Peat classification by sensitivity to mechanical technogenic impacts

Толық мәтін

Введение

В Западной Сибири широко распространены слабые грунты – торфа, сапропели, илы, а также иольдиевые глины, чрезвычайно остро реагирующие на техногенные воздействия. Правильный прогноз их поведения под механическими нагрузками позволит предотвратить серьезные проблемы, связанные с потерей несущей способности, катастрофическими и неравномерными осадками оснований. В связи с этим особый интерес вызывают показатели чувствительности, характеризующие изменение физико-механических свойств слабых грунтов, структура которых нарушена в результате снятия верхнего слоя залежи при разработке, выторфовке, глубоком рыхлении и фрезеровании с промывкой водой под напором верхних слоев залежи при рекультивации земель, после динамических нагрузок от проходящей техники.

Целью работы была оценка чувствительности торфов территорий Томской, Новосибирской и Омской областей к механическим воздействиям. Задачи включали: обзор классификаций грунтов по показателю чувствительности и методов определения характеристик для расчета чувствительности; проведение полевых испытаний методом вращательного среза и лабораторных определений состава и физических свойств торфов; анализ результатов и классифицирование торфов по показателям чувствительности и прочности по предложенной авторами схеме.

Общие сведения о чувствительности грунтов

Показателем чувствительности грунта S_t д. ед., согласно ГОСТ 25100-2020 [1], называется отношение сопротивления недренированному сдвигу глинистых грунтов ненарушенного с_ur и нарушенного сложения с_ur (или отношение сопротивления грунта вращательному срезу к его остаточному сопротивлению – S_t=c_u/с_ur)_. Показатель применяется к содержащим органику слабым грунтам, в основном к «быстрым» или «текучим» иольдиевым глинам (Quick clays/Leda clay/Champlain Sea clay). R. Söderblom [2] предположил, что Quick это шведский термин «kvicklera», происходящий от старого скандинавского слова «queck» – живое, который упомянул Törnsten еще в 1767 г. Изначально термин применялся для глин, консистенция которых изменялась от твердого до жидкого состояния под разными механическими воздействиями. В работе [3] текучими называются глины с показателем чувствительности 50 д. ед. и более, с недренированной прочностью нарушенного грунта не более 0,4 кПа при пенетрации конуса с углом 60° и весом 60 г на глубину 20 мм. Чувствительность может увеличиваться c ростом содержания органических веществ, действующих как диспергирующие агенты, поглощающие положительные ионы с поверхностей минералов, что ведет к росту отрицательного заряда на поверхности глинистых частиц и увеличению диффузного двойного слоя, ослабляя связи между ними. Схема формирования высокочувствительных глин в морских и пресных водах приведена в табл. 1 [3]. Алгоритм с пресными водами менее изучен и не исключает возможность образования иольдиевых глин в условиях Западной Сибири.

 

Таблица 1. Схема формирования текучих глин

Table 1. Scheme of quick clay formation

Не набухающие глинистые грунты и мука горных пород (кварц, полевые шпаты, горнблендит)  Non-swelling clay minerals and rock flour (quartz, feldspar and hornblende)
Отложения в пресных водах Deposition in fresh-water		Отложения в морских водах Deposition in sea water
Отсутствие многовалентных ионов приводит к высокому электрокинетическому потенциалу и ориентированной структуре Absence of multivalent ions results in high electro-kinetic potential and orientated structure	Адсорбция многовалентных ионов Fe3+ и ALL3+ приводит к низкому электрокинетическому потенциалу и хлопьевидной структуре Adsorption of multivalent ions, Fe3+ и ALL3+ results in low electrokinetic potential and flocculated structure	Низкий электрокинетический потенциал приводит к хлопьевидной структуре Low electro-kinetic potential resulting in flocculated structure
		Выщелачивание мягкими водами, например, Na+ Leaching with soft groundwater (e.g. Na+)	Выщелачивание жесткими водами (Са2+, Mg2+) Leaching with hard groundwater (Са2+, Mg2+)
Низкая чувствительность. Нормальные глины с низким влагосодержанием Low sensitivity. Normal clays with low water content	Низкая чувствительность. Нормальные глины с высоким влагосодержанием Low sensitivity. Normal clays with high water content	Высокая чувствительность. Иольдиевые глины High sensitivity. Quick clays	Низкая чувствительность. Нормальные глины Low sensitivity. Normal clays
	Комплексные связи многовалентных ионов с дисперсной органической субстанцией Complex bonding of multivalent ions by organic dispersive substances	Высвобождение ионов (Са2+, Mg2+) путем химического выветривания Release of (Са2+, Mg2+) through chemical weathering	Комплексные связи многовалентных ионов с органической дисперсной субстанцией Complex bonding of multivalent ions by organic dispersive substances
	Высокая чувствительность Иольдиевые глины High sensitivity Quick clays		Высокая чувствительность Иольдиевые глины High sensitivity Quick clays

