Научные основы и методы формирования динамических свойств просадочных грунтов в сейсмоактивных районах тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.07 ВАК РФ

РГ6 од

АШШ1Ш НАУК УКРАИНЫ

„ 7 институт гидромеханики

На правах рукописи

закигов АГАДОМА

научные основы и метод и «юшровшш рнш1всш сюйств пгосацочных грунтов в сейсмоактивных районах

Специальность 01.02.07 - механяка сыпучих тел, грунтов и горных пород

05.15Л1 - физические процессы горного производства

Автореферат

диссертация на соискание ученой стелена доктора технических даун

КИЕВ 1993

Работа выполнена в Институте сейсмостойкого строительства ГУ по делам архитектуры при Ш Туркменистана, Базовая кафедра "Строительство сейсмостойких зданий и сооружений" ШИПКС при МИСИ им.В.В.Куйбшева.

Научный консультант;

доктор технических наук КРАВЕЦ В.Г. Официальные оппонента:

доктор технических наук РЩОВ АЛ.

доктор технических наук,профессор КУЧЕРЯВЫЙ Ф.И.

доктор технических наук,профессор ЛУГОЮИ П.З.

Ведущая организация: Ш.'Ц "Туркменоргтехводстрой"

Защита состоится " ' " _ 1993г.

в__час на заседаши;- специализированного совета

Д 016.56.02 Института гидромеханики АН Украшш по адресу: 252057^ г.Кяев-57," ул.Келябова, 8/4,

С диссертацией мшено ознакомиться в библиотеке Института гидромеханики АН УКРАИНЫ.

Автореферат разослан " Ь » _ ¡993г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук ст.научн.сотрудник

В.И.ПШНИК

ОБШАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы.

Включение территорий, сложенных лессовк.'.н грунтами, в сферу инженерной деятельности порождает необходимость надежного контроля поведения этих грунтов в качестве оснований инженерных сооружений в условиях повышенной сейсмической активности, обусловленной природными и техногенными факторами.

Проблема сейсмобезопасности сооружений на просадочных грунтах требует обеспечения структурной устойчивости таких грунтов доступными'методами,-.т.е.,, их стабилизации, а такие ликвидации предрасположенности лессового породного массива в ограниченном объеме к особому виду деформаций - сейсмическим просадкам.

Источником сейсмических воздействий наряду с' землетрясениями являются специальные технологии уплотнения предварительно увлажненных лессози« массивов динамическими методами. На застраи- . ваемых территории широко применяются методы трамбования и энергия взрыва. При этом ранее обработанные изолированные участки массива подвергаются повторнш многократным сейсмическим нагру-яеииям, что не монет не.отразиться на сейсмостойкости грунтовых оснований и сооружений. Аналогичные ситуации возникают на горных предприятиях, где вскрышные породы, представленные лессовыми грушами, подвергаются регулярным сейсмическим воздействиям мае- • совых взрывов.

Решение задач формирования новых инненерно-геологических и динамических характеристик просадочных массивов ограниченных размеров в условиях повышенной сейсмической активности позволит разработать научные основы методик проектирования и безаварийной эксплуатации современных сооружений различного назначения. Это предопределяет' научный и практический аспект основных положений диссертацибнной работа

Решению этой крупной научно-технической проблемы посвящена настоящая диссертационная работа, выполненная автором в соответствии с программами научных исследований Института сейсмостойкого строительства Госстроя Туркменистана и базовой кафедры "Строительство сейсмостойких зданий и сооружений" ЩИПКС при МКСИ, в которых автор принимал участие как ответственный исполнитель и научный руководитель.

- г -

Цель раб о? в: Научное обоснование оптимальных технологических решений по динамической стабилизации предварительно структурированных лессовых пород для формирования сейсмоустойчивых оснований за счет састемк мероприятий, сндааювдх балльность колебаний и повышающих эксплуатационную идейность зданий и сооружений в условиях высокой сейсмической активности.

Задачи исследований:

I/ выявление основных щскенарно-геологических и геотехнических параметров грунтового массив.,, определяющих его сейсмостойкость;

2/ установление рациональных'схем и методов уплотнения про-садочнкх грунювих массивов применительно к уел овнам аридной зоны;

3/ анализ влияния о останов н. реашов закрепления лессовых массивов иньекгированием с последующим их уплотнением!

4/ изучение-закономерностей изменения физико-механических, деформационных и динамических карме рис гик массива лессового грунза ограниченных размеров с улучшенными строительными свойствами;

5/ анализ влияния многократных динамических воздействий на интенсивность посшросадочдых процессов в массиве,

6/ разработка методических вопросов применения технологических схем обработки проселочного массива, обеспечивающих его повшелную эксплуатационную напеяномь.

Основная научная идея работы заключается в использовании регулируемого деформироганного состояния ограниченного обьша лессового массива, на основе комбинированных технологии стабилизации лесгоБКх грунгов с целш формирования их динамической устойчивости в условиях регулярных сейсмических воздействий.

Метод» исследования. Решение поставленных в работе задач выполнено путем анализа и об сю пиния теории и практики формирования янженерлмх свойств просадсчных грунтовых массивов динамическими методами; аналитических исследований по определении оптимальных Парамонов и конструкции закрепленного и уплотненного грунтового масояаа, обладающего новцйонной сейсмостойкость»; экспериментальных »сследоваккй процессов формирования новой

структуры лессового грунта под воздействием закрепляющих реаген-юв к взрывных нагрузок различной интенсивности; полигонных и опытно-првмыгапенных испытаний; гехшко-акономическ'ого анализа.

На защиту выносится решение актуальной проблемы обеспечения длительной сейсмостойкости лессовых пород в массивах ограниченных размеров путем регулирования структурно-механических характеристик к обеспечения зональности строения декодированной области массива за счет физико-хшической обработки и рациональных приемов динамического уплотнения грунтового проселочного массива.

Научная новизна работы.

1. Аналитически ■установлено снижение сейсмического эффекта в области локального уплотнения .массива просадочных грунтов и разработана расчетная схема оценки влияния импульсных воздействий на динамическую жесткость уплотнениях грунтовых оснований сложного зонального строения.

2. Исследованы механические эффекты трамбования а взрыва в лессовом массиве с целью установления рациональных энергетических и геометрических параметров источника возмущений.

3. Получены данные экспершеятально-теоретических исследований кинетики развития новообразований в лессовом грунте, содержащем систему закрепляющих веществ различного состава; установлена взаимосвязь механизма фгзико-хшического закрепления лессовых пород с явлением синтеза силикатных вякувдх веществ; разработаны системы реагентоз, позволяющие формировать заданные деформационные свойства лессового массива, ориентированные на его повышенную сейсмостойкость.

4. Предложена принципиальная схема и разработаны режимы комбинированного метода стабилизация лессового просадочного массива; исследованы закон мерности формирования механического эффекта взрыва системы зарядов конечных размеров в закрепленном массиве неоднородного сложения.

5. Произведена качественная и количественная оценка ампли-» гудно-частотного спектра колебаний грунтовых оснований различного зостояния и выявлено существенное уменьшение амплитуды сейсмических колебаний в основаниях,' обработанных по комбинированной схеме,

Досговерность научных положений, выводов и рекомендаций ра-5оты обоснована: большим обьемем экспериментальных исследований в лабораторных я дешевых условиях, их аналитически!.; обобщений« и

теоретическим обоснованием, обшлрнил опытом уплотнения и укрепления лессовых массивов на объектах, промышленного гражданского й гидромелиоративного строительски g сейсмоактивных районах, достаточным объемом внедрения рекоишдацвй работы с получением существенного эконшичесного эффекта.

Практическая цеквость работы.

I. Разработаны инженерные методы расчета параметров взрывных работ при уплотнении просад очных породных массивов, учитывающие исходные грунтовые условия, уровень последующих сейсмических . воздействий на сооружения и требования к их безопасной эксплуатации.

2. На основе раскрытых закономерностей изменения физико-механических свойств проезд очных грунтов при их обработке системой закрепляющих реагентов, установленной кинетики развития новых деформационных к прочностных свойсгв грунтов в пределах обрабатываемого блока ограниченных разменов разработаны практические приемы и последовательность пньектирования в сочетании

с динамическими уплотнение« с целью ликвидации явлений бытовой и сейсмической просодочаостя грунтовых оснований.

3. Разработаны и утверждены директивными органами рекомендации и инструкции по реализация антисейсмических мероприятий па строительстве и реконструкции инкеверных сооружений на сильно-засоленных просадочных грунтах аридной зоны, по проектированию рациональных параметров взрывных раб си при подготовке сейсмостойких оснований промышленных, гражданских, гидромелиоративных и сельскохозяйственных объектов.

Апробация работы.

Основные научные и практические положения работы долояены на совещании молодых ученых в г.рушадбе /1978 г./, на республиканской конференции молодых ученых /г.Мхабад, 1980 г./, на конференции молодых ученых и специалистов "Совершенствование взрывных работ в горных породах и грунтах" /г.Тераополь, 1982 г./, на научных конференциях "Использование энергия взрыва на объектах мелиоративного, дородного, ирригационного строительства и на открытых разработках" /Киев, 1980, 1981, 1985, 1989, 1392 г.г./, на республиканском совещании "Подготовка оснований и устройство фундаментов на просадочных грунтах и в сейсмических районах" /Чимкент, 1985/, на 17 республиканской региональной научно-технической конференции- "Новые эффективные материал« и конструкции в

строительстве" /.Ашхабад, 1906/, на научно-практической конференции "Сейсмическое строительство и строительные мат ернали" /Ашхабад, 1930 г./.

