Способ определения термореологических характеристик мерзлых насыпных крупнообломочных грунтов Советский патент 1992 года по МПК G01N33/24 

Изобретение относится к строительству и может быть использовано при определении и назначении расчетных термореологических параметров насыпных крупнообломочных грунтов, используемых при возведении грунтовых сооружений (дамб, плотин, дорожных насыпей и т.п.) в Северной строительно-климатической зоне.

Цель изобретения - повышение точности и достоверности определения термореологических характеристик.

На фиг, 1 изображена насыпь,общий вид; на фиг.2 - то же, продольный разрез.

Способ реализуют следующим образом.

В качестве материала для насыпи используют грунт, предназначенный для от- сыпки в реальное сооружение, который укладывают в тело насыпи слоями 1-5, устанавливают в каждом слое в процессе отсыпки датчики температуры, влажности и льдистости 6, а также нагревательные приборы 7, и на границе слоев и на мерзлом основании (под насыпью) - марки 8 для регистрации деформаций. Отсыпку каждого последующего слоя производят после стабилизации деформации всех нижележащих слоев.

При укладке слоев обеспечивают различную степень льдосодержания отсыпанного грунта по длине насыпи, где выделяют

О N СО

ел

зоны со степенью льдосодержания (Сл): зона 9 (Сл 0), т.е. воздушно-сухой грунт; зона 10 (0 Сл 1,0) - частично льдистые грунты (здесь можно выделить, в зависимости от конкретных условий несколько зон со зна- 5 чением Ся 0,2; Сп 0,З...Сл 0,9) и зона 11 (Сл 1,0), т.е. полностью льдонасыщенные грунты. Достижения указанных значений степени льдосодержания добиваются путем промывки отсыпанного грунта водой при 10 отрицательной температуре. Однородность распределения температур по телу насыпи достигают включением (выключением) термонагревательных приборов 7.

В каждом слое 1-5 в каждой зоне 9-11 15 определяют физические характеристики грунта после того, как заданные параметры температуры, льдосодержания и влажности будут достигнуты. Указанные параметры поддерживают и контролируют.20

По результатам наблюдений за развитием деформаций слоя во времени и наблюдений за температурным режимом определяют параметры, характеризующие величину меры ползучести. Значения на- 25 пряжений на границе слоев вычисляются с использованием известных значений мощности слоя, состояния слоя,его физических характеристик.

После стабилизации осадки всех слоев 30 насыпи проводят постепенный послойный отогрев ее с заданным интервалом, например в 5°С с фиксированием изменения ее термовлажностных характеристик и деформаций отдельных слоев на каждой заданной 35 ступени изменения температуры (например, через каждые 5°С), Графики зависимости величины деформаций во времени при изменении температуры и льдистости позволяют определить термореологические 40 параметры горной породы.

П р и м е р. На выбранной для испытаний площадке производят в летнее время зачистку поверхности от растительного слоя, выделяют на подготовленной террито- 45 рии границы не менее трех зон для отсыпки грунта с различной льдонасыщенностью и в пределах каждой зоны устанавливают на основание температурные датчики и не менее одной геодезической марки с фикса- 50 цией их отметок. При этом размеры плитмарок должны удовлетворять условию b 5 Змакс, где b - сторона плиты; ймакс - размер максимальной фракции исследуемого грунта.

Отсыпку грунта начинают при достиже- 55 нии температурами атмосферного воздуха значений не выше - 10°С и ведут ее послойно по выбранной технологии. При отсыпке в каждом слое устанавливают термодатчики и нагревательные элементы и в 1-й зоне

выполняют отбор проб грунта для определения его физических характеристик (плотности, влажности). Отбор проб грунта в остальных зонах осуществляют после формирования там соответствующих значений степени льдонасыщенности (6л), что выполняется при помощи искусственного пролива укладываемого грунта водой. После подготовки слоя на его поверхность устанавливают не менее одной геодезической марки и фиксируют их отметки, а также температуру грунта в слое. Размеры плит марок должны удовлетворять условиям, указанным выше.

