Геомаркетинг » ЗАВИСИМОСТИ АНИЗОТРОПИИ ДАВЛЕНИЯ ПУЧЕНИЯ ПРОМЕРЗАЮЩЕГО ГРУНТА ОТ ОСНОВНЫХ ФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК

DOI: https://doi.org/10.25296/2221-5514-2022-14-1-6-14

ПРИОБРЕСТИ ПОЛНУЮ ВЕРСИЮ за 250 руб.

“Геотехника”, Том XIV, № 1/2022

ЗАВИСИМОСТИ АНИЗОТРОПИИ ДАВЛЕНИЯ ПУЧЕНИЯ ПРОМЕРЗАЮЩЕГО ГРУНТА ОТ ОСНОВНЫХ ФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК

Алексеев А.Г.

Алексеев А.Г., 2022. Зависимости анизотропии давления пучения промерзающего грунта от основных физических характеристик. Геотехника, Том ХIV, № 1, с. 6–14, https://doi.org/10.25296/2221-5514-2022-14-1-6-14.

Оценка напряженного состояния промерзающего пучинистого грунта возле подземных сооружений является важной задачей для обеспечения устойчивости их конструкций. В промерзающем пучинистом грунте возникает давление, имеющее различную величину в перпендикулярных направлениях. Отношение горизонтального давления пучения к вертикальному характеризуется коэффициентом анизотропии давления пучения грунта. Статья содержит результаты экспериментальных исследований анизотропного поведения промерзающего пучинистого грунта. Представлены результаты лабораторных экспериментов по одномерному вертикальному промораживанию суглинка легкого в условиях компрессии и отсутствия внешнего массообмена. Даны зависимости давления пучения в ортогональных направлениях от физических параметров грунта (влажности, плотности, степени водонасыщения). Возрастание значений этих параметров при прочих равных условиях приводит к росту разнонаправленного давления пучения грунта. Значения вертикального давления морозного пучения грунта составили от 0,054 до 0,430 МПа, горизонтального — от 0,003 до 0,241 МПа. Изменение коэффициента анизотропии давления морозного пучения грунта от начальных физических характеристик аналогично развитию давления пучения. Значения коэффициента анизотропии давления морозного пучения для исследованного суглинка составляют от 0,08 до 0,58. Увеличение давления морозного пучения приводит к росту коэффициента анизотропии давления пучения, что вызвано наиболее равномерным распределением давления в грунтовом массиве с ростом начальной влажности. С увеличением заполнения пор грунта водой коэффициент анизотропии давления морозного пучения возрастает, что обусловлено развитием давления пучения практически одновременно во всех направлениях. При низких значениях коэффициента водонасыщения происходит перераспределение поровой воды в грунте и ее миграция к фронту промерзания (по условиям опыта вертикально), и рост давления в основном в этом направлении.

