Способ диагностики несущей способности грунтов технической системы

Изобретение относится к строительству, а в частности к области строительства новых и эксплуатации старых грунтовых технических систем «дорожное полотно - основание» при воздействии неблагоприятных факторов: техногенных статических, природно-климатических, вибродинамических, собственных колебаний ТС и т.д. Способ диагностики несущей способности грунтов технической системы (ТС) включает установку основной пары датчиков для измерения порового давления и температуры парожидкостной фазы грунтов в приподошвенной зоне основания ТС, измерении перового давления , и температуры , до и после приложения динамической нагрузки и определении разностей измеряемых параметров , по которым судят о несущей способности грунтов. В направлении вероятного проявления деформаций ТС устанавливают дополнительную пару датчиков для измерения порового давления и температуры, в которой измеряют поровое давление , и температуру , парожидкостной фазы грунтов до и после приложения динамической нагрузки. Определяют разности параметров второй точки измерения до и после приложения динамической нагрузки , и о несущей способности грунтов судят дополнительно по отношению разностей δР²/δР¹, δТ²/δТ¹: при δP¹≈δР²≈0, δТ¹≈δТ²≈0 и δР²/δP¹=0, δТ²/δТ¹=0 делают вывод о стабильном состоянии грунтов ТС, при δР¹>0, δР²=0, δТ²>О, δT¹=0 и δР²/δР¹=0, δТ²/δР¹=0 - о начальной потере несущей способности грунтов ТС, при δР²<δР¹>0, δР²/δР¹<1 и δТ²<δТ¹>0, δТ²/δТ¹<1 - о слабой несущей способности грунтов, при δР²≈δР¹>>0, δТ²≈δТ¹>>0 и δР²/δР¹≈1, δТ²/δТ¹≈1 - o потере несущей способности грунтов ТС. Технический результат состоит в повышении достоверности определения состояния несущей способности грунтов ТС. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к строительству, в частности к области строительства новых и эксплуатации старых грунтовых технических систем «дорожное полотно - основание» при воздействии неблагоприятных факторов: техногенных статических, природно-климатических, вибродинамических, собственных колебаний ГТС и т.д.

Несущая способность грунтов ТС зависит от сопротивления грунта действующим усилиям (сдвигу) и в процессе эксплуатации существенно изменяется в зависимости от состава грунта, его структуры и воздействия различных факторов, под влиянием которых происходит деформирование грунтов. Под нагрузками слабые грунты выдавливаются из-под сооружения в горизонтальном направлении в приподошвенные зоны. Под воздействием постоянных статических нагрузок, например, от насыпей, система находится в относительно стабильном термодинамическом равновесии. При воздействии вибродинамических нагрузок ТС выходит из равновесия. Пластические деформации обусловлены увеличением порового давления и последующего разжижения грунтов, что снижает их несущую способность и, как следствие, создает угрозу безопасности движения поездов. По величине сопротивления сдвиговым усилиям судят о несущей способности грунта. Если сопротивление сдвигу τ<0.08 МПа, то говорят об устойчивости грунтов; при τ>0.08 МПа - о потере несущей способности грунтов ГТС [1]. Для своевременного обеспечения несущей способности системы и безопасности движения выявляют неустойчивое состояние грунта.

Известные способы определения состояния грунтов основаны на измерении физико-механических характеристик, например плотности, пористости, относительной осадки, модуля сдвига, модуля деформации, влажности грунта, пластичности, угла внутреннего трения, сцепления, порового давления и т.д.

Однако определение несущей способности грунтов известными способами обладает низкой достоверностью из-за определения только двух состояний грунтов (стабильное, нестабильное) без дифференцирования его по степени деформативности, которая исключает правильный выбор противодеформационных мероприятий.

Известен способ диагностики несущей способности грунтов ТС [2] от статической нагрузки, в котором состояние слабых грунтов определяют по избыточному поровому давлению. Способ заключается в установке нескольких измерительных приборов для измерения порового давления в поперечном сечении основания ТС и периодическом измерении порового давления грунтов в точках установки приборов.

