Введение к работе
Актуальность проблемы. Около 22% территории Китая занято многолетнемерзлыми грунтами. Выделяются два основных района их распространения - на Востоке - горная страна - Да Син Ан Лин и в Западной части Китая - Чинхай - Тибетское нагорье. Эти районы отличаются большим'многообразием гаиматических и мерзло-грунтовых и мерзлотногрунтовых условий.
Исследования многих ученых: Чжо Юву, Тун Байлян, Чжен Го-дун, Тун Чандзян, У Зиван, А.П.Горбунова, К.А.Кондратьевой, Г.И.Дубикова, Н.И.Труш и др. позволили составить геокрилоги-ческие карты территории Китая, дать характеристику температурного режима грунтов, криогенных процессов и т.д. Трудами ученых У Зиван, Тун Чандзян, Чан Тинсын, Цу Янлин, Дин Танкан заложены основы инженерного мерзлотоучения с учетом особенностей условий криолитозоны. При этом основные исследования были связаны с необходимостью строительства Чинхай-Тибетской нагорной дороги. Результаты полевых и лабораторных испытаний мерзлых грунтов, а также теоретических обобщений, в том числе полученных учеными 'Н.А.Цытовичем, С.С.Вяловым, М.Н.Гольдштейном, С.Э.Городецким, Ю.К.Згрецким, Н.И.Пекарской, Е.П.Шушериной, Э.Д.Ершовым, Л.Н.Хрусталевим, Т.Винсоном, Джонстоном, Б. Ладани и др. позволили разработать основные подходы к освоению регионов, занятых многолетнемерзлыми грунтами.
Однако, остается множество нерешенных проблем, связанных с использованием многолетнемерзлых грунтов как оснований сооружений. При этом детально не разработаны как обще вопросы, связанные с выбором принципов строительства, так и вопросы оценки несущей способности многолетнемерзлых грунтов. Для решения первой из указанных проблем необходим анализ мерзлот-но-грунтовых условий криолитозоны КНР, выявление их специфических особенностей с учетом влияния макрорельефа, климатических параметров, сейсмичности регионов. На основе указанного анализа должны быть разработаны рекомендации по выбору принципа использования многолетнемерзлых грунтов как оснований сооружений.
Что же касается проблем определения несущей способности мерзлых грунтов, то применительно к условиям- криолитозоны КНР является прогноз длительной прочности мерзлых грунтов на іериод времени, сопоставимый со сроком службы зданий и соору-
жений. Н-настоящее'время рядом ученых: С.О'.Вяловнм, М.К.Зарец-ким, С.Е.'Гречйщевым, Л.Т.Роман, У Зиваном. A.M.Фишем, Л.Л.Коноваловым и др. получены решения, позволяющие осуществлять такой прогноз по опытным данным. Анализ зтих решений показывает, что достоверность определения длительной прочности зависит от многих факторов: строения и состава грунтов, их дисперсности, влажности (льдистости), заторфованноста, засоленности, температуры, вида напряженно-деформированного состояния и др. Необходим выбор решений, которые наиболее подходили бы для описания реологических процессов в мерзлых грунтах криолитоэо-ны КНР и позволили бы определять их расчетные прочностные характеристики.
Исходя из вышеизложенного целью настоящей работы являлось: с учетом характерных особенностей криолитозокы КНР разработать предложения по выбору принципов использования много-летнемерзлых пород в качестве оснований зданий и сооружений и по оценке длительной прочности мерзлых порол, в том числе засоленных .
В соответствии с поставленной целью необходимо было решить следующие задачи:
-выполнить анализ мерзлотно-грунтовых условий криолитозо-ны КНР и выделить характерные области;
-разработать предложения по принципам использования мно-голетнемерзлых пород как основами сооружений в пределах выделенных областей;
- провести анализ методов описывающих процесс формирования длительной прочности различных видов мерзлых грунтов во времени в зависимости от их состава, строения, температуры и и выполнить сопоставление расчетных и опытных значений прочностных характеристик;
-разработать рекомендации но выбору прогнозных уравнений длительной прочности, дать пределы их применимости и выполнить определение расчетных прочностных характеристик многолетне-мерзлых грунтов, характерных для криолитозоны КНР;
-провести экспериментальные исследования по выявлению влияния химического состава солей континентального типа засоления на сопротивление сдвигу мерзлых засоленных грунтов по поверхностям смерзания, как одной из наиболее важных характеристик, необходимых для оценки несущей способности широко при-
меняемых в КНР вмороженных свай.
Научная новизна работы заключается в следующем.
-
Обоснованы параметры и разработаны предложения по выбору принципов использования многолетнемерзлых пород как оснований сооружений в условиях криолитозоны КНР.
-
На основе анализа уравнений, описывающих процесс формирования во времени длительной прочности мерзлых грунтов, установлены пределы применимости этих уравнений для различных видов грунтов, их физических свойств и состояния (твердое или пластичномерзлое).
-
Показано, что уравнение, полученное на основе кинетической теории прочности твердых тел и с учетом характера снижения во времени длительной прочности мерзлых грунтов, является наиболее универсальным для прогноза длительной прочности как пластично-, так и твердомерзлых грунтов.
-
Установлены закономерности влияния химического состава легкорастворимых солей, содержащихся в грунтовом растворе, на сопротивление сдвигу мерзлых грунтов по поверхностям смерзания.
-
Показано, что снижение как условно-мгновенного, так и предельно-длительного сопротивления сдвигу мерзлых засоленных
.грунтов по поверхностям смерзания пропорционально понижению температуры начала замерзания и увеличению незамерзшей воды, обусловленных не только количественным содержанием, но и химическим составом солей. При этом отмечается возможность в исследуемом диапазоне концентраций аддитивной оценки влияния химического состава солей на указанные параметры при наличии комплекса солей в грунтовом растворе.
Практическая значимость работы. Результаты проведенных исследований будут использованы при хозяйственном освоении криолитозоны КНР, в частности, при проектировании и строительстве зданий и сооружений: определении расчетных характеристик, выборе принципа использования многолегнемерзлых грунтов как оснований сооружений, составлении нормативных документов.
Личный вклад автора. В ходе исследований автором самостоятельно выполнен анализ мерзлотно-грунтовых условий регионов, занятых многолетнемервльми грунтами на территории КНР, освоена методика и выполнено выделение характерных областей криолитозоны с предложениями по принципам использования многолетне-мерзлых грунтов как оснований сооружений. Проведено более 200
испытаний, на основе которых выявлено влияние химического состава солей на сопротивление сдвигу по поверхностям смерзания. Выполнено обобщение, анализ и опробование для характерных грунтовых разновидностей криолитозоны КНР существующих методов определения длительной прочности мерзлых грунтов и разработаны предложения по их использованию.
Апробация работы. Основные положения диссертации опроби-рованы на научных конференциях аспирантов и молодых'ученых Геологического факультета МГУ (Москва 1993, 1995). результаты исследований нашли отражение в издаваемом учебном пособии по механике мерзлых грунтов.
Структура и объем работы. Работа объемом /6В страниц машинописного текста содержит «5"<б рисунков, 33 таблиц и состоит из введения, 5 глав, выводов, списка литературы, который включает 84f наименований.