1. Абжалимов Р.Ш., 1982. Лабораторные исследования морозного пучения. Основания, фундаменты и механика грунтов, № 5,
с. 20–22.
2. Алексеев А.Г., 2006. Методика расчета горизонтального давления морозного пучения грунта, действующего на стены подземных сооружений. Объединенный научный журнал, № 7, с. 78–79.
3. Дорошенко С.П., Болдырев Г.Г., Коршунов А.А., Невзоров А.Л., 2019. Прибор для определения деформаций морозного пучения и водопроницаемости грунтов. Геотехника, Том XI, № 4, c. 18–28, https://doi.org/10.25296/2221-5514-2019-11-4-18-28.
4. Карлов В.Д., 1993. Критерии моделирования и результаты лабораторных исследований на моделях деформаций промерзающих пучинистых оснований. В Междуведомственном сб. науч. тр. под ред. Н.Ф. Кривоноговой, А.А. Кагана, Инженерно-геологическое изучение и оценка мерзлых, промерзающих и протаивающих глинистых грунтов. Изд-во ВНИИГ, Санкт-Петербург, с. 58–62.
5. Карлов В.Д., 2007. Основания и фундаменты на сезоннопромерзающих пучинистых грунтах. Изд-во СПбГАСУ, Санкт-Петербург, с. 2.
6. Кудрявцев С.А., 2004. Геотехническое моделирование процесса промерзания и оттаивания морозоопасных грунтов. АСВ, Москва. Максимов Ф.А., Т 7. олмачев Э.Л., 2009. Лабораторные исследования морозного пучения грунтов в приборе конструкции Южно-Уральского государственного университета. Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия Строительство и архитектура, № 35(168), с. 52–55.
8. Мельников А.В., Сахаров И.И., 2013. Определение параметров напряженно-деформированного состояния промерзающего пучинистого грунта в неодномерной постановке. Современные проблемы науки и образования, № 1.
URL: https://scienceeducation.ru/ru/article/view?id=8531 (дата обращения: 15.01.2022).
9. Невзоров А.Л., 1995. Экспериментальное определение морозного пучения грунтов. Известия высших учебных заведений. Лесной журнал, № 6, с. 61–65.
10. Невзоров А.Л., Коршунов А.А., Чуркин С.В., 2013. Методы оценки степени пучинистости грунтов с использованием современных приборов. Инженерные изыскания, № 5, с. 52–56.
11. Пусков В.И., 1967. Расчет нормальных сил морозного пучения на вертикальные грани заглубленных в промерзающий грунт конструкций. В сб. научных трудов НИИЖТ, Вып. 63. Изд-во НИИЖТ, Новосибирск, с. 151–157.
12. Славин Б.Е., Протасов Н.Н., Мышкина Г.П., 1975. Борьба с воздействием морозного пучения на конструкции тоннелей, сооружаемых в районах с суровым климатом. Тезисы докладов Всесоюзного научно-технического совещания по основаниям и фундаментам зданий и сооружений на вечномерзлых грунтах в Воркуте, Том II, Воркута, 1975, с. 39–43.
13. Толкачев Н.А., 1963. Экспериментальные исследования нормальных сил морозного пучения грунтов. Труды НИИ оснований и фундаментов, № 52, с. 91–116.
14. Чеверев В.Г., 2001. Влияние внешнего давления на содержание незамерзшей воды в дисперсной породе. Материалы второй конференции геокриологов России, Москва, 2001, с. 151–156.
15. Чеверев В.Г., Бурнаев Р.С., Гагарин В.Е., Сафронов Е.В., 2013. Влияние внешней нагрузки на степень морозной пучинистости глинистых грунтов. Криосфера Земли, Том XVII, № 4, с. 57–62.
16. Akagawa S., Fukuda M., 1991. Frost heave mechanism in welded tuff. Permafrost and Periglacial Processes, Vol. 2, Issue 4,
pp. 301–309, https://doi.org/10.1002/ppp.3430020405.
17. Feng Q., Liu W., Jiang B., 2017. Analytical solution for the stress and deformation of rock surrounding a cold-regional tunnel under unequal compression. Cold Regions Science and Technology, Vol. 139, pp. 1–10, https://doi.org/10.1016/j.coldregions.2017.04.003.
18. Kanie S., Zheng H., Makimura M., Takahashi S., Akagawa S., Ueda Y., 2012. A practical method for three-dimensional frost heave simulation based on Takashi’s equation. Cold Regions Engineering, Proceedings of the 15th International specialty Conference, Quebec City, Canada, 2012, pp. 697–704, https://doi.org/10.1061/9780784412473.069.
19. Lai Y., Zhang X., Yu W., Zhang S., Liu Z., Xiao J., 2005. Three-dimensional nonlinear analysis for the coupled problem of the heat transfer of the surrounding rock and the heat convection between the air and the surrounding rock in cold-region tunnel. Tunnelling and Underground Space Technology, Vol. 20, Issue 4, pp. 323–332, https://doi.org/10.1016/j.tust.2004.12.004.
20. Liu W., Feng Q., Fu S., Wang C., 2018. Elasto-plastic solution for cold-regional tunnels considering the compound effect of non-uniform frost heave, supporting strength and supporting time. Tunnelling and Underground Space Technology, Vol. 82, pp. 293–302, https://doi.org/10.1016/j.tust.2018.08.054.
21. Lv Z., Xia C., Li Q., Si Z., 2019. Empirical frost heave model for saturated rock under uniform and unidirectional freezing conditions. Rock Mechanics and Rock Engineering, Vol. 52, Issue 3, pp. 955–963, https://doi.org/10.1007/s00603-018-1666-z.
22. Lyu Z., Xia C., Liu W., 2020. Analytical solution of frost heaving force and stress distribution in cold region tunnels under non-axisymmetric stress and transversely isotropic frost heave of surrounding rock. Cold Regions Science and Technology, Vol. 178, ID 103117, https://doi.org/10.1016/j.coldregions.2020.103117.
23. Zheng H., Kanie S., Niu F., Akagawa S., Li A., 2016. Application of practical one-dimensional frost heave estimation method in two-dimensional situation. Soils and Foundations, Vol. 56, Issue 5, pp. 904–914, https://doi.org/10.1016/j.sandf.2016.08.014.

