Когда и как следует учитывать тепловые напряжения и деформации в основаниях фундаментов?
Известно, что тепловые деформации мёрзлых песчаных и крупнообломочных грунтов близки к осреднённым значениям тепловых деформаций их компонентов – льда и минеральных частиц. Соответствующие коэффициенты температурного расширения устанавливаются в зависимости от значений этих коэффициентов у компонентов, с учётом газовой пористости грунтов. Для мёрзлых глинистых грунтов эти деформации обычно существенно возрастают вследствие особых тепловых свойств глинистых агрегатов, специфических деформаций плёнок незамёрзшей воды и миграции последней при отрицательных температурах. Типичными особенностями мёрзлых глинистых грунтов является их температурное последействие, т.е. запаздывание тепловых деформаций при изменении отрицательной температуры, морозное пучение и последующая существенная просадка при оттаивании.
---------------------------------------------------------
Значительные температурные перепады в зимний период приводят к морозобойному растрескиванию мёрзлых грунтов, оказывающему влияние не только на состояние дорожных одежд и других аналогичных конструкций, но и надёжность фундаментов. Соответствующие тепловые напряжения должны определяться исходя из характера температурных колебаний, тепловых и реологических свойств грунтов.
Значительные температурные перепады в зимний период приводят к морозобойному растрескиванию мёрзлых грунтов, оказывающему влияние не только на состояние дорожных одежд и других аналогичных конструкций, но и надёжность фундаментов. Соответствующие тепловые напряжения должны определяться исходя из характера температурных колебаний, тепловых и реологических свойств грунтов.
--------------------------------------------------------- Во всех мёрзлых грунтах наблюдаются криогенные самоуравновешенные структурные напряжения при отсутствии внешних нагрузок. Их возникновение обусловлено различными причинами, в частности, фазовыми переходами воды и различием значений тепловых характеристик фаз. Эти напряжения обычно являются сжимающими, в отличие от растягивающих напряжений, вызывающих морозобойное растрескивание. Криогенные структурные напряжения определяют природу внутреннего трения мёрзлых грунтов при отсутствии внешних нагрузок, и наряду со льдом-цементом, обусловливают их повышенную прочность по сравнению с немёрзлыми грунтами. Использование композиционного подхода позволяет оценить как величину этого трения, так и величину предела текучести (предела затухающей ползучести) мёрзлого грунта, при превышении которой возникает его установившаяся ползучесть.
----------------------------------------------------------
Кроме того, тепловые деформации мёрзлых грунтов являются причиной возникновения контактных сжимающих давлений на вертикальные элементы фундаментов, которые, наряду с другими факторами, определяют величину касательных сил морозного пучения и влияют на прочность смерзания. Величина этих давлений определяется на основании решения соответствующей задачи термореологии. Предложены упрощенные формулы для вычисления указанных тепловых напряжений и отвечающих им расчётных характеристик мёрзлых грунтов. Оценка деформаций морозного пучения и оттаивания, а также нормальных сил морозного пучения, и соответствующий анализ поведения мёрзлых оснований являются самостоятельными проблемами проектирования фундаментов в северных районах, которым всегда уделяется первостепенное внимание.
-------------------------------------------------------------
Способы оценки тепловых напряжений и деформаций в мёрзлых грунтах и методы определения сопутствующих расчётных тепломеханических характеристик рассматриваются в разделах 3.3, 4.4.2. 6.3, 9.2, 9.3, 12.1 и части 3 книги А.С. Герасимова "Фундаменты на мерзлоте". Частично они описаны в некоторых его статьях, а применительно к деформациям пучения и оттаивания - также в других многочисленных публикациях, опубликованных, например, на сайте комитета TC-8 "Геотехника мерзлых грунтов" (ISSMGE). Сайты:
1) http://permafrost-foundations.com/webroot/book/book.html
2) http://permafrost-foundations.com/webroot/shared/documents/Publ-R.pdf
3) http://permafrost-foundations.com/webroot/shared/documents/fill_R.pdf
4) http://permafrost-foundations.com/webroot/shared/documents\Part3_R.pdf
5) http://www.issmge.org/home/page.asp?sid=296&mid=2&Id=387
Ссылки на другие полезные литературные источники можно найти в библиографии, приведённой в соответствующих публикациях на сайтах 1, 2 и 5.
Отзывы на данную публикацию представляются на сайте:
http://permafrost-foundations.com/webroot/dialogues/dialogues.html