По величине изменения порового давления с течением времени хотя бы в одной измеряемой точке судят о стабильности состояния грунта. Повышение порового давления с течением времени в любой из точек свидетельствует о снижении прочности грунта. Фиксация величины и скорости изменения порового давления позволяет оценить наиболее опасный момент возникновения явления разжижения и продолжительность его существования.

Известный способ позволяет судить с некоторой степенью точности о состоянии грунтов ТС в полевых условиях по изменению порового давления.

Недостаток известного способа заключается в низкой достоверности определения состояния грунтов из-за определения только двух состояний грунтов (стабильное, нестабильное) без типизации их по степени деформативности, вследствие чего исключается целенаправленный выбор противодеформационных мероприятий.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ диагностики несущей способности грунтов [3] от статических и динамических нагрузок, повышающий достоверность определения состояния грунтов. Способ заключается в установке датчика для измерения порового давления Р и датчика для измерения температуры Т парожидкостной фазы грунтов в приподошвенной зоне основания ТС и одновременном измерении обоих параметров до и после приложения динамической нагрузки , и , . Даже от кратковременной нагрузки происходят горизонтальные подвижки слабых грунтов в приподошвенных зонах, которые приводят к изменению значений порового давления и температуры в измеряемой точке δР¹ и δТ¹. Слабые грунты под нагрузками выдавливаются из-под сооружения в приподошвенные зоны в горизонтальном направлении. Пластическое выдавливание грунтов основания происходит из менее прогретой в более теплую зону, что приводит к изменению температуры парожидкостной фазы грунта. Увеличение порового давления и уменьшение температуры свидетельствует о разжижении грунтов, которое приводит к потере ими несущей способности в результате пластических подвижек. По разности параметров судят о состоянии различных грунтов. При изменении порового давления δР¹>0,1 кПа и температуры δT¹>0,015°С делают вывод о нестабильности грунтов.

Известный способ позволяет повысить достоверность определения состояния грунтов ТС благодаря возможности определения предельной величины деформаций в данной точке. Однако достоверность определения состояния грунтов остается недостаточной. Это обусловлено тем, что по измерениям параметров судят только о предельных состояниях грунтов (стабильном или нестабильном) без дифференцирования их по степени деформативности. Неопределенность состояния несущей способности нестабильных грунтов приводит к неправильному выбору противодеформационных мероприятий.

Задача, решаемая изобретением, заключается в разработке способа диагностики несущей способности грунтов ТС, обладающего высокой степенью достоверности определения состояния несущей способности грунтов ТС за счет дифференцирования состояния нестабильных грунтов по разности порового давления и температуры в разных точках приподошвенной зоны ТС, проводимых до и после прохода динамической нагрузки.

Для решения поставленной задачи в способе диагностики несущей способности грунтов ТС, заключающемся в установке основной пары датчиков для измерения порового давления и температуры парожидкостной фазы грунтов в приподошвенной зоне основания ТС, измерении порового давления , и температуры , до и после приложения динамической нагрузки и определении разностей измеряемых параметров по которым судят о несущей способности грунтов, в направлении вероятного проявления деформаций ТС дополнительно устанавливают дополнительную пару датчиков для измерения порового давления и температуры, в которой измеряют поровое давление , и температуру , парожидкостной фазы грунтов до и после приложения динамической нагрузки, определяют разности параметров второй точки измерения до и после приложения динамической нагрузки , и о несущей способности грунтов судят дополнительно по отношению разностей δP²/δP¹, δT²/δT¹: при δP¹≈δP²≈0, δT¹≈δT²≈0 и δP²/δP¹=0, δT²/δT¹=0 делают вывод о стабильном состоянии грунтов ТС, при δP¹>0, δP²=0, δT²>0, δT¹=0 и δP²/δP¹=0, δT²/δP¹=0 - о начальной потере несущей способности грунтов ТС, при δP²<δP¹>0, δP²/δP¹<1 и δT²<δT¹>0, δT²/δT¹<1 - о слабой несущей способности грунтов, при δP²≈δP¹>>0, δT²≈δT¹>>0 и δP²/δP¹≈1, δT²/δT¹≈1 - о потере несущей способности грунтов ТС.