В полном объеме диссертация докладывалась на расширенном заседании кайедры "Строительство сейсмостойких зданий и сооружений" в г.Ашхабаде ШйПКС приЫИСИ /19у2 г./, на совместном заседании научного семинара отдела геодинамики взрыва Института гидромеханики АН Украины и кефедры геотехнологии и инженерной экологии Киевского политехнического института /1932 г./.

Реализация результатов исследований в промтлениости. Внедрение результатов исследований осуществлялось в 197б~1992г.г. при разработке мероприятий по упрочнению грунтовых оснований на объектах сельскохозяйственного промышленного, гражданского и ме -лиоративиого строительства Туркменистана. Практические рекомендации работы приняты для применения проектными и производственными организациями в зоне Каракумского канала.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 44 научных труда, в т.ч. 5 брошюр и 4 изобретения. Основные положения диссертации отражены в научных отчетах.

Структура и обьем работы.

Диссертационная работа /введение, 5 глав, заключение/ изло-. кена на 235 страницах машинописного текста, оодерни? 70 рисунков, 47 таблиц, список использованной отечественной и зарубежной литературы из 220 наименований.

В диссертации использованы результаты исследований, выполненных автором самостоятельно, а также при участил сотрудников научной лаборатории базовой кафедры 1ЩЛКС при МВД.

Содержание работы.

Современные представления сейсмологии в условиях проездоч-

ных грунтов

Строительная практика Туркменистана зяаот достаточно примеров деформации зданий я сооружений на просадочных лессовых грунтах как в результате низкого качества строитвльно-монтанных работ, несоблюдения требований к производству работ, гак и недостаточной геологической изученности площадки строительства, несоответствия нагрузки несущей способности грунтов основания, в т.ч. и в процессе эксплуатации сооружений. Это происходит в

результате уменьшения несущей способности грунтов при изменении гидрогеологических условий плпщадки, установлении неравновесных условий в приповерхностном слое, резко ухудшающих сейсмическую ситуацию в локальной области массива лессового грунта. Для таких неравновесных условий неизбежно проявление сейсмических просадок, проявляющихся в виде деформация поверхности и уплотнения массива грунта при периодическом воздействии на него сейсмических волн. Под сейсмическими свойствами пород понимается их реакция на динамические воздействия. К нчм относят упругие, поглощающие и инженерно-сейсмические свойства.

Сейсмические свойства пород изучаются при разработке методов сейсмической" разведки с 20-30 х годов П века. В это время в литературе появились первые сведешь- о скоростях сейсмических волн в лессе / Ai<xce-(UvHin£, f 1939/. В те же годы стали из-. вестны просадочние свойства лессовых пород, которые позже подверглись изучению в связи с трудностью строительства на проса-дочных лессовых грунтах в сейсмических районах. Теоретические и методические основы изучения сейсмических свойств пород, в т.ч. лессовых бшги разработаны А.В.Нкколаевшл. Исследования Н.Н.Го-•ряинова, Г.Н-.Назарова, К.Г.Ыинделя показали взаимосвязь инженерно-геологических и сейсмически:: свойств лессовых пород. Работы по сейсмическому микрорайондровашаз на лессовых породах Э.М.Антоне нк о, Ы.Т.Адикова, Т.К.Басенова, ¿/.".'.Богуславского, Ц.Н.Дру-зина', В.З.Попова, В.и.Уирзаева, В.И.Шацилова позволили осветить широко вопроси взаимосвязи инженерно-геологических и динамических свойств лессовых "ород. Большой интерес представляет обнаруженное В.В.Поповыи и исследованное И.Г.Иинделем, В.О.Оглоблиным, Е.Н.Сквалецкш падение скоростей сейсмических волн при увлажнении лессовых пород с последующим восстановлением в течение нескольких лег.

Изучение вызываемых взрывали сейсмических эффектов в лессо-вйх породах позволило ввести понятие сейсмических или вибрационных просадок /Н.Н.Крнгер, А.А.Мусаэлян/, изучить связь сейсгличес-ких свойств лессових пород с географической средой, с процессами переноса влаги, техногенным уровнем грунтовых вод. Шесте с тем из изложенного следует что изучению сейсмических свойств лессовых грунтовых масслбов, искусственно лишенных просадочности путем уплотнения, внимания практически не уделяется. Фактически существуют раздельно два научных направления - сейсмология лес-

ooBUx пород и техническая мелиорация просадочных грунтов.

Современные методы подготовки просадочных грунтовых оснований уплотнением разрабатывались Ю.М.Абелевш, Ы.Ю.Абелевым, В.К.Крутозкм, В.Г.Галицкам, H.H.Казанским, А.А.Иус5афаевмл, А.Л.Ыусаэланом, 1U,'¡.Литвиновым, Х.А.Аскаровым, З.Х.Ядгаровым, A.A.Вовкой, В.Г.Кранцем, А.М.Рыжовш, И.И.Денисззком, Л.П.Демещу-ком, Б.Ф.Галаем и др. Среди методов ликвидации просадочных свойств лессовых грунтов в условиях Туркменистана первоначально широкое применение нашел метод предварительного длительного замачивания. При этом учитывалась в первую очередь доступность я технологичность метода; возмояные проселочные деформации таких грунтов при последующих динамических воздействиях не учитывались. Опыт строительства в Туркменистане показал, что принятый метод не обеспечивает длительной эксплуатационной нарежности грунтовых массивов; параметры.ведения противопросадочных работ разработки без учета динамических свойств лессовых грунтов нарушенной структуры и их поведения в динамике.

Одновременно с методом предварительного замачивания в строительной практике все более широкое применение находят динамически е методы ликвидации просадочных свойств - обработка тяжелыми трамбовками; подводными взрывами, сквакиннши и траншейными» зарядами. Разработка и широкое практическое применение этих методов на горных и земляных работах, были бы невозможны без системы представлений о физической природе и закономерностях динамического деформирования грунтов, разработанной в теоретическом ■плане трудами С.С.Григоряла, Г.¡[.Покровского, В.Н.Родионова','

A.Я.Сагшоняна, Х.А.Рахыагуллина, Г .И Ляхова и др. и развитой в прикладнал аспекте работами м.И.Докучаева, Н.А.Евотропова, A.A. Бовка, ПЛ.Иванова, Д.М.Кукяарева, А.Г.Смирнова, Г.¡'.Черного,

B.Г.Кравца, А.М.Рюкова, И.АЛучко, С.А.Давыдова, А.А.Черниговского и др. На основе каучянх представлений о механическая эффекте взрыва в снимаемых горных породах стало возможным решить ванную проблему управления процессам дефордирования грунтов, прогноза основных параметров зояа необратимых -еформаций и ее структуры. Анализ состояния исследований динамики сжимаемых грунтов, в т.ч. лессовых пород свидетельствует о достаточной изученности вопроса применительно к грунтам естественного сложения. Поведение лессовых грунтов, ранее цефордярованних в процессе прогивопросадочных мероприятий, под действием повторных динамических воздействий

природного или техногенного происхсвденля требует обстоятельного изучения в связи с необходимостыз разработки научно обоснованных инженерных методов подготовки просадочных грунтовых массивов, создания научных основ динамики деформированных лессовых пород аридной зоны.

В связи с изложенным проведены теоретические и экспериментальные исследования закономерностей изменения деформационных и сейсмических характеристик просадочных грунтовых массивов ограниченных размеров, подвергнутых действшо природных, косвенных техногенных и пр.1ыых технологических факторов. Установлен теоретически и экспериментально характер и масштабы изменения балльности многократного сейсмосигнала в завиоимоси от метода и последовательности операций по стабилизации блока грунта,, пространственной ориентации элементов деформированной зоны} разработаны рекомендации по проектированию основных параметров физико-химических и динамических методов стабилизации грунтов, учитывающих сейсмическую ситуацию.

Разработка методов управления сейсмостойкостью лессовых просадочных массивов ведется & трех направлениях - совершенствование методов уплотнения и упрочнения грунтов; исследование влияния конструкции участка обработанного массива грунта на трансформацию сейсмического сигнала; изучение механизма и последствий действия сейсмического сигнала различной кратности на устойчивость приданных массиву полезных инкенерных свойств. Прикладная сторона исследований выражается в назначении рациональных методов подготовки массива лессового грунта с учетом специфики соо-рукения, интенсивности и периодичности сейалического воздействия, в разработке рекомендаций по соответствующие направлениям.

Объектом исследований выбраны лессовые просадочяые грунты Прикопетдагской равнины, отнесенные к 9-<5алльной сейсмической зоне.

Методы пюриирования строительных свойств лессовых грунтов.