Затем осуществляют отсыпку последующих слоев по такой же технологии, проводя одновременно наблюдения за температурным режимом насыпи и за развитием осадок каждого слоя и основания во времени. Причем отсыпку каждого последующего слоя начинают после достижения значениями осадок каждого нижележащего, слоя величин, равных принятой условно- стабилизированной осадке. С целью обеспечения равномерного распределения температур в слоях насыпи при необходимости включают термонагреватели.

К моменту завершения работ по возведению насыпи общее количество слоев в каждой зоне должно быть не менее 4-х, что установлено экспериментально научно-исследовательскими работами.

По результатам наблюдений за осадками слоев насыпи в каждой зоне и по резуль татам определений плотности грунта строят зависимость Јст f (сг), где Јст -значение условно-стабилизированной относительной деформации каждого слоя; а- значение действующего напряжения в каждом слое. Для описания полученной зависимости подбирается соответствующая эмпирическая формула, например степенная, параметры которой характеризуют функцию напряжения F(cr). По результатам наблюдений за развитием осадок одного, например первого слоя каждой зоны, во времени строят зависимость Ј f (t), где е - относительная деформация слоя, t- время. Подобрав для описания этой зависимости эмпирическую формулу, например дробно- линейную, находят вид меры ползучести - С (t) по выражению

C(t)

Меняя при помощи электронагревателей температуры в зонах в сторону их повышения, можно получить значения F(cr) и С (t) при различных температурных состояниях сооружения (в), т.е. зависимости С (t) - f (0)и F (r) f (#) Учитывая тот

факт, что испытания проводятся в зонах с различным льдосодержанием, можно получить зависимости С (t) - f (G) и F (о) f (Сл). Таким образом, окончательно мы будем иметь численные значения всех компонентов, входящих в термореологическое уравнение, позволяющее вести прогноз осадки насыпных сооружений и оснований по выражению, учитывающему факторы времени, температуры, льдистости и статического нагру- жения

e(t,0,Gn,7)C(t,Gn)-F(ff.) (2).

Применение изобретения позволит повысить точность и надежность определениятермореологическиххарактеристик материала горной массы, используемой в гидротехническом строительстве Крайнего Севера, а также уменьшить сроки и стоимость работ за счет сокращения объема лабораторных исследований.

Ф о р м ула изобретения Способ определения термореологических характеристик мерзлых насыпных крупнообломочных грунтов, включающий

возведение опытной насыпи из исследуемого грунта, размещение в ней измерительных приборов измерение деформаций и температур грунта в насыпи и определение по полученным данным параметров ползучести

и функции напряжения, отличаю щи и с я тем, что, с целью повышения точности и достоверности определения термореОлогиче- ских характеристик, насыпь возводят не менее чем из четырех слоев грунта с формированием - не менее трех зон с различной льдистостью, дополнительно в каждом слое и зоне устанавливают нагревательные элементы, а отсыпку каждого последующего слоя производят после стабилизации деформации всех нижележащих слоев, причем в каждом слое и зоне после стабилизации деформации осуществляют ступенчатое изменение температуры, а деформации и температуры грунта измеряют в процессе и после

возведения насыпи в каждом слое и зоне.

Изобретение относится к строительству и может использоваться при определении 2. термореологических характеристик, используемых при возведении грунтовых сооружений в Северной строительно-климатической зоне. Цель изобретения - повышение точности и/ достоверности определения термореологических характеристик. Возводят насыпь из крупнообломочного грунта не менее чем из четырех слоев грунта с образованием не менее трех зон с различной льдистостью. В каждой зоне и слое устанавливают датчики для измерения деформаций И температуры и нагревательные элементы. В каждом слое и зоне после стабилизации деформаций осуществляют ступенчатое изменение температуры с замером деформаций на каждой ступени. По полученным данным определяют термореологические параметры мерзлого грунта. 2 ил.

4/ J7 /27 #/#/#/

ю

Фие.1