Кроме того, измерение параметров от приложенной динамической нагрузки осуществляют по истечении 0,5-1 ч после ее прекращения.

Наличие существенных отличительных признаков свидетельствует о соответствии заявляемого решения критерию патентоспособности «новизна».

Благодаря установке в направлении вероятного проявления деформаций ТС дополнительной пары датчиков для измерения порового давления и температуры и определению разности изменений порового давления и температуры в основной и дополнительной точках появляется возможность по значениям разности параметров и их отношениям определить степень деформативности ТС и, как следствие, целенаправленно выбрать противодеформационные мероприятия. Это обусловлено следующими причинами.

При воздействии динамической нагрузки в грунтах основания ТС проявляются сдвигающие усилия, благодаря которым происходит изменение напряженно-деформированного состояния системы, выдавливание водно-грунтовой массы в приподошвенную зону ТС и нарушение термодинамического равновесия. После прекращения действия сдвигающих усилий грунты ТС стремятся вернуться в исходное состояние и восстановить термодинамическое равновесие.

При стабильном состоянии грунт испытывает упругие деформации. При восстановлении грунтовая система стремится к своему первоначальному термодинамическому равновесию. Разность порового давления и температуры до и после приложения нагрузки практически равна нулю. Поэтому стремление к нулю разности измеряемых параметров и равенство нулю их отношений служит надежным критерием оценки стабильности состояния грунтов ТС.

При нестабильном состоянии грунты испытывают вязко-пластические деформации. При этом в приподошвенной зоне ТС плотность водно-грунтовой смеси возрастает, что приводит к увеличению порового давления, а температура водно-грунтовой смеси уменьшается за счет перемещения ее из менее прогретой зоны в более теплую зону. Консистенция водно-грунтовой смеси определяет величину деформаций. При этом консистенция может быть тугопластичной (пластичной), мягкопластичной и текучей (текучепластичной).

В случае тугопластичной консистенции водно-грунтовой смеси твердая составляющая грунта при выдавливании частично доходит до 1-й точки установки датчиков, не достигая 2-й точки. При этом поровое давление в 1-й точке значительно увеличивается, а во второй - не изменяется. Температура водно-грунтовой смеси в 1-й точке уменьшается, а во второй - остается без изменения. Отличие разностей порового давления и температуры в первой точке от нуля, приближение к нулю - во второй и равенство нулю отношений разностей параметров после приложения динамической нагрузки свидетельствует о начале потери несущей способности грунта.

В случае мягкопластичной консистенции выдавленной водно-грунтовой смеси твердая составляющая грунта переходит границу 1-й точки установки датчиков, не достигая при этом 2-й точки измерения. Поровое давление в 1-й точке значительно увеличивается, а во второй - остается прежним и не превосходит флуктуационных изменений. Температура водно-грунтовой смеси в 1-й точке значительно уменьшается, а во второй - не превосходит флуктуационных изменений.

Разности порового давления и температуры водно-грунтовой смеси в 1-й точке значительно превосходят флуктуационные изменения, во 2-й точке - не превышают их и отношения разностей меньше единицы, что свидетельствует о слабой несущей способности грунта.

В случае текучей консистенции выдавленной водно-грунтовой смеси твердая составляющая грунта переходит границу 1-й и 2-й точки установки датчиков. При этом поровое давление в 1-й и во 2-й точках значительно увеличивается, а температура водно-грунтовой смеси в 1-й и во 2-й точках значительно уменьшается.

Разности порового давления и температуры водно-грунтовой смеси в 1-й и во 2-й точках значительно превосходят флуктуационные изменения и отношения разностей стремятся к единице, что свидетельствует о потере несущей способности грунта.

Обеспечение высокой степени достоверности определения состояния несущей способности грунтов ТС путем дифференцирования состояния нестабильных грунтов по разности измерений поровых давлений и температур в разных точках приподошвенной зоны ТС, проводимых до и после прохода динамической нагрузки, и их отношений не известно в уровне техники. Следовательно, заявляемое решение соответствует критерию патентоспособности «изобретательский уровень».

