8.2
Просідні явища в лесових ґрунтах |
||
До просідаючих порід відносяться леси та лесоподібні суглинки, супіски та глини, деякі види покривних суглинків і супісків, а також в окремих випадках дрібні та пилуваті піски з підвищеною структурною міцністю, насипні глинисті ґрунти, відходи промислових підприємств, попільні відклади та ін. Просідаючі породи та основні їх представники - лесові ґрунти –широко розповсюджені в Україні (займають більше 80% її території). У північній частині Волинського плато товщина шару лесових ґрунтів змінюється від 3 до 10 м. Відносне просідання (див. нижче) цих ґрунтів εsl = 0,03 - 0,064 при напруженні σ = 300 кПа. Лесові ґрунти Дністровської рівнини в своїй більшості непросідаючі (εsl = 0,01 - 0,018 при σ = 300 кПа). При віддаленні від р. Дністер збільшується товща лесових макропористих ґрунтів і в районі Подільського плато ці ґрунти характеризуються εsl = 0,03 - 0,04 при σ = 300 кПа. Близькі за властивостями лесові ґрунти зустрічаються на території лівого берега р. Прут. На Львівщині просідаючі ґрунти залягають на глибину до 7 м і мають εsl = 0,04-0,06 при σ = 300 кПа. Лесові ґрунти мають безперервне розповсюдження починаючи з межі Дніпровської низовини в межиріччі р. Дніпра і Дністра, їх товщина 5 - 35 м, εsl = 0,01-0,15 (σ = 300 кПа). У межах Причорноморської западини лесові ґрунти також залягають у вигляді безперервного шару потужністю до 22 м при відносному просіданні більше 0,2 (σ = 300 кПа). Лесові ґрунти часто зустрічаються і в Приазов'ї. Так, наприклад, у районі Таганрога їхня потужність досягає 17 м, а εsl = 0,028-0,062 при σ = 300 кПа. На території Вінницької області лесові ґрунти зустрічаються повсюди потужністю від 2,5 до 19,5 м. Лесові ґрунти за гранулометричним складом містять більше 50% пилуватих (розміром 0,05 - 0,005 мм) частинок, легко- та середньо-розчинні солі і карбонати кальцію. Характерні ознаки цих ґрунтів: палевий (світло-жовтий) колір, велика пористість (часто помітна неозброєним оком), борошнистість на дотик. Особливістю лесів є їхня здатність просідати (опускання поверхні) при замочуванні внаслідок доущільнення. Лесові ґрунти легко розмокають і розмиваються, а при повному водонасиченні можуть переходити в пливунний стан. У сухому стані леси відзначаються великою міцністю і можуть слугувати надійними основами, але при замочуванні можуть викликати просідання, часто нерівномірні, на схилах - зсуви. Умови, що необхідні для прояву просідання: 1) наявність навантаження, здатного при зволоженні перевищити сили зчеплення ґрунту; 2) достатнє зволоження, при якому в значній мірі знижується міцність ґрунту. Що ж до мінералогічного складу, то леси містять до 50% SіО2 (роздрібненого, з розмірами частинок 0,1 - 0,01 мм), до 25% глинистих мінералів, 25 - 30% СаСО3. У них можуть бути домішки окислів і гідроокисів заліза і алюмінію. Вивченням лесових ґрунтів займалися видатні російські та українські вчені Ю. М. Абелев, Л. С. Берг, І. П. Герасимов, М. Н. Гольдштейн, В. І. Крутов, В. Д. Обручов, А. П. Павлов, П. О. Тутковський, С. М. Клепіков та ін., які створили ряд оригінальних теорій про походження цих ґрунтів: еолову, водно-льодовикову, пролювіальну, делювіальну, алювіальну та ін. Найбільшу перевагу серед цих теорій набули еолова, водно-льодовикова та пролювіальна (тобто утворення недоущільненого стану лесових порід еолового, делювіального або пролювіального походження в умовах сухого клімату). Зовнішньою ознакою просадковості ґрунтів у природі є утворення на земній поверхні „блюдець'' діаметром 50 – 100 м і глибиною 0,5 - 1,0 м. Під дією води вони можуть розширюватися до 400 – 500 м у діаметрі і поглиблюватись до 5-6 м.Такі утворення одержали назву подів. Основні причини просадковості такі: - велика пористість (до 0,5 - 0,6); - невелика водостійкість агрегатів, які складають лесовий грунт, що приводить до їх розм'якшення при замочуванні; - розчинення водою карбонатів та інших солей, що цементують зерна ґрунту; - осмотичний тиск у товщах лесових ґрунтів. Основним проявлом просадковості є ущільнення ґрунту за рахунок переміщення і більш компактного укладання окремих частинок та їхніх агрегатів, завдяки чому знижується пористість до стану, що відповідає наявному тиску. Лесові
ґрунти володіють рядом особливостей за своїми фізико-механічними властивостями.