 

Показатель чувствительности характеризует тиксотропные свойства грунтов при потере связности. Согласно Рекомендациям [4], тиксотропией называется способность тонкодисперсных систем под влиянием механических воздействий (встряхивание, размешивание, удар, вибрация) или ультразвуковых волн и электрического тока разжижаться, переходя в золь, а после устранения причин разжижения постепенно застывать, частично или полностью восстанавливая во времени структурные связи, и переходить в гель. В ГОСТ Р 56353-2022 [5] также даны определения динамическим процессам разрушения структурных связей – тиксотропии, разжижению, плывунности, виброползучести, дилатансии/контракции и формула для определения коэффициента уплотняемости при разжижжении Rs=Δе/(e₀–е_min), где Δе – уменьшение коэффициента пористости при уплотнении после разжижения; e₀ – начальный коэффициент пористости грунта (в естественном залегании); е_min – коэффициент пористости в предельно плотном сложении после стандартного уплотнения по методике, приведенной в ГОСТ 22733 [6].

Чувствительные грунты реагируют на сейсмические нагрузки – согласно Национальному строительному кодексу Канады [7], особенно опасны грунты класса F, включающие в себя «разжижающиеся грунты, быстрые и высокочувствительные глины». В СП 14.133330.2018 [8] также выделяется IV группа грунтов, склонных к разжижению при динамических воздействиях. Механизмы и типы реакций чувствительных грунтов приведены в табл. 2 [9].

Анализ литературы показал, что чувствительность и структурная прочность присущи сформировавшимся в морских и континентальных условиях глинистым, органическим и органоминеральным грунтам, по-разному проявляясь в результате механических воздействий. Прочностные свойства торфяных грунтов ранее были детально изучены Л.С. Амаряном, И.Е. Евгеньевым, В.Д. Казарновским, М.А. Шапошниковым, A.O. Landva, H. Kanmuri, N.D. Marachi, G. Mesri, T. Ogino, H. Oikawa, M. Tsushima, T. Mitachi, I. Miyakawa, J. Radforth, V.G. Sodha, K.V. Нelenelund, V. Thakur. Показатели чувствительности торфа изучались реже, в основном для целей прогноза проходимости техники при разработке месторождений.

 

Таблица 2. Механизмы и типы реакций чувствительных глин

Table 2. Mechanisms and types of reactions of sensitive clays

Механизм Mechanism	Тип реакций Type of reaction	Верхний предел чувствительности Upper limit of sensitivity	Преобладающий тип грунтов Predominant soil type
Метастабильное расположение частиц Metastablc particle arrangements	Физические Physical	Слегка чувствительные Slightly quick (8–16)	Все глинистые грунты All clay soils
Пылеватые глины со связным скелетом Silt skeleton-bond clay	Физические Physical	Очень чувствительные Very sensitive (4–8)	Смесь глинисто-пылевато-песчаная Clay-silt-sand mixtures
Вымывание солей Leaching of salts	Физико-химические Physicochemical	Сверхчувствительные Extra quick (>64)	Гляциальные и постгляциальные морские глины Glacial and postglacial marine clays
Цементация Cementation	Химические Chemical	Сверхчувствительные Extra quick (>64)	Все грунты, содержащие потенциально цементирующие компоненты All soils containing potential cementing components
Ионный обмен Ion exchange	Физико-химические Physico-chemical	Слегка чувствительные Slightly quick (8–16)	Выщелоченные и выветрелые глины Leached and weathered clays
Выветривание Weathering	Химические Chemical	Средне чувствительные Medium sensitive (~4)	Все грунты, величина магнитуды зависит от минерального состава All soils, magnitude of effect depends on mineralogy
Тиксотропные нагрузки Thixotropic load	Физико-химические Physico-chemical	Слегка чувствительные Slightly quick (<16)	Глины Clays
Присутствие диспергирующих веществ Dispersing agent addition	Физико-химические Physico-chemical	Сверхчувствительные (>64) Extra quick (>64)	Глины, особенно содержащие органическое вещество или залежи органических грунтов Clays, particularly organic-bearing or organic deposit associated