На фиг.1 представлены графики разности температуры и порового давления парожидкостной фазы грунтов стабильного участка в 1-й и во 2-й точке измерения, полученные в режиме «он-лайн».

На фиг.2 представлены графики разности температуры и порового давления парожидкостной фазы грунтов с начальной потерей несущей способности в 1-й и во 2-й точке измерения, полученные в режиме «он-лайн».

На фиг.3 представлены графики разности температуры и порового давления парожидкостной фазы грунтов со слабой несущей способностью в 1-й и во 2-й точке измерения, полученные в режиме «он-лайн».

На фиг.4 представлены графики разности температуры и порового давления парожидкостной фазы грунтов с потерей несущей способности в 1-й и во 2-й точке измерения, полученные в режиме «он-лайн».

Способ осуществляют следующим образом.

Для измерения визуально выбирают участок с деформациями дорожного полотна насыпи. В направлении вероятного проявления деформаций в приподошвенной зоне насыпи устанавливают, по крайней мере, две пары датчиков для измерения порового давления Р и измерения температуры Т. При этом первую пару датчиков для измерения Р и Т устанавливают на подошве насыпи в зоне контакта слабых и прочных грунтов, а вторую пару датчиков - на расстоянии более полутора метров от первой пары. Для каждой точки измерения определяют параметры обоих датчиков , и , до прохода, а также , и , через 0,25 часа после прохода динамической нагрузки, например прохода поезда. Затем определяют разность параметров в двух точках измерения до и после прохода динамической нагрузки и а также отношение этих разностей и

По величине разности и отношения разностей судят о состоянии несущей способности грунта. Изменение порового давления и температуры парожидкостной фазы грунта происходит под действием даже кратковременной динамической нагрузки.

При воздействии динамической нагрузки в грунтах основания ТС проявляются сдвигающие усилия, благодаря которым происходит выдавливание водно-грунтовой массы в приподошвенную зону ТС, изменение напряженно-деформированного состояния системы и нарушение термодинамического равновесия. При этом в приподошвенной зоне ТС консистенция водно-грунтовой смеси возрастает, что приводит к увеличению порового давления, а температура водно-грунтовой смеси уменьшается за счет перемещения ее из менее прогретой зоны в более теплую зону.

Установка второй пары датчиков на расстоянии более полутора метров от первой пары обусловлена тем, что в пределах этого расстояния силы трения и сцепления уравновешивают сдвигающие усилия [4].

После прекращения действия сдвигающих усилий грунты ТС стремятся восстановить термодинамическое равновесие. В зависимости от категории деформативности выдавливание водно-грунтовой смеси из основания ГТС продолжается от 15 до 180 минут. Этот факт установлен экспериментально и расчетным путем (волновой процесс в жидких средах при воздействии внешних факторов) [5]. Измерение параметров осуществляют во время максимального проявления деформаций, а именно в период от 0,5-1,0 ч после прекращения действия динамической нагрузки.

Регулярное воздействие динамической нагрузки приводит к деформированию грунтов, которые могут проявляться в продольном или поперечном направлениях относительно оси ТС. Выделяют четыре категории деформативности грунтов [6].

Пример 1. Стабильное состояние грунтов ТС (1-я категория), при котором относительная осадка согласно дорожно-строительной классификации имеет величину е≤0,03 (интенсивность осадки до 20 мм/год).

Под действием статической нагрузки парожидкостная фаза грунтов основания ТС от насыпи находится в условно термодинамическом равновесии, и параметры грунта в измеряемых точках имеют значения , и , .

При воздействии динамической нагрузки из-за возникновения сдвигающих усилий происходит выдавливание водно-грунтовой массы в приподошвенные зоны от первой измеряемой точки ко второй. При этом твердые частицы грунта остаются в исходном состоянии. Грунты ТС находятся в напряженно-деформированном состоянии в течение 15-30 мин, после чего система стремится восстановить свое исходное термодинамическое равновесие. Измерение параметров и и и осуществляют через 0,5 часа после прохода поезда. Датчики порового давления и температуры фиксируют параметры порового давления и и температуры и примерно равные значениям порового давления и температуры до прохода поезда и Таким образом, разность параметров до и после приложения нагрузки в каждой точке, а также отношение разностей параметров близки к нулю. Поэтому значения разностей и отношений разности свидетельствуют об отсутствии горизонтальных подвижек, о стабильности ТС и достаточной несущей способности грунтов.

