Просадочные явления в лессовых грунтах

К просадочных пород относятся леса и лессовидные суглинки, супеси и глины, некоторые виды покровных суглинков и супесей, а также в отдельных случаях мелкие и пылеватые пески с повышенной структурной прочностью, насыпные глинистые почвы, отходы промышленных предприятий, пепельные отложения и др..

Ческие породы и основные их представители - лессовые грунты-широко распространены в Украине (занимают более 80% ее территории).

В северной части Волынского плато толщина слоя лессовых грунтов изменяется от 3 до 10 м. Относительное проседания (см. ниже) этих почв ?sl = 0,03 - 0,064 при напряжении ? = 300 кПа.

Лессовые грунты Днестровской равнины в большинстве непроседающих (?sl = 0,01 - 0,018 при ? = 300 кПа). При удалении от реки Днестр увеличивается толща лессовых макропористых грунтов и в районе Подольского плато эти почвы характеризуются ?sl = 0,03 - 0,04 при ? = 300 кПа. Близкие по свойствам лессовые грунты встречаются на территории левого берега Прута. На Львовщине просадочные грунты залегают на глубину до 7 м и имеют ?sl = 0,04-0,06 при ? = 300 кПа.

Лессовые грунты имеют непрерывное распространение начиная с границы Днепровской низменности в междуречье реки Днепр и Днестр, их толщина 5 - 35 м, ?sl = 0,01-0,15 (? = 300 кПа). В пределах Причерноморской впадины лессовые почвы также залегают в виде непрерывного слоя мощностью до 22 м при относительном просадке более 0,2 (? = 300 кПа).

Лессовые почвы часто встречаются и в Приазовье. Так, например, в районе Таганрога их мощность достигает 17 м, а ?sl = 0,028-0,062 при ? = 300 кПа. На территории области лессовые грунты встречаются повсюду мощностью от 2,5 до 19,5 м.

Лессовые почвы по гранулометрическому составу содержат более 50% пылевидных (размером 0,05 - 0,005 мм) частиц, легко-и средне-растворимые соли и карбонаты кальция. Характерные признаки этих почв: палевый (светло-желтый) цвет, большая пористость (часто заметна невооруженным глазом), мучнистость на ощупь. Особенностью лессов является их способность проседать (опускания поверхности) при замачивании вследствие доущильнення. Лессовые грунты легко размокают и размываются, а при полном водонасыщении могут переходить в плывунных состояние.

В сухом состоянии лесы отличаются большой прочностью и могут служить надежными основами, но при замачивании могут вызвать проседание, часто неравномерны, на склонах - оползни.

Условия, необходимые для проявления просадки:

1) наличие нагрузки, способного при увлажнении превысить силы сцепления грунта;

2) достаточное увлажнение, при котором в значительной степени снижается прочность грунта.

Что касается минералогического состава, то лесы содержат до 50% SиО2 (раздробленного, с размерами частиц 0,1 - 0,01 мм), до 25% глинистых минералов, 25 - 30% СаСО3. В них могут быть примеси окислов и гидроокисей железа и алюминия.

Изучением лессовых грунтов занимались выдающиеся российские и украинские ученые Ю. М. абелева, Л.С. Берг, И. П. Герасимов, М. Н. Гольдштейн, В. И. Крутов, В. Д. Обручев, А. П. Павлов , П. А. Тутковский, С. М. Клепиков и др.., которые создали ряд оригинальных теорий о происхождении этих почв: эоловых, водно-ледниковую, пролювиальных, делювиальные, аллювиальную и др.. Наибольшее предпочтение среди этих теорий получили эоловая, водно-ледниковая и пролювиальных (т.е. образование недоуплотненный состояния лессовых пород эолового, делювиального или пролювиальных происхождения в условиях сухого климата).

Внешним признаком просадочности грунтов в природе является образование на земной поверхности "блюдец'' диаметром 50 - 100 м и глубиной 0,5 - 1,0 м. Под действием воды они могут расширяться до 400 - 500 м в диаметре и углубляться до 5-6 м.Таки образования получили название дел.

Основные причины просадочности такие:

- Большая пористость (до 0,5 - 0,6);

- Небольшая водостойкость агрегатов, составляющих лессовый почву, приводит к их размягчению при замачивании;

- Растворение водой карбонатов и других солей, цементируют зерна почвы;

- Осмотическое давление в толщах лессовых грунтов.

Основным проявят просадочности является уплотнение почвы за счет перемещения и более компактной укладки отдельных частиц и их агрегатов, благодаря чему снижается пористость в состояние, соответствующее имеющемуся давления.