 

Обзор методов определения показателей расчета чувствительности грунтов

Изначально как количественную меру чувствительности грунта К. Терцаги применил отношение пикового значения предела прочности на одноосное сжатие образца с ненарушенной и нарушенной структурой [10], а также составил шкалу, по которой можно дифференцировать грунты по чувствительности (рис. 1). Метод одноосного сжатия широко применяется [11–13], но необходимо отметить, что для слабых грунтов он малопригоден. Для расчета чувствительности применяется недренированнная прочность, процедур её определения много, это вращательный срез, пенетрация/зондирование, одноосное сжатие и забытые методы определения связности грунтов [14–31].

Основным показателем для расчета чувствительности слабых грунтов является недренированная прочность грунта в нарушенном (с_ud) и естественном состоянии (c_u), определенная методом вращательного среза крыльчатками в полевых [14–16] или мини-крыльчатками и карманными сдвигомерами в лабораторных условиях [17–19]. Полученные в результате испытаний показатели прочности позволяют определить строительный тип грунта, рассчитать несущую способность основания сооружений, определить толщину насыпи и выбрать способ ее отсыпки, проходимость техники и чувствительность к нагрузкам.

Лабораторные пенетрационные методы и статическое зондирование также широко применяются для определения недренированной прочности и чувствительности грунтов [20–23]. В работах [24, 25] приводятся также данные испытаний на коническом пластометре Кп-3 и различных пенетрометрах [25–27]. Бойченко отмечал, что при испытаниях грунтов конусом достигается оценка структурной прочности (связности) путем сравнения консистенции грунта в ненарушенном и нарушенном состояниях (или сопоставлением полной влагоёмкости (w_p) и влажности нарушенного грунта при той же консистенции (w_s):S=(w_p–w_s)/w_p) при условии, что механическая сопротивляемость нарушенного грунта равна его сопротивляемости в естественном состоянии [27]. Коэффициент структурной связности определяется в специальном устройстве под нагрузкой 2 кг по отношению диаметров после и до расплющивания образца по методике, приведенной в [28]. Подобный показатель пластичности определяется на кулачковом пластиметре И.Д. Беловидова и Н.Г. Горячкина как отношение диаметра образца после деформации d к его исходному диаметру d_n:К=d/d_n при данной влажности [29]. Структурную связность [30, 31], или «коэффициент структурной прочности» [32], вычисляют также по отношению минимального давления расплющивания образца ненарушенного сложения к минимальному давлению расплющивания образца нарушенного сложения при одинаковой влажности и пористости. Для просадочных грунтов В.И. Крутовым [33] предложен коэффициент снижения структурной прочности К_с=(С_е/С_в)∙(ϕ_е/ϕ_в), где С_е и С_в – сцепление лессовой породы при естественной влажности и в водонасыщенном состоянии, соответственно, ϕ_е и ϕ_в – углы трения в тех же состояниях. Особый интерес вызывают исследования [34–37] по выявлению чувствительных и текучих глин и их физико-механических характеристик полевыми методами.

Показатели, применяемые для расчета чувствительности, методы их определения и подготовки образцов весьма разнообразны, а их выбор определяет консистенция глинистых и органоминеральных грунтов, а также процентное содержание органики органических грунтов. Необходимо отметить, что чаще всего для расчета показателей чувствительности применяется метод вращательного среза при помощи крыльчатки, позволяющий быстро привести грунт в нарушенное состояние.

Обзор классификаций чувствительности грунтов к механическим воздействиям

Наиболее распространенные классификации по чувствительности (рис. 1) грунтов приведены в работах [1, 2, 3, 38–42]. Классификация по удельному сопротивлению пенетрации дана в ГОСТ 34276-2017 [43] По результатам испытаний вращательным срезом в полевых условиях составлены классификации слабых грунтов [44–46].