Изучение структуры физто-механяч ее них и деформационных свойств исследуемых грунтов, результаты практического применения протявопрпадочных мероприятий показываат, что метод предварительного замачивания неэффективен, поскольку требует длительного -времени для растворения цементирующих карбонатных пленок, процесс консолидации длится месяцы; иногда более года. Яри этом

устанавливаются неоднородные по глубине массива новые деформационные характеристики: верхний слой требует дополнительной обработки. Б этом плане более приемлемы методы принудительного уплотнения массива трамбованием или взрывами.

Уплотнение тякелши трамбовками, как наиболее безопасный динамический метод, применимо практически в любых условиях, в т.ч. прй ведения работ в стесненной обстановке городской застройки. Существенную роль при уплотнении играет вланность грунта. С ростом интенсивности уплотнявших воздействий, необходимая плотность грунта достигается при меньшей влажности. Этот вывод весьма вакен для практики, поскольку в случае невозможности контролировать либо удерживать на нужней уровне влажность грунта предоставляется возможность достигнуть требуемого эффекта приложением большей энергии к массиву грунта. Однако не следует пренебрегать известным оптимальным значением влажности, т.к. диапазон влажности, в котором может быть достигну! максимальный эффект,' ограничен, Применительно к грунтам Ашхабадского региона достижение максимального уплотнения тяжелшг трамбовками обеспечивается при степени увлакнения rpyHia G- = 0,7-0,8. Глубина уплотнения массива трамб ¡званием1 линейно связана с параметрами трамбовкя, этот параметр также возрастает с рост ад высоты сбрасывания. ОднакЬ каждый диаметр трамбовки имеет свою максимальную высоту сбрасывания» выше которой уплотнение массива не нарастает. ПрямеШзтёльно к дсследоваякам грунтам наиболее равномерна а на наибольшую глубину /до 3,0 м/ обрабатывается массив тя ж елей граыбоухВЗ / Я-г/>- = -1:,0-1,5м/ при сгатичес-ком давлении Рст = О,23-Ог25 кгс/см2. Что касается высоты сбрасывания трамбовки",' рекомендована схема с наращиванием с минимального значения 2,0 м с интервалом 1,0 м до максимальной величины 5-6 гл. Количество ударов в одну 4 точку массива определяется исходной плотностью грунта, массой трамбовки и ее площадью,' высотой сбрасывания. Наиболее оптимальный режим уплотнения для исследованных грунгов предусматриваем 9 ударов в одну точку. При наращивании количества ударов до 9 наблюдается рост осадки поверхности массива и мощности уплотненной зоны с каждым ударом /рис. I/. При грех ударах зона деформаций достигает Г,5 м,' при 6 - 2,0 м, при 9 - 3,0 м. Однако в дальнейшем развитие зоны меняет свой характер - величина деформаций уменьшается, происходит разуплотнение г|унта, которое свидетельствует о дос-

- ю -

тияеяяи грунтом предельной плотности. Однако размеры зоны оста-, точных деформаций растут за счет малых приращений плотности в отдаленной части массива. Для повышения эипективлости метода как по глубине, так и по площади об?¿óотки массива требуется постоянный контроль за изменением плотности, наращивание энергии удара с кя;:;дым последующим воздействием на фиксированную часть массива, что в практике осуществить затруднительно.

Динамика изменения плотности грунта при трамбовании

о.4 0,6

i 2 Í6 2,0

2,4

2,6 Им

\

< << / / /

N i / 2

{<\

V Y

i i!

t

i i

1 - грунт в естествен-

ном состоянии

2 - после трех ударов

3 - после шести ударов

4 - после девяти ударов

5 - после двенадцати

ударов.

Рис. I

Взрывные методы уплотнения лессовых массивов обладают большей гибкостью как в плане регулирования глубины обработки массива, так и в плане интенсивности уплотнения. Разновидность взрывного метода уплотнения определяет характер распределения остаточных деформаций в массиве ограниченной площади, и глубины.

В зависимости от мощности уплотняемой толщи лессовых грунтов, характерна особенностей подготовки взрывом грунтового основания, наличия вблизи места взрыва объектов, подлежащих защите от сейсмической и воздушной волн, а яаюке разлета кусков грунта, применительно к условиям Туркменистана приняты в качестве основных две принципиально различные схемы взрывного уплотнения - систе-

мой накладных или подвесных зарядов, взрипаемых иод слоем грунта или воды. Рассмотрены принципы выбора оптимальных параметров зарядов с учето-1 деформационных,характеристик грунта.

Ликвидация проселочных свойств грунтов скза;:;ияншк зарядами осуществляется как правило при большой /вше 10,0 и/ мощности просадочной толщи. Максимальная глубина скванин ограничивается при значительной мощности грунтов 20-25 м.

Зона уплотнения состоит из области, прилегающей к полости,' где грунт уплотнен до максимальной величин«; за ней следует область неполного уплотнения. Если плотность грунта выразить через fe* , объемная деформация запшется в виде

Q 4 - J& /J>c< /1/

Заданное значение деформации 0т определится из естественной плотности и предельной плотности скелета , при

которой показатель просадочносгп грунта ш превышает допустимых пределов. В практике строительства je* = I,ü-I,65 т/м3.

Конечный вид зависимости ваг млеет слсшшй зональный характер, отличающийся чередованием зон повышенной и пониженной плотности с общей тенденцией сшшзния значений О к периферии уплотненной aoiiu. Особенность» строения деформированной зоны в структурно неустойчивых грунтах является образование зоны низкой плотности непосредственно вслед за зоной максимального уплотнения за счет разгрузки массива в сторону полости на последней стадии взрыва. Отмечено также наличие развитбй системы радиальных и тангенциальных трещин. Исследованиями установлены особенности развития зоны деформаций, ранее на освещенные. Для"практического использования ваяно в целях уплотнения массива знать не только конечную картину .распределения остаточных деформаций, но и стадии ее развития в связи с геометрией и ориентацией заряда к открытой поверхности. Установлено", что у зарядов, ориентированных по нормали к поверхности - скваяиянтс - ярко выракена зона появления плотности грунта, .следующая за зоной максимального уплотнения. Наличие этой развитой зоны способствует отрыву прилегаицей к полости уплотненной корки и ощущению' грунта из нее и зоны пониженной плотности в образованную взрывал полость. При системе зарядов, ориентированной параллельно дневной поверхности, более выражена "хвостовая" часть,' е.е. область малых объемных деформаций," зона пониженной плотности, образуясь на

последних этапах развития деформированной области под влиянием упругих сил последействия /разгрузки/.в сторону полости и одновременно-свободной поверхности,- в дальнейшем под действием тавитации частотно ликвидируется осадкой верхнего сдоя.

Эти различия влвдют на выбор метода уплотнения грунтового блока в реальных условиях сейсмоактивных районов, поскольку форма и структура уплотненной зона влияют на сейсмические свойства грунтового основания сооружения. В зависимости от конструкции системы зарядов,^ последовательности взрывания и приемов подготовки массива до взрыва параметры и строение деформированной взрывал области массива регулируются в шйроком диапазоне, в т.ч. благодаря возможности концентрировать значительную энергию в малш объеме.

При исследовании взрывных методов ликвидации просадочяосги эффективность взрыва можно оценить лкбспо зил ерш плотности деформированного грунта в массиве," л'йбЬ по конечному результату - осадке поверхности массива. Осадка "А 5я зависит как от стедеяи уплотнения грунта,' так и от глубины уплотненной зоны. Экспериментальные исследования проводились о применением вертикальны х удлиненных зарядов в опытно-пром'шшенны^ условиях, поскольку этот показатель' трудно установить на маломасштабных взрывах. Для сравнения принимались опытные взрывы, 'в когорах была достигнута заданная степень уплотнения грунтового скелета / У-сч ^ 1,60 т/ы3/* Учитывая," чао применялись рассыпные ВВ, радиус заряда равен радиусу скважина /70 ш/. Предвари-

тельно увлажненный через дренажные скважины массив площадь» 40 х 40 и и мощностью о?,10 до 20 м ' обуривался скважинами глубиной 8-17 и с расстояние/л между скважинами 5-6 м. После 8аряжаш1я массив снова заливался водой. После взрыва массив осушался и исследовался на уплотнение через систему шурфов. Поскольку механизм уплотнения массива системой скважинных зарядов сложный", отличающийся наличием мекскважинных уплотненных целиков и системы полостей, заполненных обрушившимся грунтом исследование шурфованием проводились по двум наиболее отличающимся направлениям - по оси полости и между полостями /рис. 2/. Установлено, что между полестямя /кривая I/ плотность скелета грунта соответствует требованиям 'к уплотненном грунтам. Объем взрывной полости заполнялся влажным деформированным гратом из стенок полости и верхнего надполостного целика; при этом грунт," падая,

-13 -

' -

доуплотняется. Судя по результатам измерений, /кривая 2/, плотность деформированного грунта в полости также соответствует требованиям. При этом обьем просадки массива равен объему взрывных полостей а устанавливается после разравнивания поверхности с засыпкой взрывных воронок.

