Вы здесь

Мёрзлые грунты

 

Мерзлые и вечномерзлые грунты в зависимости от их температуры и длительности ее действия делят на: немерзлые (талые), мерзлые, вечно-мерзлые.


Мерзлыми называются грунты с отрицательной температурой, в которых часть поровой воды находится в замерзшем состоянии (в виде кристаллов льда). Мерзлые грунты являются четырехкомпонентными системами, в которых кроме твердой, жидкой и газообразной фаз существует лед.
Если неминерализованная вода замерзает при 0 °С, то грунт при такой температуре замерзает только при наличии в них свободной неминерализованной воды, поскольку связанная вода в виде тонких пленок и минерализованная вода замерзает при более низкой температуре.



Вечномерзлыми называют грунты, находящиеся в мерзлом состоянии в течение трех лет и более. Вечномерзлые грунты представляют собой ярко выраженные структурно-неустойчивые грунты, так как при их оттаивании происходят просадки в результате нарушения природной структуры.
При промерзании оттаявшего грунта возможно его пучение.

Поверхностный слой грунта, промерзающий зимой и оттаивающий летом, называют деятельным слоем, или слоем сезонного промерзания и оттаивания, поскольку в нем происходят интенсивные процессы, связанные с промерзанием и оттаиванием грунта.

Мерзлые грунты харакеризуются:

Различают следующие типы мерзлых грунтов

Температура

Если наблюдать за образцом глинистого грунта (по Б.И. Далматову, 1988), помещенного в морозильную камеру, то при изменении температуры полученная кривая будет иметь четыре участка (рис. 5.25).
Первый участок аb соответствует понижению температуры с переохлаждением поровой воды. Второй участок bc характеризует резкое повышение температуры грунта, что связано с кристаллизацией части воды в образце грунта до значения Тbƒ, соответствующего началу замерзания. Третий участок cd, параллельный оси времени t, характеризует резкий переход большей части воды в лед. На четвертом участке de происходит постепенное понижение температуры уже замерзшего фунта, т.е в этот период замерзает вода, не замерзшая при значении Тbƒ.

 

Рис. 5.25. График процесса замерзания фунта во времени (по Б.И. Далматову, 1988)


В зависимости от вещественного состава и температурно-влажностны условий мерзлые грунты делятся на:

К твердомерзлым относят грунты, характеризуемые относительно хрупким разрушением и практической несжимаемостью под нагрузкой. Под действием нагрузок от сооружений такие фунты практически не сжимаются (модуль деформации Е > 100 МПа), так как сцементированы льдом.
К твердомерзлым относятся крупнообломочные грунты с суммарной влажностью ωtot > 0,03, а также песчаные и глинистые, если их температура ниже значений, приведенных в табл. Б30 (ГОСТ25100), при которых грунт переходит из пластичного в твердомерзлое состояние.
Таблица Б30

Температура перехода грунта из пластичного в твердомерзлое состояние
Наименование грунта Температура
Крупнообломочный 0
Пески крупные и средней крупности -0,1
Пески мелкие и пылеватые -0,3
Супесь -0,6
Суглинок -1,0
Глина -1,5
   

Пластичномерзлыми являются грунты, сцементированные льдом, но имеющие вязкие свойства и характеризуемые сжимаемостью под нагрузкой. К ним относятся песчаные и пылевато-глинистые грунты с температурой, вышеуказанной в табл. Б30. Они характеризуются достаточной сжимаемостью (Е < 100 МПа) и вязкими свойствами.

Сыпучемерзлые — это крупнообломочные, гравелистые и песчаные грунты, имеющие отрицательную температуру, но не сцементированные льдом вследствие малой их влажности. Суммарная влажность таких грунтов ωtot≤ 0,03. Их свойства практически не изменяются под влиянием температуры и близки к свойствам тех же грунтов в немерзлом состоянии.

Температурный режим вечномерзлых грунтов характеризуется величиной среднегодовой температуры грунта, которую можно приближенно принимать равной температуре грунта на глубине 10 метров.

Льдистость

Льдистость мерзлого грунта Ii— это отношение содержащихся в нем объема льда к объему мерзлого грунта (с включением льда).

По льдистости за счет видимых ледяных включений ii грунты подразделяют согласно таблице Б.29 (ГОСТ25100).

Льдистость за счет видимых ледяных включений Ii, д. е.

Разновидность грунтов

Скальные и полускальные грунты

Дисперсные грунты

Слабольдистый

< 0,01

< 0,20

Льдистый

0,01 - 0,05

0,20 - 0,40

Сильнольдистый

> 0,05

0,40 - 0,60

Очень сильнольдистый

-

0,60 - 0,90

К сильнольдистым (льдистость более 50%) относятся суглинки и глины, переходящие при оттаивании в текучее, текучепластичное или мягко-пластичное состояние. Сильнольдистые грунты обладают малой несущей способностью в оттаявшем состоянии и большой сжимаемостью.
Слабольдистые (льдистостью менее 25%) суглинки и глины приобретают обычно тугопластичную или полутвердую консистенцию и обладают малой сжимаемостью.
Льдистые (льдистость 25—50%) грунты имеют свойства промежуточные между двумя выше приведенными категориями.

Засоленность

По степени засоленности Dsal (для морского типа засоления - NaCl, Na2SO4 более 90 %) грунты подразделяют согласно таблице Б.31 (ГОСТ 25100).

Суммарное содержание легкорастворимых солей, % массы сухого грунта

Разновидность грунтов

песок

глинистый грунт

Слабозасоленный

0,05 - 0,10

0,20 - 0,50

Среднезасоленный

0,10 - 0,20

0,50 - 1,00

Сильнозасоленный

> 0,20

> 1,00


Мерзлые грунты, как и глины, характеризуются не только вещественным составом, но и определенным строением, т.е. размером, формой, характером пространственного взаиморасположения составных частей. Для мерзлых грунтов различают следующие основные текстуры:

  • слитную
  • слоистую
  • ячеистую.

Слитная (массивная) текстура (рис. 5.26,а) характеризуется отсутствием видимых невооруженным глазом ледяных тел (линз, прослоек и т.д.) в грунте. Грунты слитной текстуры в мерзлом состоянии обладают, как правило, высокой прочностью, а при оттаивании их прочностные свойства снижаются в меньшей степени, чем у грунтов со слоистой или ячеистой текстурами.
 

Рис. 5.26. Основные виды текстуры мерзлых грунтов: а — слитная (массивная); б — слоистая; в — ячеистая (сетчатая)
Слоистая текстура (см. рис. 5.26,б) возникает при одностороннем, медленном промерзании преимущественно глинистых грунтов, обладающих высокой влажностью. Грунты со слоистой текстурой обладают достаточно высокой прочностью, но при оттаивании их прочностные показатели резко падают.
Ячеистая (сетчатая) текстура (рис. 5.26,в) возникает в тех случаях, когда ледяные тела различного размера, формы и ориентировки образуют более или менее непрерывную сетку или решетку.
 

Drupal theme by pixeljets.com D7 ver.1.1