АЛЕКСЕЕВ А.Г.
НИИОСП им. Н.М. Герсеванова АО «НИЦ “Строительство”», г. Москва, Россия, adr-alekseev@yandex.ru
Адрес: Рязанский пр-кт, д. 59, г. Москва, 109428, Россия
Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет, г. Москва, Россия
Адрес: Ярославское шоссе, д. 26, г. Москва, 129337, Россия

Geotechnics, Vol. XIV, No. 1/2022

REGULARITIES OF THE ANISOTROPY OF THE SOIL HEAVING PRESSURE ON THE MAIN PHYSICAL CHARACTERISTICS

Alekseev A.G.

Alekseev A.G., 2022. Regularities of the anisotropy of the soil heaving pressure on the main physical characteristics. Geotechnics, Vol. XIV, No. 1, pp. 6–14, https://doi.org/10.25296/2221-5514-2022-14-1-6-14.

Assessment of the stress state of the freezing soil near underground structures is an important task to ensure the stability of underground structures. In the freezing heaving soil, pressure arises having different values in perpendicular directions. The ratio of horizontal heave pressure to vertical is characterized by the coefficient of anisotropy of the soil heave pressure. The article contains experimental studies of the anisotropic behavior of freezing heaving soil. The results of laboratory experiments on one-dimensional vertical freezing of lean clay under compression conditions in a closed system are presented. The dependences of the heaving pressure in orthogonal directions on the physical parameters of soil. An increase in the values of humidity, density and degree of water saturation, other things being equal, leads to an increase in multidirectional heaving pressure. The change in the anisotropy coefficient of the soil heaving pressure from the initial physical characteristics of the soil is similar to the development of the heaving pressure, the coefficient values for the studied lean clay range from 0.08 to 0.58. An increase in the pressure of frost heaving of the soil leads to an increase in the anisotropy coefficient of the heaving pressure, which is caused by the most uniform distribution of pressure in the soil mass with an increase in initial humidity. When the pores of the soil are completely filled with water, the freezing of the soil increases the heaving pressure simultaneously in all directions.

pressure soil freezing anisotropy soil frost heaving vertical and horizontal pressure of soil frost heaving coefficient of anisotropy of soil heaving pressure physical properties of soil sample