Распределение плотности грунта при взрыве скваяияяык зарядов

4 1,5 1,6 1.7

1 - до взрыва

2 по оси заряда

3 - мевду зарядами

Колебания плотности грунта, отмеченные по оса сквакин и между зарядами можно приписать неоднородности : исходной плотности грунта, слоистому сложении массива. Лля глубинного уплотнения грунтов скваяанндаи зарядами установлена I зависимость удельной Рис. 2 осадки, равной общей

осадке; приведенной к

I м скваашш, от параметра <Х

АЗл-БЛ/- /2/

те а - расстояние в ряду а мезду рядами скважин. Установлено, что существует диапазон значений <Х , при котором достигается максимальная удельная осадка поверхности. Этот диапазон в наших экспериментах составляет около б;о и, в грунтах с исходной плотностью £ 1,5 т/м3 /ряс. С.Г/ и

5,2мб грунтах

с Vе* 3 1,45 Существование оптимума обьясня-

10

и *

/ 1

\ 11

■V л ) и \\

/. < / / / V > > //

/ / / У > 1 / 7

/ / / / / I \ 1 1

еюя тем, что при заданном гваметре гаряда существует в конкретном грунте зона, где достигается ^'¿кая плотность скелета. При

>

/ С " с к

/( о/ V с

/ 3 1 « 1 ! 1 Г б г а

2 = 1,45 т/м3

Рис. 3

изменении расстояния между зарядами соприкасающиеся зоны от смежных зарядов либо полное гь:о перекрывают межскваяинный целик, либо остается недоуплотненная область. При уменьшении расстояния значительная часть энергии сменных зарядов расходуется непроизводительно на переизмельчение и переуплотнение грунта, а такае на тепловые потерн и пластические деформации формоизменения. При значениях СЬ вьше оптимальных массив уплотняется неравномерно, наблюдаются лпиь местные оседания поверхности вокруг зарядов, степень общего уплотнения массива недостаточна.

Существенное значение имеет конструкция заряда в сквахине, для равномерности уплотнения массива. Как показали эксперименты, вместимость сквашяы не всегда соответствует массе заряда. Целесообразно массу заряда рассредоточить по высоте. При этой достигается двойной эффект. за счет взаимодействия отдельных частей заряда и наличия между лши инертных прсыенутков сокращается расход ВЗ на 20-30£. Криле того, при взрывании в увлажненных суглинках возникает опасность сохранения после взрыва вертикальных цилиндрических полостей, которые необходимо или разрушить, или заполнить непросадочным материалом. При определенном рассредоточении заряда в скваяине полости ае образуются, что установлено

путем раскопок, причем качество и равномерность уплотнения грунта между скважинами не ухудшается.

Немаловажно значение ггепени водонасыщения грунта при уплотнении скважинными зарядами. Исходя из данных о взаимосвязи между интенсивностью динамического нагрукения, деформацией грунта и его оптимальной влажностью, при замачивании массива следует учитывать, что более высокие уровни напряжений требуют меньшей влажности грунта и наоборот. Следовательно, влажность в массиве в идеале должна быть меньшей на контакте со сквакиннш зарядом I О- - 0,6/ и больше / 0- = 0,7-0,8/ мекду зарядами. Достигнуть этого можно, если замачивать массив через дренакные скважины, заполненные гравием и расположенные строго между зарядами. При этом влага будет фильтроваться в сторону зарядов, и взрыв следует произвести по достижении влагой заряда. В практике это время прогнозируется несложными вычислениями, исходя из горизонтального коэффициента фильтрацян данного грунта. /

Уасса отдельного цилиндрического заряда в скважине О. исходя из целесообразности его рассредоточения.в сквалшне и оптимального расположения торца заряда к дневной поверхности может быть вычислена из выражения:

а'-сп (¿ыл-5> зЧсЛ - ц £ ?зл /3/

где Ьсхь - дайна сквалины, м; Сп - линейная масса заряда, кг/м/; Т3 - радиус заряда в скважине, м. При конетруированки скважинного заряда эта масса ВВ разделяется на 2 части. При малых глубинах просадочных грунтов рассредоточение заряда не имеет смысла, конструкция заряда упрощается. Однако при. Н ^ '7-10 м целесообразность применения сквакинаых зарядов для уплотнения лессовых грунтов требует обоснования,* Пригодность лессовых массивов для уплотнения поверхностными зарядами определяется кроме мощности просадочной тодшя их деформационными показателями, степенью засоленности, фильтрационными характеристиками в естественном залегании, соображениями безопасности. Проведенными многочисленными опытами в различных районах Прикопетдагской равнины установлено, что уплотнение поверхностными зарядами достаточно эффективно. Один из вариантов метода - подводные взрывы. Одним из основных условий, определяющих параметры заряда и его располояение относительно поверхности грунта, являет-

оя оптимальное'расстояние между центра.! зарядов и поверхностью: = 0,55 м . Наибольший э^ект-достигается при каму-флезяом действии взрыва: "У/* » /2,0-2,2/\(Г, м. Зона влияния взрыва . Яы зависит ог влажности уплотняемого грунта. При оптимальной влагоемкости О- = 0,8 подводный взрыв системы сосредогоченяых зарядов массой 1,5-2 кг при расстоянии маяду ними 1,1-1,3 м составляет 3,5-4,0 м; в сухом грунте / С- = 0,1г 0,2/ уплотнения практически не наблюдается,при (г = 0,5^0,6 зона уплотнения составляв® 3,0 м. При этил в области 1,5-3,0 м значений деформащй высоки н различаются несущественно. Затем следует резкое снижение деформаций, связанное с различием во влажности слоев грунта, замоченного на глубину до 4^0 м,

Б отличие от метода сквакинаых зарядов, обеспечивающих практически равномерное уплотнение локальной области массива, применение горизонтальных квазидлоских систем зарядов /подводных," траншейных/ на большую глубину ведет за собой необходимость изучения геометрии зоны остаточных деформаций под зарядам. Это связано с процессом выроядешя уплотненной зоны с глубиной,' т.н. краевым эффект см взрыва.

Оссйеннос.ти трубчатого сгроеняя макропор лессовых грунтов позволяют влиять из геометрии уплотненной зоны расширением замачиваемой площади массяьа без изменения параметров заряда. При этом обеспечивается более глубокая обработка пограничных объемов массива*" торцевые части системы зарядов действуют как в глубину массива, так и в стороау приграничных объемов прилегающего массива. Одновременно возрастает гдубяна влияния взрыва. Только за счет технологии замачивания до оптимальной влажности можно увеличить равгэценную по качеству проработку массива почти вдвое без изменения массы заряда. Установлено характер обьемного распределения плотпости в локально уплотненном блоке массива - плотность растет ег периферии к центру блока," зона пониженной плотности более полно выражена в глубинных областях блока, а к периферии вырождается. Плотность грунта в этой зоне минимальна в центре слоя и растет к его краям. Полученная сбьеыдая картина деформирования массива позволяет одновременно ропать технологические и пнженерно-зкологические задачи взрыва,' а гакке предупреждать послепр осад очные деформации грунтового основания при последующих динамических воздействиях.

Изучение штамповьм метолом осадок поверхности уплотненных различными способами грунтов показывает, что величины деформаций в активной зоне при взрывном методе уплотнения грунтов после предварительного замачивания значительно снижаются, уменьшаются до безопасных уровней дополнительные деформация при последующих сейсмовоздействиях. Источником дополнительных осадок мокет быть зона пониженной плотности, на что обраюдется внимание при разработке элементов комбинированной технологии, основанной на сочетании закрепления грунтов химически активней составами и динамическим. уплотнением.

Инъекционные методы укрепления проселочных грунтов.

Задача инъекционных методов состоит в фиксации либо корректировке структуры и параметров уплотненной взрывал зоны. Установлено, что выполнение этой задачи требует применения метода силикатизации грунта в присутствии добавок акцизных веществ, стимулирующих физико-химическое взаимодействие вяжущего с. грунтом и формирующих комплекс новообразований, обладающих вяжущими свойствами. Избирательно применяя способ закрепления, мокно судествен-но повысить эффективность механических методов ликвидации проса-дочных свойств в сейшоопасг.ых условиях. Существенным достоинством такого сочетания методов является заметное снижение водопроницаемости уплотненного и закрепленного лессового грунта, его ' . размокаемости, которая сопровождается разуплотнением.

Последовательность обработки грунта может быть двойной:

- взрывное уплотнение массива и последующая инъекция в недоуплот-ненный слой закрепляющего состава;

- предварительная обработка всего блока или его части растворил реагентов и последующая обработка массива взрывал.

Первый путь более пригоден для метода траншейных зарядов" имитирующих горизонтальный плоский заряд'; второй щхь приемлем для метода вертикальных сквгшшних зарядов.

Анализируя материалы комплексных исследований методом ИК-спектроскопии, рентгеноструктурных измерений, исследования водных и соляно-кислнх вытяжек систем реагент-грунт, ыозкно сделать вывод, чтс метод комплексного закрепления не столько количественно, сколько качественно меняет структуру грунта.

• Зафиксированы наиболее важные моменты кинетики химических процессов в системе реагент-грунт. В течение первых нескольких

суток после инъекции резко возрастает в системе содержание ка-тионовjU^Crff анионов SO* } свидетельствующих о процессе разрушения карбонатов, более длительный период затрачивается на образование анионов HCO}t Ct~ , окислов S+O^ , CctO , JJ.CjO , R-z ; сопровождающее разрушение карбонатов Ca и что благоприятствует возникновению минеральных ассоциаций, содержащих ¿Л О и О .