Способ опробован на заведомо стабильном участке на пк 2 км 8526ДВЖД (конфиденциальная информация). Состояние грунтов определялось заявляемым способом и способом сейсмопрофилирования с помощью сейсмостанции «Изыскатель». При реализации заявляемого способа используют датчики порового давления конструкции ДИИТа [6] с модернизированной разрешающей способностью с точностью 0,1 кПа и систему измерения температуры на основе чувствительных элементов датчиков и приборов ТРМ, подстроенных применительно к условиям измерения с точностью 0,005°С.

1а. Две пары датчиков устанавливали в поперечном направлении к оси железнодорожного пути на расстоянии 2,5 м друг от друга. За базовую принимали первую пару датчиков в подошве насыпи в данном сечении. Кривые разности порового давления и температур на графиках (фиг.1) показывают, что в измеряемых точках разности температуры и порового давления до и после приложения нагрузки близки к нулю и не превышают флуктуационные колебания температуры и порового давления в пределах соответственно до 0,015°С и до 0,1 кПа. Полученные результаты свидетельствуют о стабильном состоянии грунтов ТС в поперечном сечении.

Результаты состояния грунтов, проведенные методом сейсмопрофилирования, подтвердили стабильность грунтов ТС в поперечном сечении исследуемого участка.

1б. Две пары датчиков устанавливали в продольном направлении относительно оси железнодорожного пути в подошве насыпи на расстоянии 2,5 м друг от друга. За базовую принимали первую пару датчиков в подошве насыпи в данном сечении. Экспериментальные испытания показывали, что в измеряемых точках разность температуры и порового давления близки к нулю и не превышают флуктуационные колебания температуры и порового давления в пределах соответственно до 0,015°С и до 0,1 кПа. Полученные результаты свидетельствуют о стабильном состоянии грунтов ТС в продольном сечении.

Результаты состояния грунтов, проведенные методом сейсмопрофилирования, подтвердили стабильность грунтов ТС в продольном сечении исследуемого участка.

Пример 2. Начальная потеря несущей способности грунтов ТС, при которой относительная осадка согласно дорожно-строительной классификации имеет величину 0,03<е≤0,1 (интенсивность осадки от 20 до 50 мм/год).

При воздействии динамической нагрузки на нестабильном участке из-за возрастания сдвигающих усилий твердые частицы грунта частично «растворяется» в парожидкостной фазе грунта, приобретают тугопластичную консистенцию, трение и сцепление грунта уменьшается и происходит слабое выдавливание водно-грунтовой массы в приподошвенную зону от первой измеряемой точки ко второй, причем твердая составляющая грунта выдавливается из основания к подошве насыпи и частично доходит до 1-й точки установки датчиков, не достигая 2-й точки измерения. Поровое давление в 1-й точке при действии нагрузки значительно увеличивается, а во второй - остается без изменений. Температура водно-грунтовой смеси в 1-й точке при действии нагрузки уменьшается, а во второй - не изменяется.

Грунты ТС находятся в слабодеформированном состоянии в течение 15-60 мин, после чего система стремится восстановить свое исходное термодинамическое равновесие. Измерение параметров и и и осуществляют через 0,75 часа после прохода поезда. Жидкая составляющая водно-грунтовой смеси как более подвижная в основном возвращается в исходное положение, а твердая составляющая практически остается на месте. Поровое давление в 1-й точке возрастает до значений, незначительно превосходящих флуктуационные изменения, во 2-й точке - примерно равно первоначальному значению; температура водно-грунтовой смеси в 1-й точке при действии нагрузки понижается до значений, незначительно превосходящих флуктуационные изменения, а во второй - равна первоначальному значению.