Классификации глин и органических грунтов различаются широким диапазоном чувствительности выделяемых разновидностей (рис. 1). A.W. Skempton с соавторами [38] доказали, что большинство глин, за исключением переуплотненных и содержащих крупнообломочные включения, теряют часть своей прочности при реструктуризации, и предложили свою классификацию по чувствительности. Rosenqvist [39] описал теорию образовании иольдиевых глин при вымывании солей из морских отложений, а позже значительно расширил диапазон значений их классификации [39]. Похожую детальную систематизацию привели W. Shannon и S. Wilson в [40]. R. Holtz сравнил классификацию USA [41], где редко встречаются текучие глины, и шведскую систему, где чувствительные глин типичны. J. Bowles [42] предложил классификацию, в которой грунты нечувствительны при S_t<4 и чрезвычайно чувствительны при S_t>8.

Ученые SGI [3] представили шкалу чувствительных глин Швеции (рис. 1), в работе отмечено, что показатель чувствительности от 2 до 4 широко распространен среди нормально уплотненных глин, но также часто S_t встречается в интервале значений от 4 до 8.

Söderblom [2] классифицировал чувствительные глины в зависимости от объема работ при подготовке образца, необходимой для их полной реструктуризации, – превращения в жидкость. Он выделил быстрые и медленные текучие глины и предложил шкалу с баллами скорости реструктуризации от 1 до 10. Масштаб шкалы был установлен на основе визуального осмотра образцов глины высотой 40 мм и диаметром 50 мм после 250 падений в чашке Casagrande. Söderblom предположил, что только глину с показателем чувствительности S_t>50 (рис. 1) и баллом скорости реструктуризации >8 следует назвать текучей. Работа Söderblom показывает, что чувствительность глин – это свойство, которое развивается постепенно и зависит от способа и объема подготовки: количества перемешиваний, ударов, поворотов и т. д.

Анализ классификаций по показателю чувствительности показал, что для его расчётов применяется недренированная прочность в естественном и нарушенном состоянии. Немаловажное значение имеет подготовка грунта с нарушенной структурой, которая может проводиться в массиве при вращательном срезе, в испытательных приборах в ходе ручного или механического перемешивания, имеющая свои нюансы. Эти особенности учтены только в классификации Söderblom [2].

Методы исследования грунтов

Для практического решения поставленных задач по оценке чувствительности были изучены наиболее представительные виды торфа месторождений Клюквенное, Плотниковское, Васюганское, Челбак-2, Таган, Усть-Кандинское, а также безымянных болотных массивов территорий нефтегазовых месторождений Томской, Новосибирской и Омской областей. В ходе исследования были определены: плотность (ρ), плотность твердых частиц (ρ_s), плотность сухого грунта (ρ_d), влажность (w), коэффициент пористости (е), зольность (D_as), ботанический состав и степень разложения (D_dp). Согласно [15] в массиве определена недренированная прочность торфа до и после разрушения структурных связей. Ход работ соответствовал требованиям норматива: крыльчатку вдавливали в торф, затем вращали ручку с угловой скоростью 0,2–0,3 градусов в секунду; зафиксировав максимальное значение индикатора, продолжали вращение с угловой скоростью 2–3 градуса в секунду до условной стабилизации значений крутящего момента. После 3–5 полных оборотов крыльчатки, достаточных для разрушения структурных связей торфа, фиксировали значение индикатора. В ГОСТ Р 59996-2022 [18] отмечено, что нарушение структуры достигается после 5–10 оборотов крыльчатки для глинистых грунтов. Для торфов пластичных, битуминозных с высокой степенью разложения также потребовалось больше оборотов до стабилизации остаточных значений недренированной прочности.

 

Рис. 1. Классификации грунтов по показателю чувствительности Sₜ (кПа)

Fig. 1. Classification of soils by sensitivity Sₜ (kPa)

 

Так как разные виды торфа отличаются разнообразием свойств и требуют особого подхода, первые 2–3 испытания на каждом новом объекте делали пробными в разных точках. Испытание торфа проводилось через 0,3–0,5 м на всю мощность залежи, рядом в скважинах отбирались пробы для определения показателей состава, степени разложения, зольности и физических свойств. По результатам полевых испытаний были рассчитаны характеристики c_u и с_ud, а также показатели чувствительности (S_t=c_u/с_ud) и разница величин максимальной и установившейся прочности (S_t'=c_u–с_ud).