Полученные результаты исследований солянокислой вытяжки естественных и обработанных реагентами грунтов показывают, что нарастание в ней выхода Са О и JslcjO отражают процесс синтеза водоустойчивых новообразований. Факт интенсивности выхода окиси кремния в солянокислую вытяжку во времени уб&тдает в непрерывном и продолжительном периоде /до 180 суток/ формирования цементирующих грунт новообразований. Дифференцированный химический анализ укрепленных грунтов после водных и солянокислых вытяжек показывает, что преобладающей компонентами в них являются полуторные окислц Ял 05t что подтверждает непосредственное участие . этих окислов как важнейших минеральных составляющих грунта в процессе синтеза соответствующих водоустойчивых новообразований, укрепляющих грунт.

Если ориентироватьсяна комплеконую попготовку лессовых грунтов путем закрепления и механического уплотнения, необходимо репить весьма важный вопрос - какова должна быть последовательность операций. Поскольку процесс физик о-химических превращений протекает неоднозначно и в течение длительного времени,, следует при разработке технологических элементов установить, на какой стадии превращений целесообразно воздействовать на груш? механически. Для этого не обходило разъяснить существо постяньекционных процессов при силикатизации и кинетику форлпрования физико-механических свойств закрепленных грунтов, поскольку обработка грунтового массива неизбежно приведет к изменению пористости и проницаемости грунта, т.е. изменяются условия инъекции реагентов.

Минеральные и другие образования лессовых грунтов реагируют да любое вещество", нарушающее их равновесное состояние, поэтому согласно методике проф.В.Ы.Кнатько, для обработки грунтов использовались реагенты", не являющиеся вяжущими веществами - щелочной отход и даинокомплекс. Кроме того, исследованы системы грунт-жидкое стекло как вяжущее,' с целью установления отличительных сторон процесса взаимодействия реагентов различной природы в системе.

3 зависимости от природы химических реакций и характера их воздействия да грунт в целом и прежде всего на его эдкую и коллоидную фазы, процессы взаимодействия химических реагентов с грунтами подразделены да стадия: растворения и диссоциации? обменные реакции между компонентами раствора и миаера-ьной фазой/ разрушение карбонатов глинистых минералов к образование первичных соединений - гидросиликатов, претерпевающх последующие фазовые превращения; формирование полшднеральньк новообразований? обладающих вяжущей свойствами и оптимизированных по составу и соот.оянию системв. , ' .

Вагнейшими физическими свойствами, характеризующими состояние пород, являются вланность и плотность. Естественная влаяяо-' сть природных образцов незначителен- /7-16^/, а после закрепле-' ния вянущими веществами в первый период несколько выше, затем в процессе твердения происходят некоторое уменьшение влажности.-Учитывая особенности механизма уплотнения грунтов, период повышения влакности смеси грунт-реагент наиболее благоприятен для воздействия на систему динамическим методом.

Анализируя материалы исследований, мокко сделать выводу что предложенный метод комплексного закрепления не столько количественно, сколько качественно меняет структуру грунта. Следует * однако отметить, что с применением физико-химического закрепления плотность грунта возрастает, соответственно снижается его пористость, что в принципе нежелательно с точки зрения сейсмоза-щитных мероприятий. Однако оперекающми темпами растет прочность -грунта» Если пористость уменьшается при обработке гидким стеклом с 5С$ до 30-38£, то прочность грунта растет с 0,1 МПа

до 1,1-1,3 ИПа,' т.е. в 11-12 роз.

Применение метода предварительного закрепления всего массива до взрыва л последующее динамическое уплотнение дает общее повышение прочности структурированного грунта в Г,4-1~6 раза, ускорение процесса формирования новообразований, которое,' в частности, выражается в более раннем установления новой конечной прочности на сжатие. При этом окончательная картина зонального распределения остаточных деформаций массива аналогична наблюдаемой в незакрепленном реагентами грунте, т.е. существует область пониженной плотности меяду зоной максимального уплотнения и зоной частичного уплотнения. Следовательно, силикатизация не отражается на соотношении порист остей в прослойсах, механизм образ огз&'гя де-

формированной взрыаом зоны сохраняется.

Для случая,' кода требуется сохранять естественную порисгость и увеличить прочность лессового грунта, стабилизировать его структуру^ разработан способ аммонкзации для придания грунту- не-просадочных свойств. Через систему иньекторов в грунт под давлением 0,025 МПа подается газообразный ам..лак, который поглощается . воднши пленками лессового грунта и -взаимодействует с ним. В этом случае стабилизируется только скелет лессового грунта, упрочняется его естественная структура, в то время как пористость стабилизированного грунта практически не меняется, сохраняется высокая водопроядаемость. Этот способ целесообразно исполь-.зовать после обработки массива грунта взрывом, если необходимо зафиксировать образованную взрывом зональную стркутуру массива.

Исследования деформационных свойств стабилизированных грунтов путем сжатия без возможности бокового расширения показали, что величина модуля деформация образцов находится в диапазоне от 3,3 до 4,4 МПа,' а для закрепленных грунтов доходит до 24 ЫПа. В интервале давлений 0,1-0,3 МПа значение коэффициента снимаем ости колеблется для образцов естественной структуры от 0,055 до 0,042 см2/кго,.а для закрепленных грунтов - 0,031 до 0,024 см2/кгс. Анализ результатов испытаний образцов, обработанных различными реагентами,' показал, что наибольшей прочностью по величине модуля деформация В оадичаатся образцы П состава /Грунт + ЕС + ИО/. Образцы Ш состава /Г + ЖС + ЦО + АКС/ занимают промежуточное положение. Следовательно^ формирование упругих свойств П состава проходит интенсивнее по сравнению с другиди составами за счет повышения щелочности системы. ВЫ составе аминокомдлеко АКЙ снинает щелочность системы^ замедляется синтез

Са. - силикатов. Наиболее медленно процесс взаимодействия закрепляющих реагентов с грунтом протекает у I состава / Г+ ХС /. С целью повышения значения модуля деформации закрепленного грунта необходимо применять добавки щелочного отхода /ШО/, Сравнивая результаты испытаний образцов на сжимаемость," приходил к аналогичному выводу - наименьшей сжимаемостью обладает образцы П состава. Образцы Ш состава отличаются повышенными вязкопластичными свойствами, что делает их наиболее пригоднши в условиях повторяющихся динамических нагрузок.

Динамические свойства просадочних структурированных грунтов

Комплексные палевые испытания /штамповые, сейсмические с различной интенсивностью воздействия, геофизические/ показывают, ■что при динамических методах обработки пр осадочных грунтов дости-1 гается степень уплотнения, гарантирующая допустимые послепроса-дочяые деформации при повторных воздействиях. Разновидность взрывного метода уплотнения определяет характер распределения остаточных деформаций в массиве ограниченной плопади и глубины. В зависимости от конструкции.системы зарядов, последовательности взрывания и приемов подготовки массива до взрыва параметры и строение деформированной взрывом области массива регулируются в широком диапазоне. При уплотнении массива энергией взрыва накладного заряда и тяйелими трамбовками образуется верхний слой, имеющий отличные от упругого полупространства динамические свойства, В связи с этим рассмотрен ряд задач по установлению интенсивности сейсмических воздействий на основание сооружения в зависимости от мощности верхнего деформированного слоя массива я его строения.

Аналитические исследована состоят в определении смещения па поверхности верхнего слоя ппи воздействии объемной упругой волны, движущейся по массиву недефоршпованного грунта. Рассмотрены три варианта задачи:

1. Верхний слой деформированного грунта представляет собой однородную уплотненную область массива с фиксированной мощностью",' причем плотность грунта в ней существенно превышает естественную,

2. Подготовленное основание сооружения представляет собой сочетание двух слоев с повшенной плотностью грунта, разделенных массивом грунта меньшей плотяостп или разрыхленным грунтом.

3. Уплотненный блок массива грунта состоит из набора слоев различной плотности, причел плотность в каядом слое постоянна," и уменьшается дискретно с глубиной от слоя к слою.

При произвольном падении сейсмической волны на шшгою границу слоя или прослойка задача состоит в том, чтобы определить значение волны напряжений, прошедшей через слоистую породою систему к фундаменту. В качестве определяющей величины взята волна напряжений в связи с теп, что для этих волн хорошо разработан экспершенталышк материал п в литературе известны многочисленные сведения, которые позволяют определить параметры затухания

таких волн в .различных средах. От напряжений потом нетрудно перейти к скоростям смещений. Гопустив, що на некотором расстоянии 41 от слоистой системы при взрыве заряда ВВ заданной массы (2 генерируется волна напряжений, радиальная составляющая ее опишется эмпирической зависимостью:.

где ^ и ул - эмпирические коэффициенты, характеризующие закон затухания волны в данной среде. Это возмущение вызывает распространение сейсмической волны со скоростью - /СРс' , зде - плотность грунта, кг/м3, С. - скорость продельной волны в груше, м/с.

Решение задачи рассмотрено в акустическом приближении, что оправдано для дальней зоны действия взрыва /200 ± 400 /. Рассмотрены несколько типичных схем прохояденяя импульсных воздействий /рис. 4/.

