Зоны и фазы деформации при набухании грунта

Зоны и фазы деформации при набухании грунта

При увеличении давления по подошве подъем фундамента снижается, но не исключается полностью, хотя при определенном давлении в отдельных слоях наблюдаются сжатия, т. е. характер деформаций грунта по глубине массива различен. Поэтому закономерности подъема фундаментов и поверхности массива при набухании грунта следует рассматривать с учетом характера деформаций слоев по глубине. Только в этом случае можно оценить влияние на подъем фундамента набухания различных слоев грунта, а также внешней нагрузки.

При замачивании через 10-метровые скважины сарматские глины набухали в пределах увлажняемой толщи, а через 5-метровые — только до глубины 12 м, при этом слои, расположенные ниже, не перемещались, несмотря на их увлажнение. Следовательно, при значительных толщах набухание глин происходит не в пределах всего замачиваемого слоя, а в ограниченной по глубине зоне.

Часть массива, где происходят послойные перемещения — подъемы слоев, вызванные набуханием грунта при замачивании, называется зоной набухания. Нижняя граница зоны набухания располагается на глубине Hsw, давление от действия собственного веса грунта равно давлению набухания данного грунта, т. е. где выполняется условие Psw = 7 Hsw. Зная давление набухания, можно определить толщину зоны набухания Hsw. Однако давление psw для грунта одного и того же вида различно и зависит от условий его работы.

Характер послойных деформаций грунта в основании фундаментов отличается от наблюдаемого в массиве при действии собственного веса. Перемещения слоев сарматской глины в основании фундаментов. Кривые 1-5 показывают перемещение для грунта с начальной влажностью около 38 %, а кривые 6—9 — с влажностью 43 % при глубине замачивания hw = 7 м.

При влажности грунта 38 % в основании происходит разуплотнение грунта тем больше, чем меньше передаваемое давление. На глубине 2 м (подъемы слоев под всеми фундаментами совпадают, так как давление от фундамента на этой глубине не оказывает существенного влияния на набухание грунта. При влажности 43 % послойные деформации имеют иной характер. Так, при р = 0,3 МПа в интервале глубин 0-1,0 м произошло сжатие грунта, а в нижних слоях — разуплотнение. При р = 0,2 МПа в слое до 1 м были практически зафиксированы относительные перемещения глубинных марок, а в нижних слоях происходило набухание грунта. В основании фундаментов при р = 0,05 и 0,1 МПа характер послойных деформаций такой же, как и в массиве грунта при действии собственного веса.

Деформации сжатия происходят по той причине, что действующие напряжения превышают давление набухания грунта данного состояния. Отсутствие перемещений указывает на то, что внешнее давление уравновешивается давлением набухания.

Аналогичный характер послойных деформаций наблюдается при исследовании других глин. Так, в киммерийских глинах под фундаментом при р = 0,3 МПа в верхней части основания, непосредственно примыкающем к подошве, происходило сжатие грунта, ниже деформации не наблюдались, и лишь с глубины 2 м грунт набухал. В основании фундаментов при р = 0,2 и 0,05 МПа такая же картина, как и в случае сарматских глин.

Проведенные эксперименты позволяют выделить в массиве грунта, замачиваемого на значительную глубину, следующие характерные зоны деформаций: I — зона уплотнения; II — нейтральная зона и III — зона набухания. Сочетание зон,согласно схеме, а возможно, когда давление по подошве фундамента превышает давление набухания грунта (р > pSy/). При возрастании давления и площади фундаментов будут увеличиваться размеры I и II зон. В случае действия собственного веса грунта в массиве может формироваться только зона набухания.

Характер послойных деформаций и выделение зон по глубине должны изучаться при изысканиях и проектировании, поскольку при замачивании грунта в пределах ограниченной части массива, т. е. в пределах Т и И зоны, можно сделать необоснованные выводы об отсутствии подъема фундамента, тогда как при полном замачивании грунта в пределах всей набухающей толщи будет происходить подъем фундаментов.

Рассмотрим явления, протекающие в массиве замачиваемого грунта при изменении напряженного состояния.После загрузки фундамента до р = 0,124 МПа произошла осадка, вызванная уплотнением грунта. После стабилизации осадки осуществили замачивание грунта, что привело к подъему фундамента, который прекратился после стабилизации набухания. Затем фундамент был разгружен, но при этом замачивание грунта не прекращалось. После разгрузки начался подъем фундамента, который со временем стабилизировался. В дальнейшем фундамент загрузили, что вновь привело к его осадке. Таким образом, при изменении напряженного состояния наблюдается различный характер деформаций грунта — уплотнение или разуплотнение его, т. е. в процессе работы грунт проходит различные фазы деформаций.

В отличие от обычных грунтов в набухающих грунтах можно выделить следующие фазы деформаций: фаза А соответствует фазе уплотнения обычного грунта. При этом если 0 < р < piS (кривая Г), то уплотнения не происходит, а при р > piS происходит осадка (кривые IIи III). Если после стабилизации осадки осуществить замачивание, то наступает фаза набухания В при условии, что р < psw. В этом случае расклинивающее давление пленок воды преодолевает внешнее давление и структурную связность грунта и происходит раздвижка частиц, приводящая к разуплотнению грунта; при этом процесс является затухающим. Однако при данном состоянии грунта можно подобрать такую нагрузку, когда замачивание не приведет к дополнительным деформациям грунта. Это соответствует условию р = psw (кривая II). И, наконец, при р > psw возможна дополнительная осадка (кривая III), а для грунтов отдельных видов наблюдаются деформации, носящие характер просадки (для делювиальных суглинков в г. Кемерово, имеющих макропористую структуру и обладающих про садочными свойствами).

В этом случае при давлении под штампом р = 0,2 МПа происходила просадка грунта, а при р = 0,1 МПа — набухание. При взаимодействии грунта с водой в зависимости от действующего давления могут происходить два разных процесса: просадка и набухание. Такой характер деформаций проявляется в суглинках, залегающих в районе Коммунарска, Бердянска, Черноморска (Краснодарский край) и др. При этом с уменьшением давления происходит только его набухание. Имеющееся данные позволяют в первом приближении дать предельные значения давлений, при которых возможны проявления набухания или просадки в глинистых грунтах.

При замачивании набухающе-просадочных грунтов возможные деформации необходимо определять во всем диапазоне действующих оснований давлений. Если после завершения набухания произвести разгрузку фундаментов, не прекращая при этом замачивания, то наступает фаза разбухания С. При этом следует отметить, что деформация набухания без нагрузки будет больше, чем суммарное набухание под нагрузкой и при последующей разгрузке.

Дополнительная загрузка фундаментов после завершения набухания приводит к уплотнению грунта, когда наступает фаза вторичного уплотнения D. При этом наибольшие осадки отмечаются в случае максимального разбухания грунта, а модуль деформации при вторичном уплотнении в несколько раз меньше модуля деформации при уплотнении грунта.