Результаты и обсуждение

Результаты исследований ботанического состава, степени разложения, показателей физических и прочностных свойств для наиболее представительных видов торфа приведены в табл. 2. Все торфа малозольные (D_as<7 %), cлабо- и среднеразложившиеся. Величина сопротивления сдвигу в естественном состоянии у исследованных торфов изменяется от 6,2 до 44,6 кПа, в нарушенном – от 1,9 до 14,5 кПа, в (табл. 3) приведены модальные значения показателей.

На (рис. 1) приведены графики с размещенной по возрастанию недренированной прочностью торфа с ненарушенной (верхняя кривая) и нарушенной структурой (нижняя кривая): сфагново-мочажинного, сфагнового (представленный пушицево-сфагновым, фускум- и магелланикум-торфами), осоково-гипнового и древесно-осокового видов. На графиках видно, что недренированная прочность грунта с нарушенной структурой с ростом того же показателя в естественном состоянии слабо увеличивается у сфагновых видов или совсем не возрастает у более прочных торфов: древесно-осокового и осоково-гипнового (рис. 2), а также у травяного, осокового и гипнового. Необходимо отметить, что именно эти виды менее склонны к быстрому восстановлению прочности из-за потери внутренних связей при разрушении разложившейся древесины, спутанных как войлок коротких корешков осок и слабых мелких остатков гипновых мхов.

 

Таблица 3. Характеристика прочностных свойств торфов

Table 3. Characteristics of strength properties of peats

Группа торфа Peat group	Вид торфа Peat species	Степень разложения D dp, % Decomposition degree D dp, %	Влажность w, %. Water content w, %	Плотность частиц ρs, г/см3 Particle density ρs, g/сm3	Коэффициент пористости е Void ratio е	Недренированная прочность, кПа Untrained shear strength, кPa		Показатель чувствительности St Sensitivity St		Тип торфа по классификациям Peat type by classifications
						в естественном состоянии сu undisturbed structure сu	в нарушенном сложения сur disturbed structure сur	St=cu/сud	St'=cu-сud	для дорожного строительства [45] for road construction embankments	для строительства трубопроводов [46] for pipeline construction	по проходимости техники [44] by vehicle passabilitiy
Древесно-травяная Woody-grass	Древесно-осоковый Low-moor wood-sedge	30,7	460	1,53	10,4	22,5	6,5	3,5	16,0	1B	1B	1D
Травяная Grass	Травяной Grass	25,0	520	1,54	9,87	26,5	11,1	2,4	15,4	1B	1A,B	1C
	Осоковый Low-moor sedge	31,1	570	1,52	10,8	17,9	5,1	3,5	12,8	1,2 B	1B	2D
Травяно-моховая Grass-moss	Осоково-гипновый Sedge-hypnum	25,0	540	1,65	11,7	14,1	5,2	2,7	8,9	1,2 B	1B	2D
	Пушицево-сфагновый High-moor Eriophorum-Sphagnum	15,0	1040	1,60	19,8	11,4	6,5	1,8	4,9	1,2 B	1B	3D
Моховая Moss	Фускум Sphagnum fuscum	9,7	950	1,58	16,4	14,2	8,6	1,7	5,6	1,2 B	1B	2C
	Магелланикум Sphagnum magellanicum	16,7	1310	1,61	22,3	13,1	5,4	2,4	7,7	1,2 B	1B	2D
	Сфагново-мочажинный Bog-depression Sphagnum	15,0	700	1,43	12,1	8,9	2,4	3,7	6,5	2C	2С	3D
	Гипновый Low-moor Hypnum	30,0	360	1,87	10,2	20,9	7,96	2,6	12,9	1B	1B	1С

 

Рис. 2. Недренированная прочность торфов (пиковые значения прочности – верхняя кривая, в нарушенном состоянии – нижняя)

Fig. 2. Undrained strength of peats (peak strength – upper curve, remolded strengths – lower one)

 