При этом поровое давление и температура в первой точке измерения и отличаются от первоначальных значений, а параметры и во второй точке измерения равны или близки к первоначальным значениям этих параметров. Таким образом, параметры до и после приложения нагрузки в первой точке отличаются от первоначальных и поэтому значение их разности >0, а отношения разностей параметров близки к нулю. Поэтому значения разностей >0, и отношений разности свидетельствует о начальной потере несущей способности грунтов ТС.

Способ опробован на участке с начальной потерей несущей способности грунтов на пк 7 км 8525 ДВЖД (конфиденциальная информация). Состояние грунтов определялось заявляемым способом и способом сейсмопрофилирования. При реализации заявляемого способа используют измерительные приборы, как в примере 1.

2а. Две пары датчиков устанавливали в поперечном направлении, как в примере 1а. Кривые разности порового давления и температур на графиках (фиг.2) показывают, что в измеряемых точках разности температуры и порового давления до и после приложения нагрузки в первой точке превышают флуктуационные колебания температуры и порового давления в пределах соответственно до 0,015°С и до 0,1 кПа, а во второй - близки нулю. Полученные результаты свидетельствуют о начальной потере несущей способности грунтов ТС в поперечном сечении.

Результаты состояния грунтов, проведенные методом сейсмопрофилирования, подтвердили начальную нестабильность грунтов ТС в поперечном сечении исследуемого участка.

2б. Две пары датчиков устанавливали в продольном направлении, как в примере 1б. Экспериментальные испытания показали, что в измеряемых точках разности температуры и порового давления до и после приложения нагрузки в первой точке превышают флуктуационные колебания температуры и порового давления в пределах соответственно до 0,015°С и до 0,1 кПа, а во второй - близки нулю. Полученные результаты свидетельствуют о начальной потере несущей способности грунтов ТС в поперечном сечении.

Результаты состояния грунтов, проведенные методом сейсмопрофилирования, подтвердили начальную нестабильность грунтов ТС в поперечном сечении исследуемого участка.

Пример 3. Слабая несущая способность грунтов, при которой относительная осадка согласно дорожно-строительной классификации имеет величину 0,03<е≤0,1 (интенсивность осадки от 50 до 150 мм/год).

При воздействии нагрузки на нестабильном участке из-за возрастания сдвигающих усилий в приподошвенные зоны от первой измеряемой точки ко второй происходит пластическое выдавливание грунта со смещением его по поверхности скольжения. При этом в тонком слое поверхности скольжения твердые частицы грунта «растворены» в парожидкостной фазе грунта и образуют мягкопластичную консистенцию. При этом трение и сцепление грунта уменьшается до минимума, что способствует постоянному выдавливанию слабого грунта. Пластическое выдавливание слабых грунтов основания под нагрузками происходит в приподошвенную зону из менее прогретой зоны в более теплую, что нарушает термодинамическое равновесие ТС. Измерение параметров и

и и осуществляют через 1,0 час после прохода поезда. Твердая составляющая водно-грунтовой смеси выдавливается из основания к подошве насыпи и переходит границу 1-й точки установки датчиков, не достигая при этом 2-й точки измерения. При действии нагрузки поровое давление водно-грунтовой смеси в 1-й точке значительно увеличивается, во второй - не превосходит флуктуационных изменений, а температура в 1-й точке значительно уменьшается, во второй - не превосходит флуктуационных изменений.

После приложения динамической нагрузки поровое давление водно-грунтовой смеси в 1-й точке значительно уменьшается до значений, превосходящих флуктуационные изменения, во 2-й точке - поровое давление остается близким первоначальному значению; а температура в 1-й точке повышается, затем стабилизируется до значений, превосходящих флуктуационные изменения, а во второй - близко к первоначальному значению.

При этом поровое давление и температура в первой точке измерения и отличаются от первоначальных значений и , а параметры и во второй точке измерения равны или близки к первоначальным значениям и .

Таким образом, параметры до и после приложения нагрузки в первой и второй точках отличается от первоначальных, а отношение разностей параметров меньше единицы. Поэтому значение их разности δP²<δP¹>0, δP²/δP¹<1 и δT²<δT¹>0, δT²/δT¹<1 свидетельствует о слабой несущей способности грунтов и нестабильности ТС.