Зокрема, вони майже завжди бувають маловологими (w = 0,06 - 0,11), мають низьку питому вагу ( Для оцінки ступеня просадковості ґрунтів застосовуються спеціальні кількісні показники: відносне просідання (εsl), початковий просідаючий тиск (рsl) та початкова просідаюча вологість (wsl). Відносне просідання показує частку, яку складає величина просідання від початкової потужності шару ґрунту. Визначається εsl у компресійних приладах двома методами: - методом однієї кривої; - методом двох кривих. При випробуваннях методом однієї кривої зразок ґрунту завантажується до деякого тиску р, потім проводиться його замочування до повного водонасичення і подальше його завантаження (рис. 8.1, а).
Рисунок 8.1 - Залежність відносної деформації від тиску при випробуваннях: а - методом однієї кривої; б - методом двох кривих
Відносне просідання визначають за формулою
де hn,g - висота зразка природної вологості при тискові від власної ваги ґрунту. Метод однієї кривої дозволяє визначити εsl тільки при заданому тискові р. При випробуванні методом двох кривих проводяться досліди на двох зразках ґрунту: одного при природній вологості, другого у водонасиченому стані. Кожен зразок стискують в однаковому діапазоні тиску. За даними цього методу випробувань можна εsl визначити при будь-якому заданому тискові (рис. 8.1, б). Це суттєва перевага методу двох кривих, оскільки відносне просідання значно збільшується при збільшенні тиску. За величиною відносного просідання ґрунти поділяють на просідаючі та непросідаючі. При εsl > 0,01 ґрунти відносять до просідаючих. Під початковим просідаючим тиском (рsl) розуміють мінімальний тиск, при якому проявляються просадкові властивості ґрунту в умовах його повної водонасиченості. За початковий просідаючий тиск приймається: - при лабораторних випробуваннях ґрунтів у компресійних приладах - тиск, при якому εsl = 0,01; - при польових випробуваннях штампом попередньо замоченого ґрунту - тиск на межі пропорційності графіка "навантаження - осідання"; - при замочуванні ґрунту в дослідних котлованах - вертикальне напруження від власної ваги ґрунту на глибині, починаючи з якої відбувається просідання ґрунту від власної ваги. Початковий просідаючий тиск може змінюватись у широких межах (рsl = 20-300 кПа). Під початковою просідаючою вологістю (wsl) розуміють вологість, при якій просідаючі ґрунти, що знаходяться під навантаженням, починають проявляти просадкові властивості. wsl як і εsl, є функцією діючого тиску, але початкова просідаюча вологість при збільшенні тиску зменшується. Просадкові явища в лесових та інших просідаючих ґрунтах протікають по-різному в залежності від конкретних гідрогеологічних умов. Основні джерела замочування і підвищення вологості просідаючих ґрунтів такі: витікання із комунікацій і технологічних пристроїв; атмосферні опади; фільтрація води із зрошувальних каналів; зміна умов аерації при забудові територій; підвищення рівня ґрунтових вод та ін. Різні розміри, форма, положення та інтенсивність джерела замочування викликають і різний характер замочування просідаючих ґрунтів. У залежності від перелічених факторів виділяють такі види замочування: - місцеве замочування зверху, яке приводить до просідання ґрунту на обмеженій площі в верхній частині товщі, або рідше - на усю глибину просідаючої товщі; - інтенсивне замочування зверху протягом тривалого часу, внаслідок чого відбувається замочування ґрунту на всю просідвючу товщу і повний прояв просідань як від власної ваги ґрунту, так і від навантажень фундаментів; - підняття різня ґрунтових вод, які викликають просідання нижніх шарів ґрунту переважно від їх власної ваги; - повільне підвищення вологості, яке викликається порушенням природних умов випаровування ґрунтової вологи внаслідок забудови та асфальтування території. Проникаючи в просідаючий грунт зверху, вода розповсюджується і переміщується в товщі як зверху вниз, так і в сторони від джерел замочування, утворюючи зволожену зону. На характер формування та розміри зволоженої зони, крім величини та форми джерела замочування, впливають літологічна будова товщі просідаючих ґрунтів, їхні фільтраційні властивості та ін. При
місцевому замочуванні із точкових, а також лінійних джерел (траншей, каналів) у
ґрунті утворюється зволожена зона, що має в поперечному перерізі форму, близьку
до зрізаного еліпса (рис. 8.2, а). Інтенсивне замочування зверху значної площі
приводить, як правило, до утворення зволоженої зони, близької до трапеції (рис.
8.2, б). Безпосередньо під площею, що замочується, розповсюдження води
відбувається вертикально вниз - зона гравітаційного руху води. За межами цієї
площі вода розповсюджується униз і в сторони - зони капілярного та плівкового
переміщення води. Кут
Рисунок 8.2 - Форми зволоженої зони при: а - точковому джерелі замочування; б - замочуванні значної площі
- просідання відбуваються більш-менш рівномірно за площею за винятком куполоподібного піднімання рівня ґрунтових вод; - при швидкому підніманні рівня ґрунтових вод до підошви фундаменту просідання практично припиняється і складає максимум 1-4 см/рік; в цьому випадку небезпечне виникнення руху води (наприклад, відкачування із поблизу розташованого котловану); уповільнення просідання при швидкому підніманні рівня ґрунтових вод пояснюється утрудненням фільтрації з напруженої зони.
|
||