Очень низкими значениями прочности как в нарушенном, так и в естественном состоянии характеризуются сфагново-мочажинные торфа. Верховые сфагновые торфа отличаются более высокой прочностью, обоюдным ее ростом в естественном и нарушенном состояниях с небольшим разрывом значений благодаря прочности волокнистых остатков мхов. Если более разложившиеся, небольшие по размеру частицы других торфообразователей после нарушения строения теряют большую часть структурных связей, длинные волокна сфагновых мхов часто остаются ненарушенными. Поэтому минимальная разница между c_u и с_ud отмечена у пушицево-сфагнового, сфагново-мочажинного, фускум- и магелланикум-торфа (табл. 2), что свидетельствует о хорошем сцеплении частиц и прочности тканей торфов с волокнистой и губчатой структурой даже в нарушенном состоянии.

Таким образом, проведенные исследования методом вращательного среза показали, как ослабляются прочностные характеристики при нарушении структуры у разных видов торфа. С увеличением недренированной прочности в естественном состоянии, рост показателя с нарушенной структурой с_ud отмечен только у верховых сфагновых торфов, а у остальных видов подобные изменения незначительны или отсутствуют. По классификации ГОСТ 25100, таблица В.8 [1] все разновидности по S_t можно отнести к среднечувствительным, а по значениям S_t'=c_u–с_ud видно, насколько резко ослабевает прочность древесно-осокового, травяного, осокового и гипнового торфов низинного типа, но не ясно, какова она до и после воздействия.

В настоящее время эти изменения в нормативах при расчетах оснований и систематиках грунтов не отражены, а информативность классификации грунтов по чувствительности S_t без знания их исходной и остаточной прочности весьма сомнительна, как и классификация по прочности без показателя чувствительности.

Классифицирование торфов по чувствительности к механическим воздействиям

По мнению авторов, для комплексной оценки чувствительности к нарушению структуры торфов наиболее полезны и просты будут классификации, объединяющие показатели c_u и c_ud. Чтобы более точно описать изменение прочностных характеристик и поведение слабых грунтов в основании сооружений предлагается схема (табл. 4), в основе которой заложены известные частные классификации [44–46], выделяющие строительные типы грунтов по недренированной прочности.

Приведем оценку изменения прочностных свойств древесно-осокового торфа (табл. 3): с_u=22,5 кПа и c_ud=6,5 кПа, разница S_t'=16 кПа. Первая классификация для строительства дорожных насыпей из работы [45] делит слабые грунты на 4 строительных типа: к 1 типу относятся торфа, которые сжимаются и не выдавливаются под нагрузкой от насыпи; 2 тип – выдавливаются только при быстрой нагрузке и уплотняются при медленной; 3 тип – слабые грунты выдавливаются в любом случае; а для 1, 2 типов требуется проведение дополнительных испытаний для уточнения. Типы грунта, определяемые по недренированной прочности в естественном состоянии обозначены нами цифрами; а после разрушения структуры торфа – буквами. Древесно-осоковый торф из более прочного 1 типа после нарушения структуры сразу переходит в тип В, резко теряя прочность.

 

Таблица 4. Классифицирование торфов по чувствительности к техногенным воздействиям

Table 4. Peats classification by sensitivity to technogenic impacts

Классификация Classification	Сопротивление недренированному сдвигу сu, кПа Undrained shear strength сu, кPa	Тип торфа Peat type
		естественного сложения сu undisturbed structure сu	нарушенного сложения cud disturbed structure cud
1. Классификация для дорожного строительства [45] 1. Classification for road construction [45]	>20	1	А
	20–10	1, 2	А, В
	10–3	2	B
	<3	3	C
2. Классификации для строительства трубопроводов [46] 2. Classifications for pipeline construction [46]	>10	1	А
	5-10	2	В
	<5	3	С
3. Классификация по проходимости техники [44] 3. Classification by vehicle passability [44]	>18 (условия легкие)  ( easy conditions)	1	А
	12–18 (условия средние) (average conditions)	2	В
	8–12 (условия тяжелые)  (difficult conditions)	3	С
	<8 (условия особые)  (special conditions)	4	D

Красным шрифтом выделены наиболее неблагоприятные грунты по прочности в целом в обоих состояниях.

The most strength difficult soils in both states are in red.

