и пластичность.

· Льдистость

Под льдистостью мерзлого грунта понимают отношение объема содержащегося в нем льда к объему всего мерзлого грунта. Значение льдистости выражают в процентах или долях единицы.

Суммарную льдистость Л_смерзлых грунтов выражают:

Л _с = Л _в + Л _ц,

где Л_в- льдистость за счет ледяных включений;

Л _ц - льдистость за счет льда-цемента.

Льдистость минеральных прослоек и макроагрегатов мерзлого грунта, содержащая только лед-цемент, выражают:

где g _r - удельный вес скелета грунта в г/см³.

В случае отсутствия в мерзлом грунте ледяных включений или незначительном их содержании (Л_в£ 0, 03), т. е. для грунтов с массивной криогенной текстурой, принимают Л_с » Л _ц.

Льдистость мерзлых грунтов за счет ледяных включений (Л_в) вычисляют раздельно для слоев (Л_в.сл) и горизонтов (Л_в.чор) или, если горизонты не выделены, - для заданного интервала глубин по формулам:

где W _сл- суммарная влажность слоя грунта в %;

W ' _сл- средняя суммарная влажность слоя в %;

W _гор - суммарная влажность горизонта грунта в %.

Льдистость за счет ледяных включений, когда они имеют четкие границы, толщину более 2мм и расстояние между соседними ледяными включениями превышает 10 мм, можно определять расчетом по результатам непосредственных измерений в стенках горных выработок или по кернам, извлеченным из буровых скважин.

Наличие и расположение льда в мерзлом грунте определяют его криогенную текстуру (сложение мерзлого грунта, обусловленное замерзанием содержащейся в нем воды и характеризуемое формой, величиной и расположением ледяных включений). Различают три вида текстуры:

Основные виды криогенной текстуры в мёрзлых грунтах (Цытович, 1973)

а- слитная(массивная); б-слоистая; в-ячеистая.

· массивную (или слитную) с равномерным распределением ледяных кристаллов, характеризуемую в основном наличием порового льда;

· слоистую, при которой ледяные включения располагаются в виде линз и прослойков, ориентированных в одном направлении;

· сетчатую (или ячеистую), при которой ледяные включения различной ориентации образуют сеть или решетку.

Максимальную осадку при оттаивании дают грунты сетчатой и слоистой текстуры.

· Объемный вес

Под объемным весом мерзлого грунта понимают вес единицы его объема.

Различают:

· объемный вес мерзлого грунта ненарушенного сложения и природной влажности (в г/см³), равный отношению веса монолита мерзлого грунта к его объему;

· объемный вес скелета мерзлого грунта (в г/см³), равный отношению веса монолита, высушенного до постоянного веса при 100-105° С, к его первоначальному объему в мерзлом состоянии.

· Засоленность

Засоленностью грунта понимают весовое содержание в нем водорастворимых солей. Засоленность Z выражают в % к весу скелета грунта, включая вес водорастворимых солей, т. е.

где g _ч- вес скелета частиц грунта, включая и вес водорастворимых солей.

Присутствие легкорастворимых солей в грунтовой влаге существенно влияет на механические свойства грунтов. В засолённом грунте наблюдаются снижение прочности и увеличение деформируемости. Это обусловлено, в основном, изменением состава порового раствора, что обусловливает понижение температуры его замерзания и увеличение количества незамёрзшей воды. Экспериментально установлено влияние на механические свойства мёрзлых засолённых грунтов не только количества солей, но и их химического состава.

Засоление мёрзлых пород обусловлено их генезисом, специфической геохимической обстановкой, различной для эпигенетического и сингенетического способов промерзания пород. Однако, для всех типов пород будут присущи все типы элементарных реакций: растворение, гидратация, гидролиз, замещение, окисление – восстановление. Различают морской, континентальный и техногенный типы засоления.

Морской тип засоления наблюдается в мёрзлых грунтах самых северных территорий - вдоль арктического побережья России и на островах. Для морского типа засоления характерно наличие хлоридов, в частности NaCl. Наименьшее значение Dsal =0.2-0.5% отмечается в песках; в супесях, суглинках и глинах засолённость колеблется от 0.4 до 2.1 %.

Теплофизические

Характеристики теплофизических свойств мерзлых и оттаявших грунтов, используемых в качестве оснований зданий и сооружений, необходимы для выполнения теплотехнических расчетов.

Основными расчетными характеристиками теплофизических свойств мерзлого или оттаявшего грунта являются: теплоемкость С, коэффициент теплопроводности lи коэффициент температуропроводности a.