Лессовые грунты обладают рядом особенностей по своим физико-механическим свойствам. В частности, они почти всегда бывают маловлажные (w = 0,06 - 0,11), имеют низкий удельный вес (= 12,8-18,0 кН/м3), высокую пористость (n = 0,45 - 0,54) . Когда пористость почвы больше 0,4, а удельный вес сухого грунта меньше 15 кН/м3, то это косвенное доказательство его возможного проседания. Механические характеристики лессовых грунтов существенно ухудшаются при замачивании, и поэтому их определяют в двух вариантах: при естественной влажности и в состоянии полного водонасыщения. Визуально принадлежность того или иного грунта к категории просадочных можно оценить следующим образом. В стакан с прозрачной водой опускают комок почвы и наблюдают за ней. Быстро (в течение одной минуты) просадочных грунтов размокает и оседает на дно в виде слоя.

Для оценки степени просадочности грунтов применяются специальные количественные показатели: относительное проседания (?sl), начальный просадочных давление (рsl) и начальная просадочных влажность (wsl). Метод одной кривой позволяет определить ?sl только при заданном давлении г.

При испытании методом двух кривых проводятся опыты на двух образцах почвы: один при естественной влажности, второго в водонасыщенном состоянии. Каждый образец сжимают в одинаковом диапазоне давления. По данным этого метода испытаний можно ?sl определить при любом заданном давлении (рис. 8.1, б). Это существенное преимущество метода двух кривых, поскольку относительное проседание значительно увеличивается при увеличении давления.

По величине относительного проседания почвы разделяют на просадочные и непроседающих. При ?sl> 0,01 почвы относят к просадочных.

Под начальным просадочных давлением (рsl) понимают минимальное давление, при котором проявляются просадочные свойства грунта в условиях его полной водонасичености.

По начальный просадочных давление принимается:

- При лабораторных испытаниях грунтов в компрессионных приборах - давление, при котором ?sl = 0,01;

- При полевых испытаниях штампом предварительно замоченного грунта - давление на границе пропорциональности графика "нагрузка - осадка»;

- При замачивании грунта в опытных котлованах - вертикальное напряжение от собственного веса грунта на глубине, начиная с которой происходит проседание грунта от собственного веса.

Начальный просадочных давление может изменяться в широких пределах (рsl = 20-300 кПа).

Во начальной просадочных влажностью (wsl) понимают влажность, при которой просадочные грунты, находящихся под нагрузкой, начинают проявлять просадочные свойства. wsl по ?sl, является функцией действующего давления, но начальная просадочных влажность при увеличении давления уменьшается.

Просадочные явления в лессовых и других просадочных грунтах протекают по-разному в зависимости от конкретных гидрогеологических условий.

Основные источники замачивания и повышения влажности просадочных грунтов следующие: утечки из коммуникаций и технологических устройств; атмосферные осадки; фильтрация воды из оросительных каналов, изменение условий аэрации при застройке территорий, повышение уровня грунтовых вод и др..

Различные размеры, форма, положение и интенсивность источника замачивания вызывают и различный характер замачивания просадочных грунтов. В зависимости от перечисленных факторов выделяют следующие виды замачивания:

- Местное замачивания сверху, которое приводит к проседанию грунта на ограниченной площади в верхней части толщи, или реже - на всю глубину просадочной толщи;

- Интенсивное замачивания сверху в течение длительного времени, в результате чего происходит замачивание грунта на всю просидвючу толщу и полное проявление просадок как от собственного веса грунта, так и от нагрузок фундаментов;

- Поднятие резня грунтовых вод, вызывающих проседание нижних слоев почвы в основном от их собственного веса;

- Медленное повышение влажности, вызываемое нарушением природных условий испарения почвенной влаги вследствие застройки и асфальтирования территории.

Проникая в просадочных грунтах сверху, вода распространяется и перемещается в толще как сверху вниз, так и в стороны от источников замачивания, образуя увлажненную зону. На характер формирования и размеры увлажненной зоны, кроме величины и формы источника замачивания, влияют литологическая строение толщи просадочных грунтов, их фильтрационные свойства и др..

При местном замачивании с точечных, а также линейных источников (траншей, каналов) в почве образуется увлажненная зона, имеющая в поперечном сечении форму, близкую к срезанного эллипса (рис. 8.2, а). Интенсивное замачивание сверху значительной площади приводит, как правило, к образованию увлажненной зоны, близкой к трапеции (рис. 8.2, б). Непосредственно под площадью, замачивается, распространение воды происходит вертикально вниз - зона гравитационного движения воды. За пределами этой площади вода распространяется вниз и в стороны - зоны капиллярного и пленочного перемещения воды. Угол, под которым вода распространяется в стороны, зависит от вида грунта (= 20-40 ° для лессовидных супесей и лессов; = 45-45 ° для лессовидных суглинков), его водопроницаемости. Случаи замачивания сверху наиболее опасны, так как приводят к неравномерным по площади деформаций.