В России, особенно в Сибири и на Урале, широко распространены элювиальные (выветрившиеся) глинистые и песчанистые грунты. Их размягчение при насыщении водой приводит к неравномерным оседаниям фундаментов, потере устойчивости склонов, провалам шахт и протечкам плотин. Ученые Пермского Политеха совместно с Санкт-Петербургским горным университетом исследовали механические характеристики таких грунтов при водонасыщении. Их учет при проектировании фундаментов зданий позволит сократить аварийные ситуации.
В Пермском Политехе определили, как вода влияет на прочность грунтов / © Evgenia Akbulyakova, ПНИПУ
Статья опубликована в журнале Soil Mechanics and Foundation Engineering. Исследование выполнено в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030». Элювиальные твердые глины и песчаники неоднородны по своему составу. Они содержат элементы различной плотности и прочности, а пространство между ними заполнено пылевато-глинистой массой. Когда вода впитывается в грунт, эти цементирующие связи разрушаются и возрастает его пористость. При этом изначальная плотная структура не восстанавливается даже после высыхания. Поэтому водонасыщение и размягчение таких грунтов негативно влияет на их прочность.
Поскольку элювиальные твердые глины и песчаники часто становятся основой для закладывания фундамента, ухудшение их механических свойств может привести к потере устойчивости построек, оседаниям и провалам конструкций. Решить проблему поможет исследование ученых Пермского Политеха. Они совместно со специалистами Санкт-Петербургского горного университета провели эксперименты, чтобы выяснить, как меняются характеристики грунтов при водонасыщении.
Эксперты подготовили образцы, каждый из которых испытывали на устойчивость к вертикальным сжимающим нагрузкам, компрессионное сжатие, а также одноплоскостной срез для проверки сцепления и угла внутреннего трения. Эти характеристики имитируют давление фундамента здания, а показатели, которые получают в результате, позволяют правильно рассчитать давление, которое может выдержать грунт в основании сооружений.
На основании этих данных при проектировании фундаментов ученые Пермского Политеха и Санкт-Петербургского горного университета рекомендуют предусматривать защиту элювиальных грунтов на время вскрытия котлована, применять водозащитные мероприятия и оставлять в выработке грунтовый слой от пяти до 20 сантиметров – так называемый «недобор». Важно также не допускать длительных перерывов от нескольких месяцев и более при производстве земляных работ.
Исследование ученых позволяет учитывать изменения в механических характеристиках грунтов после водонасыщения, что, в свою очередь, поможет избежать аварийных ситуаций, снизить затраты на усиление грунтов в основании фундамента, а также повысить надежность и долговечность возводимых зданий.