Эти характеристики связаны между собой соотношением

l = a С

Теплофизические свойства грунта зависят от его влажности, объемного веса, гранулометрического состава, сложения и температуры и должна определяться на образцах естественного сложения и влажности.

· Теплоемкость

Теплоемкость грунта характеризует его способность аккумулировать тепло. Различают удельную и объемную теплоемкость. Удельная теплоемкость грунта с численно равна количеству тепла, необходимого для изменения температуры единицы его массы на 1°, и выражается в ккал/кг·град. Объемная теплоемкость С численно равна количеству тепла, необходимого для изменения температуры единицы объема грунта на 1°. Значения удельной и объемной теплоемкостей грунта связаны соотношением

С = с g _об ккал/м³·град

где g_об - объемный вес грунта в кг/м³.

Удельная теплоемкость грунта не зависит от его сложения и объемного веса.

С достаточной для практических целей точностью величины удельной теплоемкости талого (с_т) и мерзлого (с_м) грунта можно определять расчетом по весовому соотношению основных составляющих грунта (минерального скелета, незамерзшей воды и льда) по формулам:

а) для талого грунта

б) для мерзлого грунта

где с_ск- удельная теплоемкость минерального скелета грунта;

с _ви с_л- удельные теплоемкости соответственно воды и льда;

W _с- весовая влажность грунта в долях единицы;

W _н - количество незамерзшей воды при заданной температуре мерзлого грунта в долях единицы.

Для мерзлого грунта различают его собственную и эффективную теплоемкость.

Собственная теплоемкость мерзлого грунта численно равна количеству тепла, необходимого для изменения на 1° температуры единицы объема или массы грунта.

Эффективная теплоемкость мерзлого грунта численно равна количеству тепла, необходимого для изменений температуры единицы объема или массы грунта на 1° и фазового состава поровой влаги в нем.

Эффективная теплоемкость зависит от температуры грунта.

Удельная эффективная теплоемкость может быть приближенно выражена формулой

где с_м- собственная теплоемкость мерзлого грунта;

L = 80 ккал/кг - удельная теплота таяния льда;

- объемный вес минерального скелета мерзлого грунта в кг/м³;

- объемный вес мерзлого грунта в кг/м³;

- изменение количества незамерзшей воды в долях единицы при изменении температуры мерзлого грунта на 1°.

· Теплопроводность и температуропроводность

Свойство теплопроводности грунта характеризуют величиной коэффициента теплопроводности, являющегося показателем пропорциональности между величиной удельного теплового потока и градиентом температуры в грунте. Коэффициент теплопроводности выражают в ккал/м·ч·град.

При теплотехнических расчетах оснований зданий и сооружений, возводимых на вечномерзлых грунтах, величину коэффициента теплопроводности грунта определяют по таблице расчётных значений теплофизических характеристик талых и мерзлых грунтов.

Экспериментальные определения теплопроводности грунтов предусматривают при строительстве в сложных мерзлотно-грунтовых условиях, а также на сильнольдистых, переувлажненных и засоленных грунтах.

Образцы талого и оттаявшего грунта испытывают при неустановившемся тепловом режиме методом теплового импульса, исключающим перераспределение в них влаги. Максимальное изменение температуры образца при испытании не должно превышать 15° С.

Значение теплопроводности грунта при температуре выше -10 °С находят по формуле

где λ _м и λ _т - значение коэффициента теплопроводности грунта в мерзлом и оттаявшем со стоянии в ккал/м·ч·град;

W ' _н и W _н - содержание незамерзшей воды в образце мерзлого грунта в долях единицы при заданной температуре грунта и температуре опыта;

W_c- суммарная влажность грунта в долях единицы.

Физико-механические

Прочность мерзлых грунтов определяется связями между агрегатами и отдельными их частицами. Различают несколько видов внутренних связей в мерзлом грунте (молекулярные, льдоцементные, структурно-текстурные), однако основным связующим является лед.

· Ползучесть мерзлых грунтов

Как известно, любая, даже крайне незначительная, нагрузка на лед вызывает пластично-вязкие его течения. В соответствии с определением вечномерзлый грунт всегда содержит известное количество льда. Таким образом, проявление реологических свойств мерзлых грунтов (течение их во времени под нагрузкой) является основным элементом в понимании, определении и рассмотрении механических свойств грунтов.

⇐ Предыдущая 1 2 3 456 7 8 9 Следующая ⇒