Способ опробован на участке со слабой несущей способностью грунтов на км 3569 пк 10 ДВЖД (конфиденциальная информация). Состояние грунтов определялось заявляемым способом и способом сейсмопрофилирования. При реализации заявляемого способа используют измерительные приборы, как в примере 1.

3а. Две пары датчиков устанавливали в поперечном направлении, как в примере 1а. Кривые разности порового давления и температур на графиках (фиг.3) показывают, что температура и поровое давление до приложения и после приложения нагрузки в первой точке значительно превышают флуктуационные колебания, а во второй отличаются от нуля, но не превышают флуктуационные колебания температуры и порового давления соответственно до 0,015°С и до 0,1 кПа. Полученные результаты свидетельствуют о слабой несущей способности грунтов ТС в поперечном сечении.

Результаты состояния грунтов, проведенные методом сейсмопрофилирования, подтвердили нестабильность грунтов ТС в поперечном сечении исследуемого участка.

3б. Две пары датчиков устанавливали в продольном направлении, как в примере 1б. Экспериментальные испытания показали, что температура и поровое давление до приложения и после приложения нагрузки в первой точке значительно превышают флуктуационные колебания, а во второй отличаются от нуля, но не превышают флуктуационные колебания температуры и порового давления соответственно до 0,015°С и до 0,1 кПа. Полученные результаты свидетельствуют о слабой несущей способности грунтов ТС в поперечном сечении.

Результаты состояния грунтов, проведенные методом сейсмопрофилирования, подтвердили нестабильность грунтов ТС в продольном сечении исследуемого участка.

Пример 4. Потеря несущей способности грунтов ТС (4-я категория). Грунты сильнопросадочные, е>0,4. Несущая способность грунтов связана со значительными незатухающими остаточными деформациями в течение года, ТС иногда подвергаются разрушению (аврийные участки, интенсивность осадки от 100 до 150 мм/год и более).

При воздействии нагрузки на нестабильном участке из-за возрастания сдвигающих усилий в приподошвенные зоны от первой измеряемой точки ко второй происходит постоянное незатухающее пластическое выдавливание текучего грунта со смещением в полевую сторону. Горизонтальные подвижки слабых грунтов в приподошвенные зоны от первой измеряемой точки ко второй приводят к значительному увеличению порового давления и уменьшению температуры в этих точках. При этом в тонком слое поверхности скольжения твердые частицы грунта «растворены» в парожидкостной фазе грунта и образуют мягкопластичную консистенцию. Трение и сцепление грунта очень мало, что способствует постоянному выдавливанию слабого грунта. Пластическое выдавливание слабых грунтов основания под нагрузками происходит в приподошвенные зоны из менее прогретой зоны в более прогретую, что невосполнимо нарушает термодинамическое равновесие ТС. Измерение параметров P и и и осуществляют через 1,0 час после прохода поезда. Твердая составляющая водно-грунтовой смеси выдавливается из основания к подошве насыпи и переходит границу 1-й и 2-й точки установки датчиков, поровое давление в 1-й и во 2-й точках значительно увеличивается, а температура водно-грунтовой смеси в 1-й и во 2-й точках значительно уменьшается.

При этом поровое давление и температура и значительно отличаются от первоначальных значений этих параметров и , а и от и . Таким образом, разности параметров до и после нагрузки в первой точке значительно отличаются от первоначальных значений, а отношение разностей параметров близки к единице. Поэтому значения разностей и отношение разностей и свидетельствует о потере несущей способности грунтов ТС.

Способ опробован на участке с потерей несущей способности грунтов на автодороге Раздольное - Хасан (конфиденциальная информация). Состояние грунтов определялось заявляемым способом и способом сейсмопрофилирования. При реализации заявляемого способа используют измерительные приборы, как в примере 1.

Экспериментальные исследования проведены. Способ показал достоверность ранее установленной 4-й категории нестабильности.