1. Abzhalimov R.S., 1982. Laboratory studies of frost heaving. Osnovaniya, Fundamenty i Mehanika Gruntov, No. 5, pp. 20–22. (in Russian)
2. Alekseev A.G., 2006. Method for calculating the horizontal pressure of frost heaving of soil acting on the walls of underground structures. Oyedinennyy Nauchnyy Zhurnal, No. 7, pp. 78–79. (in Russian)
3. Doroshenko S.P., Nevzorov A.L., Boldyrev G.G., Korshunov A.A., 2019. Device for water permeability and frost heave of soils determination. Geotechnics, Vol. XI, No. 4, pp. 18–28, https://doi.org/10.25296/2221-5514-2019-11-4-18-28. (in Russian)
4. Karlov V.D., 1993. Modeling criteria and results of laboratory studies on models of deformations of freezing heaving foundations. In Interdepartmental collection of scientific papers N.F. Krivonogovа, A.A. Kagan (eds), Engineering-geological study and assessment of frozen, freezing, and thawing clay soils. Publishing house of the VNIIG, Saint Petersburg, pp. 58–62. (in Russian)
5. Karlov V.D., 2007. Bases and foundations on seasonally freezing heaving soils. Publishing house of the Saint Petersburg State University of Architectural and Civil Engineering, Saint Petersburg, p. 2. (in Russian)
6. Kudryavtsev S.A., 2004. Geotechnical modeling of the process of freezing and thawing of frost-prone soils. ASV, Moscow. (in Russian)
7. Maksimov F.A., Tolmachev E.L., 2009. Laboratory research of frost heaving of ground with authentic South Ural State University device. Bulletin of South Ural State University. Series Construction Engineering and Architecture, No. 35(168), pp. 52–55. (in Russian)
8. Melnikov A.V., Sakharov I.I., 2013. Estimation of the stress-strain state of heaving soil during freezing in non one-dimensional conditions. Modern Problems of Science and Education, No. 1. URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=8531 (accessed: 15 January 2022). (in Russian)
9. Nevzorov A.L., 1995. Experimental determination of frost heaving of soils. Izvestiya vuzov. Lesnoy Zhurnal, No. 6, pp. 61–65. (in Russian)
10. Nevzorov A.L., Korshunov A.A., Churkin S.V., 2013. Methods for determination of frost heave susceptibility of soil with using modern instrument. Engineering Survey, No. 5, pp. 52–56. (in Russian)
11. Puskov V.I., 1967. Calculation of the normal forces of frost heaving on the vertical faces of structures buried in the freezing ground. In collection of scientific papers of the Research Institute of Railway Transport, Issue 63. Publishing house of the Research Institute of Railway Transport, Novosibirsk, pp. 151–157. (in Russian)
12. Slavin B.E., Protasov N.N., Myshkina G.P., 1975. Fighting the effects of frost heaving on tunnel structures built in areas with a harsh climate. Abstracts of the All-Union scientific and technical Conference on beses and foundations of buildings and structures on permafrost soils in Vorkuta, Vol. II, Vorkuta, 1975, pp. 39–43. (in Russian)
13. Tolkachev N.A., 1963. Experimental studies of normal forces of frost heaving of soils. Trudy Nauchno-Issledovatelskogo Instituta Osnovaniy i Fundamentov, No. 52, pp. 91–116. (in Russian)
14. Cheverev V.G., 2001. Influence of external pressure on the content of unfrozen water in dispersed rock. Materials of the Second Conference of geocryologists of Russia, Moscow, 2001, pp. 151–156. (in Russian)
15. Cheverev V.G., Burnaev R.S., Gagarin V.E., Safronov E.V., 2013. Influence of external load on the degree of frost heaving of clay soils. Kriosfera Zemli, Vol. XVII, No. 4, pp. 57–62. (in Russian)
16. Akagawa S., Fukuda M., 1991. Frost heave mechanism in welded tuff. Permafrost and Periglacial Processes, Vol. 2, Issue 4,
pp. 301–309, https://doi.org/10.1002/ppp.3430020405.
17. Feng Q., Liu W., Jiang B., 2017. Analytical solution for the stress and deformation of rock surrounding a cold-regional tunnel under unequal compression. Cold Regions Science and Technology, Vol. 139, pp. 1–10, https://doi.org/10.1016/j.coldregions.2017.04.003.
18. Kanie S., Zheng H., Makimura M., Takahashi S., Akagawa S., Ueda Y., 2012. A practical method for three-dimensional frost heave simulation based on Takashi’s equation. Cold Regions Engineering, Proceedings of the 15th International specialty Conference, Quebec City, Canada, 2012, pp. 697–704, https://doi.org/10.1061/9780784412473.069.
19. Lai Y., Zhang X., Yu W., Zhang S., Liu Z., Xiao J., 2005. Three-dimensional nonlinear analysis for the coupled problem of the heat transfer of the surrounding rock and the heat convection between the air and the surrounding rock in cold-region tunnel. Tunnelling and Underground Space Technology, Vol. 20, Issue 4, pp. 323–332, https://doi.org/10.1016/j.tust.2004.12.004.
20. Liu W., Feng Q., Fu S., Wang C., 2018. Elasto-plastic solution for cold-regional tunnels considering the compound effect of non-uniform frost heave, supporting strength and supporting time. Tunnelling and Underground Space Technology, Vol. 82, pp. 293–302, https://doi.org/10.1016/j.tust.2018.08.054.
21. Lv Z., Xia C., Li Q., Si Z., 2019. Empirical frost heave model for saturated rock under uniform and unidirectional freezing conditions. Rock Mechanics and Rock Engineering, Vol. 52, Issue 3, pp. 955–963, https://doi.org/10.1007/s00603-018-1666-z.
22. Lyu Z., Xia C., Liu W., 2020. Analytical solution of frost heaving force and stress distribution in cold region tunnels under non-axisymmetric stress and transversely isotropic frost heave of surrounding rock. Cold Regions Science and Technology, Vol. 178, ID 103117, https://doi.org/10.1016/j.coldregions.2020.103117.
23. Zheng H., Kanie S., Niu F., Akagawa S., Li A., 2016. Application of practical one-dimensional frost heave estimation method in two-dimensional situation. Soils and Foundations, Vol. 56, Issue 5, pp. 904–914, https://doi.org/10.1016/j.sandf.2016.08.014.