Схема I. Свойства сред I и 2 характеризуются плотностью скоростью продольной волны ¿V , показателем затухания взрывных волн / I = 1,2/. При падении волны ища /4/ в т. А

она отражается от границы раздела и преломляется в сдой 2. Преломленная волнп

гае - акустические жесткости сред, г?„р - коэффициент преломления. После замены действия волны вида /5/ в слое 2 действием волны генерируемой некоторым биктивным зарядом

Ог ' " ,

подучим после преобразований:

/ && Ту /а

. /7/

Схема 2. Рассмотрено прохождение волны через 3 слоя грунта. Основываясь аа резулматах по схеме i, в т. в определяем волну . нарушений формулой /б/. Аналогично находим значение фиктивного

Vr

Схемы прохокдения импульсных воздействий

с\ до) Zs

Г h® h

fi Ф

. 2. А

Ж

D

©

ш

ШИН

M А

а

А

то

GJ

Flic. 4

заряда:

Найдя подобное решение для точек С и далее после

преобразований и подстановок получено выражение для волны напряжений

Конкретные расчеты параметров волн напряжений по трем расчетным схемам взрывания в сравнимых грунтовых условиях при нормальном падения импульсного воздействия / у? = О/; являющимся одним из неблагоприятных случаев, с использованием приведенных зависимостей получены значения 67 в условиях переменной влажности грунта /табл. I/ и постоянной по высоте влажности /табл. 2/.

От напряжений с использованием известных зависимостей нетрудно перейти в скоростям сейсмических колебаний; которые приняты ь странах СЦЦ ,в качестве критерия, сейсмической опасности. Данные пересчета для каждой схемы приведены в табл. 1,2. Импульсное воздействие рассматривается оз взрыва заряда О = 1000 кг. Для сравнения полученных величия в табл. I и 2 даны соотношения скоростей сейсмических колебаний у основания кундаменте сооружения в случае отсутствия слоистой системы и рассчитанных по

формулам для схем 1-3.

Схема 3. Выполнив выкладки, изложенные выше для схемы 2, получена зависимость для напряжений в сдое 6 /т. /-"/:

Таблица I

Расчетные данные при 14$

}$ схемы расчета Напряжения у основания фундамента пл^с-^с) Скорость сей-смическ ого воздействия," Отношение /Я?

I 0,262-ю5 2,96 1,81

2 ' 0,281-Ю5 2,40 2,24

3 0,233-Ю5 - 2,254 2,38 •

Таблица 2

Расчетные данные при Лу = 15$

№ схемы 67-, Па ¿£рм/с ^г/тЛ'

расчета ( I = 2,4,в/ / ¿' = 2,4,6/ / ¿'= 2,4,6/

2 ! 0,2ЙЗ*Ю®

3 0,241*10^

2;5 2,15

1,9 2,'83

2,06 2,61/

Анализ дашшх расчета позволяет сделать вывод о том,' что обработка лессового просац очного основания одяш из доступных мет о-, дов существенно снижает сейсмическое воздействие на сооружение. Наилучший эффект достигается при реализации уплотнения по схеме 2 /недоуплотнеяный средний слой/ и схеме 3 /равномерное снижение плотности с глубиной/. На практике выбор схемы уплотнения зависит от конкретных условий. Схема I выполняется.взрывал системы сква-жинных зарядов, схема 2 - взрывал системы подводных или' траншейных зарядов с предварительным замачиванием, схема 3 мояет-быть выполнена путам предварительного закрепления всей.толщи массива физпко-хлг.шческш методам л последующего у тот цент взрывом. Во второй схеме стремятся к сохранении среднего недоуплотненного слоя," препятствующего пвялению импульсного возмущения; в третьей

схеме эюг слой отсутствует, если прочность и вязкость закрепленного грунта в момент динамического уплотнения достаточно высока, чтобы не вызвать заметного развития последней стадии взрыва, когда давление в зарядкой полости резко падает и в результате упругих сил последействия прилегающая к зарядной полости часть уплотненного массива двинется "на полость". Этот процесс реализуется во второй схеме, где грунт лиоо не закреплен химическими реагентами, либо взрыв производится на начальной стадии физик о—химических превращений, когда еще прочность и вязкость грунте, в обрабатываемой области невелики /процесс структурирования только начинает развиваться/.

Основными динамическими характеристиками грунтов, необходимыми для расчета оснований зданий и сооружений на сейсмические воздействия^ являются упругие и поглощающие параметры. В связи с этш поставлена задача определения скоростей распространения продольных и. поперечных волн, модулей упругости и сдвига, коэффициента Пуассона и коэффициента затухания упругих волн в лессовых грунтах, имеющих различное состояние.

Исследовались 4 площадки, предназначенные впоследствии для застройки. Выбраны грунты различного состояния: I - естественного залегания; 2 - предварительно замоченные до соответствующей оптимальной влажности и уплотненные тяжелыми трамбовками; 3 -уплотненные траншейными взрывами; 4 - уплотненные системой глубинных зарядов. Возбуждение упругих волн производилось сбрасыванием бетонного груза со стрелы автокрана, а регистрация параметров упругих волн в грунтах осуществлялвсь с помощью сейсмоприем-ников СПЭД-56. При обработке полученных сейсмограмм определялись относительные времена прихода в каждую точку профиля наблюдения характерных фаз продольной Р и поперечной Б волн и строились их-годографы. Исследования показали, что скорости распространения продольных и поперечных волн для профилей на участках 1^4 имели значения: чо глубинным взрывам - соответственно 317 м/с и 210 и/с,' 386 м/с и 250 м/с - для профиля в грунтах, уплотненных траншейными зарядами; 375 м/с и 235 м/с - в грунтах уплотненных тяжелыми трамбовками; 334 м/с и 220 м/с - в естественном грунте. Эти значения скоростей упругих волн получены для верхнего слоя грунта глубиной 8-10 м. Но этш значениям скоростей упругих волн вычислены упругие характеристики грунтов «одуль Юнга Е , модуль - сдвига О- , коэффициент Пуассона ^Н. из известных соотношений динамической теории упруго-

сти:

Значения скоростей распространения -упругих волн и

Значения скоростей распространения упругих волн и вычисленные по шил упругие динамические характеристики и коэффициенты затухания приведены в табл. 3. По сейсмограммам опреде-

лялось также изменение амплитуды колебаний с увеличением расстояния от источника возбуждения. Обработка опытных данных велась по методу наименьших квадратов с учетом того, что амплитуда поверхностных волн изменяется о расстоянием согласно выражению

7

Т. Г

/12/

где /} и Ло - амплитуды на расстоянии зоответственно И. и То от.источника возбуждения, об - амплитудный коэффициент затухания упругих ваян. Наибольший коэффициент затухания получился на профилях I и 2, тогда как зарегистрированные скорости распространения упругих вма ^ и ^ на профилях, проложенных по участку, уплотненному трамбованием, и участку естествен-, них грунтов, оказались меньше по сравнению с профилем 4. Это обьясняется тем, что структура уплотненной зоны под глубинными зарядами однородна не наблюдается перемежаемость слоев с повышенной и пониженной плотностью;' кроме того, грунты 4-го участка

Таблица 3-

Динамические характеристики лессовых грунтов

Л профиля м/с м/с' Ех лЮ^Па ЛО%а ^ £

I 334 ' 220 1064 434 0,11 0,033

2 375 235 1292 552 0,16 0,02

3 31? 210 970 441 0,10 0,018

4 386 250 1375 625 0,13 0,012

более влажные по сравнению с грунтами других профилей, следовательно, затухание упругих волн в них значительно ниже. Наоборот,' на 3 участке с грунтами, уплотненшгмд системой траншейных зарядов, 1$е наблюдается переыеааемость слоев вследствие образования зоны пониженной плотности, коэффициент затухания повышается.и равноценен значению сС для трамбованного слоя, отличающегося малой мощностью. Общая зависимость коэффициента затухания от частоты описывается г»раяением:

-ь лзу

оС = ¿,32-Ю у . /13/ ,

Определение приращения сейсмического балла А3 за счет деформирования просадочного массива производилось по формуле

/14/

где Л[ а А0 - средние значений максимальных амплитуд на изучаемом и опорном участке.

Анализ результатов математической обработки, экспериментальных данных показывает, что единения балльнбети А ^^ заметно выраясны при взрывном методе: здесь уменьшается сила Ьейсмкчес-кого воздействия в зависимости от его интенсивности на 0,2-0,8 балла. В го ве время трамбовка поверхности массива даёт снижение балльности на 0,03-0,23 балла. Такое различие связано с влиянием мощности уплотненного слоя и его конструкции. Согласно результатам динамических испытаний минимальное значение единения балльности по сравнению с естественным грунтом принадлежит тянелым трамбовкам"; максимальное - взрывному уплотнению при условии пе- . ремеяаемости уплотненных и разуплотненного прослоек в грунтовом блоке /соответственно 0,08 л 0,47 на грунте и 0,23-0,8 на штампе. Обширные исследования дефоркативнос'ти обработанных участков грунтового массива с применением птанповых испытаний позволили установить модули общей деформации на глубине заложения подошвы фундамента, на 1м: и 2 м нике подошвы фундамента. Если грунты естественной влажности обладают незначительной осадкой, то величина их относительной просадочности достигает 20$. Просадки от зданий составляют 20-25 см, а от природных нагрузок на 10-12 метровой глубине достигают 40 см. В то ше время палевые-и компрессионные испытания уплотненных грунтов показали," что общая величина деформации сооружений на обработанных блоках меньше пре-

дельно допустимых величин. Это свидетельствует о надежности применяемых методов уплотнения грунтовых оснований.'