4а. Две пары датчиков устанавливали в поперечном направлении, как в примере 1а. Кривые разности порового давления и температур на графиках (фиг.4) показывают, что в измеряемых точках разности температуры и порового давления до и после приложения нагрузки значительно превышают флуктуационные колебания температуры и порового давления в пределах соответственно до 0,015°С и до 0,1 кПа. Полученные результаты свидетельствуют о потере несущей способности грунтов ТС в поперечном сечении.

Результаты состояния грунтов, проведенные методом сейсмопрофилирования, подтвердили опасную нестабильность грунтов ТС в поперечном сечении исследуемого участка.

4б. Две пары датчиков устанавливали в продольном направлении, как в примере 1б. Экспериментальные испытания показали, что в измеряемых точках разности температуры и порового давления до и после приложения нагрузки значительно превышают флуктуационные колебания температуры и порового давления в пределах соответственно до 0,015°С и до 0,1 кПа. Полученные результаты свидетельствуют о слабой несущей способности грунтов ТС в продольном сечении.

Результаты состояния грунтов, проведенные методом сейсмопрофилирования, подтвердили опасную нестабильность грунтов ТС в поперечном сечении исследуемого участка.

Таким образом, использование заявляемого способа позволяет ранжировать деформации грунтов ГТС по их состоянию и степени опасности, а также правильно подбирать противодеформационные мероприятия: при начальной потере устойчивости, например, укрепляющие композиции; при слабой несущей способности, например, конструкции в виде «стена в грунте»; при потере несущей способности, например, армодренажные конструкции.

Источники информации

1. Технические указания по стабилизации эксплуатируемых насыпей на слабых основаниях.- М.: ИКЦ «Академкнига», 2004. - 178 с.

2. Полевые методы инженерно-геологических исследований. / Г.К. Бондарик, И.С. Комаров, В.И. Ферронский. - М.: Недра, 1967. С.179-182.

3. Способ диагностики несущей способности грунтов. / С.М. Жданова, Катен-Ярцев А.С., Шулатов А.В., Однопозов Л.Ю. Патент на изобретение №2271002. ДВГУПС. - 2006. - №6. - 10 с.

4. Механика грунтов./ Н.А. Цытович. Учебное пособие для вузов. - М.: Госстройиздат, 1963. С.147-149.

5. Оползни и противооползневые сооружения. Механические свойства грунтов. / Вопросы геотехники, №5. Под ред. М.Н. Гольдштейна. - Днепропетровск, 1962. С.10.

6. Инструкция по содержанию земляного полотна на вечномерзлых грунтах МПС РФ. - Тында: 1993. - 82 с.

1. Способ диагностики несущей способности грунтов технической системы (ТС), заключающийся в установке основной пары датчиков для измерения перового давления и температуры парожидкостной фазы грунтов в приподошвенной зоне основания ТС, измерении порового давления и температуры до и после приложения динамической нагрузки и определении разностей измеряемых параметров по которым судят о несущей способности грунтов, отличающийся тем, что в направлении вероятного проявления деформаций ТС устанавливают дополнительную пару датчиков для измерения порового давления и температуры, в которой измеряют поровое давление и температуру парожидкостной фазы грунтов до и после приложения динамической нагрузки, определяют разности параметров второй точки измерения до и после приложения динамической нагрузки и о несущей способности грунтов судят дополнительно по отношению разностей δР²/δР¹, δТ²/δТ¹: при δР¹≈δР²≈0, δТ¹≈δТ²≈0 и δР²/δР¹=0, δТ²/δТ¹=0 делают вывод о стабильном состоянии грунтов ТС, при δР¹>0, δР²=0, δT²>0, δT¹=0 и δР²/δР¹=0, δТ²/δР¹=0 - о начальной потере несущей способности грунтов ТС, при δР²<δР¹>0, δР²/δР¹<1 и δТ²<δТ¹>0, δТ²/δТ¹<1 - о слабой несущей способности грунтов, при δР²≈δР¹>>0, δТ²≈δТ¹>>0, и δР²/δР¹≈1, δТ²/δT¹≈1 - о потере несущей способности грунтов ТС.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что измерение параметров после приложения динамической нагрузки осуществляют по истечении 0,5-1,0 ч после ее прекращения.