ANDREY G. ALEKSEEV
Gersevanov Research Institute of Bases and Underground Structures (NIIOSP), Research Center of Construction JSC; Moscow, Russia; adr-alekseev@yandex.ru
Address: Bld. 59, Ryazanskiy Ave, 109428, Moscow, Russia
Moscow State (National Research) University of Civil Engineering; Moscow, Russia
Address: Bld. 26, Yaroslavskoe Hwy, 129337, Moscow, Russia

Статьи из журнала

ЗАВИСИМОСТИ АНИЗОТРОПИИ ДАВЛЕНИЯ ПУЧЕНИЯ ПРОМЕРЗАЮЩЕГО ГРУНТА ОТ ОСНОВНЫХ ФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК

“Геотехника”, Том XIV, № 1/2022

Автор: Алексеев А.Г.

КАЛИБРОВКА ПАРАМЕТРОВ НЕЛИНЕЙНЫХ МОДЕЛЕЙ ГРУНТОВ ПРИ ОПИСАНИИ МЕХАНИЧЕСКОГО ПОВЕДЕНИЯ ЮРСКИХ ГЛИН

“Геотехника”, Том XIV, № 1/2022

Авторы: Борцов Д.А., Мирный А.Ю.

Применение современных вычислительных методов в геотехнике позволяет проводить расчеты с использованием нелинейных моделей механического поведения. Данные модели грунтов включают в себя большое количество параметров, определение которых не всегда может быть ...

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗНАЧЕНИЯ КОМПЛЕКСНОГО КОЭФФИЦИЕНТА ПЕРЕБОРА ГРУНТА ПРИ ЩИТОВОЙ ПРОХОДКЕ МЕТРОПОЛИТЕНА

“Геотехника”, Том XIV, № 1/2022

Авторы: Тихонюк И.А., Филатов Ю.В.

Возросшие объемы тоннельных проходок механизированными тоннелепроходческими комплексами и вызванные ими осадки окружающей застройки создают необходимость корректного учета коэффициента перебора грунта. Цель работы — определение комплексного коэффициента перебора грунта с учетом ...

ОБЕСПЕЧЕНИЕ СОХРАННОСТИ ОКРУЖАЮЩЕЙ ЗАСТРОЙКИ ПРИ ОСВОЕНИИ ПОДЗЕМНОГО ПРОСТРАНСТВА В УСЛОВИЯХ СЛАБЫХ ГРУНТОВ

“Геотехника”, Том XIV, № 1/2022

Авторы: Богов С.Г., Шашкин А.Г., Шашкин В.А.

Статья посвящена рассмотрению показательного случая из практики — строительству нового здания на набережной р. Невы с подземным паркингом в условиях распространения слабых грунтов. Здание возводилось на месте снесенного дома, который ...

ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ КОМПЕНСАЦИОННОГО НАГНЕТАНИЯ ДЛЯ СОХРАНЕНИЯ ЗДАНИЙ ОКРУЖАЮЩЕЙ ЗАСТРОЙКИ

“Геотехника”, Том XIV, № 1/2022

Авторы: Долев А.А., Алексеев В.А.

В следствии широкомасштабного строительства Московского метрополитена все большее количество строительных площадок приходится размещать в условиях сложившейся плотной городской застройки. В связи с этим велико влияние нового строительства тоннелей и станций ...