Кроме того, установлено, что такое грунтовое основание избирательно реагируег на спектр колебаний. При изучении амплитудно-частотного спектра колебаний в различных вариантах уплотнения и особенно во вторам взрывном варианте установлено существенное уменьшение амплитуды спектра колебаний, что способствует снижению сейсмического воздействия на сооружение, построенное на такал основании /рис. 5/.

Амплитудно-частотные спектры сейсмических колебаний

Р

0,5

02

I - грунт естественной структуры, 2 - уплотненный трамбованием, 3 - уплотненный траипейныш зарядами.

Ряс. 5

Опнтно-проммдлеяные-испытания методов регулирования динамических характеристик лессовых грунтов

В производственных условиях испытания проводились по известным ранее и по разработанным автором методикам.

Результаты промышленных испытаний методов уплотнения грунтов в основаниях проектируемых сооружений контролировались нивелировкой поверхности уплотняемых блоков до и после уплотнения, отборов и лабораторным анализом проб грунтов из шурфов, геофизическими

-зо -

методами непосредственно в массиве.

Рассмотренные в работе методы ликвидации просадочных свойств обеспечивают допустимые послепросадочные деформации грунтовых оснований и частичное снижение балльности сторонних сейсмических воздействий - техногенных и природных, в том числе при различной их кратности.

Таким образ о:«, при эксплуатации грунтовых оснований, уплотненных одним из рекомендуемых методов в условиях повышенной сейсмической активности, следует ожидать нарушений прочности уплотненного грунта, его разрыхления под действием многократных сейсмических импульсов. Аналогичные вышеописанным исследования проведены ъ грунтах, предварительно обработанных закрепляющий составами путем иньсктирования. ¡Данные экспериментов демонстрируют различие в поведении незакрепленного и закрепленного реагентами массива. В частности, при многократных воздействиях сохраняется ближняя зона разуплотнения на контакте с трамбовкой, однако в отдаленных слоях процесс формирования зоны деформаций оригинален: с нарасташеь* числа ударов уровень плотности грунта периодически снилается и нарастает. При этом наблюдается общая тенденция к росту значений плотности грунта в отдаленной зоне. Из этого наблюдения ыоано.сделать практический вывод - предварительное физико-химическое структурирование грунтов в основаниях сооружений существенно повышает устойчивость к сейсмическим воздействиям, и, более того," обращает работу сейсмических сигналов на пользу со оруне ниа. Следует лишь отметить, что это прешупест-во ыокет быть использовано лишь до возведения на данном основании инженерного сооруяения. Пользуясь итамповыми испытаниями как метода.; контроля состояния дефорыативносги блока грунта, мэкпо проследить за ходил стабилизации лессового массива и путем последовательных технологических взрывов полностью стабилизировать осадки в пределах закрепленного слоя.

Комплексные промышленные исследования деформативности лессовых просадочных грунтов, способов их уплотнения, повдасния устойчивости оснований проводились на объектах прсмышленного', сельскохозяйственного и гражданского строительства Туркменистана в условиях повышенной сейсмической активности в основном по трассе Каракумского канала и в золе его освоения. Эти исследования подтвердили а дополнили основные выводы по экспериментальным и теоретическим работам в рамках диссертация, позволили разработать

оптимальные режимы уплотнения и физико-хлмического укрепления лессовых пород, разработать рациональные параметры взрывных работ. Предложена теоретически обоснована и практически апробирована новая комбинированная технология стабилизации лессовых проселочных пород в предел;« ограниченного объема массива.

Проведенный технико-экономический анализ результатов промышленного применения рекамендуемых усоверпенствованных и новых технологий формирования динамических свойств лессовых грунтовых массивов ограниченных размеров путем уплотнения и физико-хнмичес-кого закрепления свидетельствует об их высокой эффективности. В процессе внедрения результатов исследований и рекомендаций работы получен значительный экономический э$$«кт, составивший в ценах 19Э0 г. более 1,0 млн.рублей.

Практические рекомендации диссертационной работы использованы при составлении инструкций и других нормативных документов по ведению работ с применением трамбования, закрепления и взрыва в пустынной аридной зоне Туркменистана, утвержденных Госстроем республик;-:.

• ЗАЖ/ЧЫШЕ

В диссертационной работе изложены результаты исследований, посвяценных решенио крупной научно-технической проблемы, которая состоит в разработке принципов и метопов динамической и физико-химической стабилизации просадочных лессовых массивов ограниченного обьема, с целью формирования их динамической устойчивости как оснований инженерных сооружений в условиях повышенной сейсмической актив«осгн, что имеет больное народнохозяйственное значение при освоении территорий зоны Каракумского канала^' проектировании и эксплуатации современных инженерных сооружений различного назначения. Основные научные и практические результаты работы заключаются в следующем:

I. В результате комплексных исследований механизма и закономерностей локального уплотнения массива просадочных грунтов трамбованием, взрывам сквакннных, подводных и траншейных зарядов ВВ установлены рациональные параметры и режимы приложения.нагрузки при различных методах уплотнения,' зависимости механического эффекта от геометрии ü ориентации зарядов относительно свободной

поверхности, согласованности между интенсивностью нагружения, фактической влажностью массива и eco оптимальной влажностью.

2. Определены предели применимости способов уплотнения как

с точки зрения проработки массива грунта на заданную глубину-," так и с учетом качества уплотнения, т.е. интенсивности и равномерности обработки массива, а также геометрии обработанного объема. Анализ физико-механических свойств грунтов и характера распределения плотности в локально уплотненном блоке массива позволил получить объемную картину деформаций, служащую основой для установления рациональных схем и методов уплотнения проездочных грунтов в условиях аридной зоны.

3. Разработан метод фиксации и корректировки структуры и параметров уплотненной взрывом зоны путем иньектирования системы . закрепляющих веществ," вызывающих и стимулирующих формирование комплекса новообразований, обладавших вяжущими свойствами; установлены кинетика формирования новообразований и на ее оснозе разработаны последовательность операций по физико-химической и динамической стабилизации дросадочного грунта, качественно изменяющей его структуру, физико-механические и прочностные характеристики.

4. Изучены закономерности.изменения деформационных характеристик структурированных просадочных грунтов при использовании различных рецептур закрепляющих смесей'. Установлено", что наименьшей сжимаемостью и' максимальной жесткостью обладают грунты при обработке жидким стеклом и щелочным отходом, повышенной вязкопластичностью отличаются грунты при их обработке аналогичным состава.» с добавлением аминоксмплексных соединений, что делает их наиболее пригодными для комбинированной технологии подготовки грунтовых оснований в условиях повторяющихся сейсмических нагрузок.

5. Проведены аналитические и экспериментально-промышленные исследования интенсивности сейсмических воздействий на основании сооружений в зависимости от мощности верхнего деформированного слоя и его строения; установлено, чи увеличение жесткости верхнего слоя приводит к уменьшение балльности колебаний основания ра з 0,3-0.8 балла, причем наибольшее снижение обеспечивают взрывные методы уплотнения системой траншейных зарядов. Обработка грунтов вяжущими способствует сохранению в лока-

льно уплотненном массиве достигнутых противосейсмических характеристик.

6. Изучены амплитудно-частотные спектры колебаний уплотненных грунтовых оснований различного состояния я выявлено существенное уменьшение амплитуды спектра колебаний при взрывном варианте траншейных и скважинных зарялов, отмечается избирательная реакция грунтовых оснований на спектр колебаний, позволяющая регулировать сейсмический эффект в основаниях ответственных сооружений в конкретных условиях.

7. Предложены инженерные методы расчета основных технологических элементов с-бработки лессового просадочного массива, основанные на учете природы и последовательности формирования новой

■ структуры грунта под действием <|изико-химнчес1сих и динамических факторов, разработаны эффективные.,приемы и технологии стабилизации локальных объемов лессовых просадочных грунтов закреплением и' динамическим уплотнением с целью обеспечения их длительной сейсмической устойчивости в приложения к условиям Прикопетдагского региона; рекомендаций работы использованы при составлении нормативных материалов по сейсмобезопасным методам стабилизации проса-дочных грунтов, приняты к внедрении и внедрена на объектах про-_ мышлекного, сельскохозяйственного и гракданского строительства Туркменистана с общим экономическим эффектом более 1,0 млн.руб. в'^енах 1990 I*.