 

Вторая классификация для строительства трубопроводов, характеризующая тип болот, приведена в ВСН 51-3-85 [46]. В данной системе также определяют типы торфяных оснований в зависимости от максимального сопротивления грунта срезу c_u: 1 тип – болота до минерального дна целиком заполненные плотным торфом, который является надежным основанием для трубопроводов; 2 тип – болота заполнены торфом устойчивой консистенции с водными прослойками и мощностью торфяных пластов между ними более двух диаметров трубопроводов, такой торф можно использовать как несущее основание для трубопроводов; 3 тип – болота заполнены разложившимся торфом или водой с органическими остатками, с водными прослойками и толщиной торфа между ними не менее двух диаметров трубопровода, такой торф нельзя использовать как основание трубопровода. Древесно-осоковый торф относится к типу 1В и представляет собой надежное основание, представленное прочным торфом, который частично теряет несущую способность при нарушении структуры, но в основании трубопроводов его использовать можно.

Согласно классификации Л.С. Амаряна [44], по проходимости техники по болотам (табл. 4) древесно-осоковый торф относится к типу 1D, т. е. из типа с легкими условиями сразу переходит в тип с условиями особыми – по таким топям возможен проезд плавучей гусеничной техники или машин с арочными многокатковыми шинами или проезд в зимнее время, за исключением теплых зим. При снятии верхнего слоя удаляются корневища деревьев и кустарничков, служившие своеобразной арматурой, повышающей несущую способность залежи. Эти аспекты необходимо учитывать при проведении работ на болотах: избегать длительных остановок техники на подобных участках и воздерживаться от передвижения.

В (табл. 3) для исследованных видов торфа кроме характеристик физических, прочностных свойств и показателей чувствительности определены строительные типы по прочности и чувствительности, согласно приведенным в (табл. 4) классификациям. Красным шрифтом выделены наиболее неблагоприятные грунты по прочности в целом в обоих состояниях.

Нужно отметить, что по таблице В.8 ГОСТ 25100-2020 [1] древесно-осоковый торф характеризуется как среднечувствительный, по таблице В.7 – низкой прочности, переходящий в грунт чрезвычайно низкой прочности [1]. Из-за широкого диапазона значений с_u (0~>300кПа) последней классификации сложно детализировать прочность слабых грунтов, так как все они относятся к грунтам низкой, очень низкой и чрезвычайно низкой прочности.

Заключение

Предложенный подход к оценке чувствительности грунтов при помощи известных и проверенных временем классификаций позволит проектировщикам учитывать изменчивость физико-механических характеристик грунтов от естественного до измененного состояния при воздействиях, выявлять неблагоприятные чувствительные грунты и более тщательно оценивать их поведение при расчетах по несущей способности и деформациям оснований сооружений. В сравнении с показателями чувствительности S_t и S_t', нужно отметить бȯльшую информативность и содержательность предложенной схемы, которая характеризует исходное и нарушенное состояние грунта по недренированной прочности, его чувствительность к воздействиям и оценивает неблагоприятность условий в целом. Область использования предложенной схемы не ограничена слабыми грунтами и может применяться для различных показателей, изменяющихся при механических (статических и динамических), температурных воздействиях, обводнении/осушении, специальной подготовке образцов в зависимости от прогнозируемых условий – при максимальной плотности и оптимальной влажности, предварительной консолидации, улучшении свойств и многих других вариациях состояний.

 

***

Благодарности: исследование выполнено с применением оборудования и приборов Центра коллективного пользования Томского политехнического университета.

Acknowledgements: The study was carried out using the equipment and devices of the Center for Collective Use of Tomsk Polytechnic University.

Авторлар туралы

Violetta Kramarenko

National Research Tomsk Polytechnic University, Tomsk, Russian Federation

Хат алмасуға жауапты Автор.
Email: kramarenko-v-v@mail.ru

Cand. Sc., Associate Professor

Ресей, 30, Lenin avenue, Tomsk, 634050

Viktor Molokov

National Research Tomsk Polytechnic University, Tomsk, Russian Federation

Email: vik3011347@vandex.ru

Senior lecturer

Ресей, 30, Lenin avenue, Tomsk, 634050

Әдебиет тізімі

Қосымша файлдар