Основ1ше положения диссертации опубликованы в работах:

1. Ильясов Б.,' Куликов Г.В., Закиров А. Ликвидация просадочных свойств лессовых грунтов в деформируемой зоне под сельскохозяйственные здания плодосовхоза £'зI Гяурской долины // В кн.: Сейсмостойкое строительство и строительные материалы,- Ашхабад: Ылым,- 1978.- С. 9-17,

2. Закиров А. Просадочные и прочностные свойства лессовых грунтов Гяурской долины // Зкн.. Традиционные и новые вопросы сейсмо-

. логии и сейсмостойкого строительства. Тезисы докладов.- Душанбе.- 1978.- С. 166-170. 3« Инструкция по определения несущей и деформационной способности подушен из различного материала на объектах строительства в Туркменской ССР. РСИ-02-79 /А.£зш?енов, Г.В.Кулщов, Б.Илья-

соз, А.Закиров - Ашхабад: Госстрой Турки.ССР.- 1979,- 16 с.

4. Рекомендации по форсированному уплотненно лессовых грунтов

с применением энергии взрыва /Г.мЛяхов, А.Ч.Чарыев, Г.Э.Гри-бач, А.Закиров и др.- Ашхабад: ТуркменШШТИ,- 1ЭТ9.- 18 с.

5. Закиров А. Уплотнение просадочных лессовых грунтов с использованием энергии взрыва // В кн.: Новые 'эффективные материалы и конструкции в строительстве,- Ашхабад: КСС ТССР.- 1930.-С. 65-67.

6. А.Кззиев, А.Закиров. Результаты экспериментальных исследова-• ний динамических свойств грунтов и определение обобщенного

коэффициента жесткости основания опасных штампов // Сейсмостойкое стр-во. Сер. 14-1330.- Бкп. 6 - С. 33-35.

7. Инструкция по использованию энергии взрыва" зарядоз ЗВ, рассредоточенных пористых заполнителей в гидромелиоративном .. строительстве. РСН-П-80 /В.Ы.Кузнецов, В.Г.Кравец, Л.П.Де-мещук, А.Закиров и др.- Апхабад: Госстрой ТССР.- 1980.- 30 с.

8. Инструкция по уплотнению лессовых /просадочных/ грунтов подводными взрывами в Туркменской ССР. РСН-1С-80/ Б.Ильясов, А.Казпев, А.Закиров, В.Г.Кравец, Л.Л.Демецук,- Ашхабад: Госстрой ТССР.- 1230,- 16 с.

9. Казиев А., Закиров А., Исследование упругих и поглощающих свойств грунтов Гяурской дсйшш // В кн.: Сейсмостойкое строительство и строительные материалы. Сер. 14.- Ашхабад: Ылым.-1981. Вып. 7.- С. 79-81.

10. Разработка антисейсмических мероприятий при взрывном уплотнении площадки строительства центрального водовода западных районов Турмлеяской ССР /В.Г.Кравец, Б.Ильясов, Й.М.Денисюк, А.Закиров.- Ашхабад: ТурюленШНТК.- 1982.- 4 с.

11. Денискж К.И., Закиров А. Снижение сейсмического эффекта при взрывном уплотнении структурно-неустойчивых грунтов //Проектирование и строит, трубопроводов и газонефтепромкел.сооружений.- 1932.- 3 4.- С. 44-46.

12. Денпсюк И.И., Закиров А. К вопросу о расчете фундаментов на сейсмические воздействия // Тал м,- 1982.- К- 9.- С. 33-34.

13. Опыт взрывного уплотнения грунтов под основаниями сооружений в зонах высокой сейсмичности /В.Г.Кравец, Б.Ильясов, А.Закиров, К.И.Денпсюк.- Дкхг.бад: ТуркменН/ЖГИ.- 1983,- 20с.

14« Рекомендации по пр;ъ'.енсшш сейсмобезопасшх методов уплотнения просадочных лессовых-грунтов энергией взрыва ГСН-20-83

/В.Г.Кравец, Б.Ильясов, И.М.Денисюк, А.Закиров я др.- Ашхабад: Госстрой ТССР.- 19СЗ.- 10 с.

15. Инженерные методы подготовки грунтовых оснований в сейсмоактивных районах /Б.Ичьясов, А.Закяров, В.Г.Кравец л др.-Ашхабад: ТуркыенНЖШИ,- 1923.- 48 с.

16. Демещук Л.И., Закпров А., Пупкарев В.Я. Опытно-промышленное приг.'.ененпе взровных технологий в строительстве // В сб.: Взрывные работы в грунтах и горних породах.- Киев: Наук, думка.- 1984.- С. 128-141.

17. Закиров А., Кайосов 3.11., Акыев Б.А. Исследование грунтовых оснований с помоодз опытных штампов // Пну. ляуч.чо-тохи,од. Метростроя.- Москва.- 1984,- <£5,- С. 23-24.

18. Ильясов Б., Заккроз Л., Хасанова СЛ. Определение деформа-тпвных свойств просааочных лессовых грунтов плолосовхоза И I Гяурского хшИона.— Ашхабад: ТуркменНИШГИ,- 1904.- 4 с.

19. Уплотнение грунтового массива с применением траншейных за- ' рядов ВЗ под очистные сооружения курорта "Арчман" / Л.и.Де-мецук, Б.Ильясов, А.Закиров и др.- Аихабпд: ТуркмснППЛШ!.-1985.- 4 с.

20. Денисок И.И., Закиров А. Определение сейсмических характеристик лессовых грунтов различного состояния // В сб.: Взрыв

в грунтах и горных породах.- Киев: Наук.думка,- 1935.- С.Ю4-106.

21. Особенности деформирования просадочных грунтов при многократных динамических воздействиях / Б.Ильясов, А.А.Вовк, Л.А.Медведев, А.Закпров и др.- Аихабад: ТурклюяШШПТП,- 1985.- 70с,

22. Ильясов Б., Атаниязов М., Закиров А. Проектирование грунтовых оснований под обьекгн сельскохозяйственного назначения на лессовых просадочных грунтах в аридной зоне // 3 кн.: Подготовка оснований и устройство фундаментов на просадочных грунтах в сейсмических районах.. Тезисы докладов.- Чимкент,-1985.- С. 8В-90.

23. Демещук Л.И., Закиров А, Параметры взрывных работ при уплотнении просадочных грунтов // Взривн.цело.- 1985.- .'к 88/45.-С. 36-39.

2!. Закиров А. Технология производства взрывных работ на объектах откормочного совхоза Гяурского района // В кн.: Новые • аффективные матошшп и конструкции.- Ашхабад: ИСС ТССР.-1086.- С. 61-Ш.

25. Закиров А., Бапбыева Т.А. Влияние длительной фильтрации воды на поел епросад очные дефоривд;^ // Изв. АН Туркм.ССР. Сер. Ш и ГН.- IS26.- Il I.- С. 106-107.

28. Повышение эффективности, строительства за счет использования . энергии прост ейсях ВВ /А.А.Вовк, Л.И.Демещук'; В.Г.Кравец, А .Закиров.- Ашхабад: ТуршепНШТГИ.- 1987.- 50 с.

27. Кравец В.Г., Барлас Н.Я., Закиров А. Прогнозирование амплитудно-частотного спектра КЗВ на основе изучения единичного импульса U В сб-. : Взрыв в грунтах и скальных породах.- Киев: Наук.думка,- 1987.- С. 155-157.

28. Кнатько В.;.'.., Банбыева Т.А., Закиров А. Влияние командно-дисперсных минералов на процесс силикатизации лессовых пород.-Ашхабад: ТуркменВШШ.- 1988.- 4 с,

29. Кнатько В.Ы.,' Балбыава Т.А., Закиров А. Изменение физических свойств лессового грунта Копетдагской равнины при рассолении,- Ашхабад : ТуркменНШШИ,- 1988,- 4 с.

30. Кнатько В.М., Балбвева Т.А., Закиров А. физико-химический состав затепленных ПАВ Красноводского нефтеперерабатывающего завода.- Ашхабад: ТуркменВДИНТК.- 1988.- 4 с.

31. Закиров А., Маиедов Р.Б. Эмульсионные материалы на основе местного сырья для антифильтрационного закрепления песчаных грунтов.- Ашхабад: ТуркыенШЕНТИ.- 1988,- 4 с.

32. Аманов Э.', Закиров А. Уплотнение просадочных лессовых грунтов методом траншейного заряда ВВ под основание строительства молочного завода в г.Кизыя-Арване.- Ашхабад:- ТуркменНШНТИ.-1989.- 4с.

33. Мамедов Р.Б., Закиров А. Установка для виброкомпрессионных испытаний грунтов.- Ашхабад: ТуркменЩОДТИ,- 1989,- 4 с.

34. Инструкция по форсированному уплотнению просадочных грунтов в основании линейных сооружений комбинированными методами с

, использозашем энергии взгшва сквакинных зарядов. FCK-45-89 /А •А.Вовк, В.Г.Кравец, Б.Ильясов, А.Закиров и др.— Ашхабад: Госстрой ТССР.- 1989.- 28 с.

35. Закиров А. Влияние уплотнения грунтов основания на характер амплитудно-частотных характеристик сооруяений при сейсмическом воздействии // В кн.: Сейсмостойкое строительство и строительные материалы.- Ашхабад: ИСС ТССР,- 1990.- С. 43-44.

3R. Закиров А., Бапбыева Т.А. Прочность и агрегатно-механический состав закреплениях лессовых грунтов Туркменской ССР.- Ашха-