Главная
Новости
Строительство
Ремонт
Дизайн и интерьер
Каркасный дом
Несущие конструкции
Металлические конструкции
Прочность дорог
Дорожные материалы
Стальные конструкции
Грунтовые основания
Опорные сооружения





















Яндекс.Метрика

Погодно-климатические факторы

На грунты земляного полотна автомобильных дорог, кроме нагрузок, воздействуют еще и погодно-климатические факторы, вызывающие процессы увлажнения-высыхания и замерзания-оттаивания. Во время этих процессов изменяются физико-механические свойства грунтов, и в частности их прочность и устойчивость.
В годичном цикле работы земляного полотна в условиях России могут быть рассмотрены четыре осйовных периода изменения водного режима грунтов: 1) осеннее накопление влаги, 2) накопление влаги в процессе замерзания, 3) относительно стабильное количество влаги в начале оттаивания и ее снижение в конце этого процесса и 4) уменьшение количества влаги при просыхании грунта летом.
Грунты земляного полотна могут получать влагу как из атмосферных осадков и поверхностных вод, так и в результате капиллярного поднятия влаги от уровня грунтовых вод. Интенсивность изменения количества влаги в грунте земляного полотна зависит от многих факторов, к числу которых относятся погодно-климатические и гидрогеологические условия района, вид грунта, тип земляного полотна и дорожной одежды и т. п. Климатические условия характеризуются количеством выпадающих осадков, продолжительностью зимнего периода, температурой воздуха и особенно той минимальной температурой, которой определяется глубина промерзания грунта, а также временем ее действия, скоростью изменения температуры и т. д. Все эти факторы обусловливают водно-тепловой режим земляного полотна, от которого зависит прочность и устойчивость грунтов. Территория Советского Союза разделена на пять дорожно-климатических зон.
Первая дорожно-климатическая зона охватывает районы распространения вечномерзлых грунтов. Эти районы характеризуются значительными скоростями промерзания, достигающими 10—16 см/сут, и высокой влажностью грунта. Однако из-за близкого расположения к поверхности вечномерзлых грунтов количество грунтовых вод невелико. Поэтому миграция влаги в период замерзания грунта весьма незначительна, чему способствует также и быстрое промерзание грунта. Это вызывает весьма небольшое морозное пучение грунта. Наблюдения на опытных участках, проведенные Омским филиалом Союздорнии, показали, что деформация морозного пучения в таких районах не превышает 50—60 мм. Наибольшая влажность грунта наблюдается весной и особенно летом. Летом она обычно находится в пределах (0,6—0,8) Wт, где Wт — предел текучести грунта.
Однако, на границе вечной мерзлоты могут наблюдаться скопления воды, которые при замерзании образуют мощные линзы льда. При наличии трещин в грунте эта вода, прорываясь сквозь него, образует наледи.
Вторая дорожно-климатическая зона включает районы холодного, влажного климата. Эти районы характеризуются значительными изменениями влажности грунта. Динамика изменения влажности в годичном цикле выражена достаточно четко, что хорошо видно по данным наблюдений за изменением влажности грунта высокой насыпи, проведенных Ленинградским филиалом Союздориии (табл. 1). Большая высота насыпи исключала возможность подтока влаги к границе замерзания от уровня грунтовых вод. Весной влажность измеряли после полного оттаивания грунта. Летом влажность грунта в верхней части насыпи была близка к оптимальной W0. Осенью в верхней части насыпи отмечалось увеличение влажности, продолжающееся и зимой, главным образом в результате миграции воды из грунтов, расположенных ниже зоны промерзания. Влажность этих грунтов несколько снижалась. Весной влажность верхнего слоя грунта уменьшилась. Этот процесс продолжался и в летнее время. Влажность нижнего слоя насыпи практически оставалась постоянной, так как здесь грунт увлажнен грунтовыми водами.
Погодно-климатические факторы

При невысоких насыпях и близком расположении грунтовых вод происходит значительное увлажнение грунтов. Весной вода в грунт земляного полотна поступает в основном сверху, просачиваясь через обочины и трещины в покрытии. Наибольшее количество воды в подстилающих слоях дорожной одежды отмечается, как правило, при еще мерзлом грунте земляного полотна.
Западные районы второй дорожно-климатической зоны характеризуются относительно небольшими скоростями промерзания, составляющими в среднем 0,5—1,7 см/сут. При этом максимальные скорости промерзания грунта отмечаются в начальный период зимы и равны примерно 4—7 см/сут. В центральных и восточных районах этой зоны скорости промерзания достигают 6—11 см/сут, а в среднем они равны 1,0—2,5 см/сут.
В результате определенного сочетания факторов, влияющих на влагонакошгение и морозное пучение грунтов, могут создаться условия, при которых деформация морозного пучения достигает существенных величин. Так, на дорогах Ленинградской обл. наблюдалась деформация морозного пучения, равная 217 мм. Максимальное поднятие поверхности грунта на расчищенных от снега площадках было равно 430—540 мм. Деформация морозного пучения достигает максимальной величины в конце промерзания грунта. На рис. 1 совмещены результаты наблюдений за глубиной промерзания грунта и морозным пучением, проведанных на одной из дорог Ленинградской обл. Из графика видно, что величина морозного пучения пропорциональна глубине промерзания.
Так, в очень мягкую зиму 1960/61 г. при небольшой толщине промерзшего слоя грунта основания (20 см) абсолютное значение морозного пучения составило 2 см. В холодную зиму 1968/69 г. при промерзании грунта до 160 см абсолютное значение морозного пучения составило уже 5,5 см. Развитие морозного поднятия покрытия идентично развитию движения нулевой изотермы.
Погодно-климатические факторы

Морозное поднятие покрытия связано с накоплением в замерзающем грунте влаги, которая мигрирует из расположенных ниже, вне глубины промерзания слоев грунта. Такая миграция из-за наличия больших сопротивлений проходит с незначительными скоростями. Поэтому чем дольше пулевая изотерма находится на ка-ком-то уровне, тем большее количество влаги успеет к этому уровню переместиться и тем выше будет морозное поднятие дорожного покрытия.
Следовательно, большое значение приобретает скорость промерзания грунта. В одной и той же дорожно-климатической зоне эта скорость может колебаться в значительных пределах. Так, в рассмотренном выше случае (см. рис. 1) средняя скорость промерзания в суровую зиму была равна 1,4 см/сут, а в мягкую зиму — 0,7 см/сут, т. е. в 2 раза меньше. Однако для каждой местности можно выделить какие-то свои характерные средние скорости промерзания, на которые и следует рассчитывать мероприятия, направленные на повышение устойчивости грунтов.
Результат морозных воздействий на грунты характеризуется величиной относительного морозного пучения, под которым понимается отношение абсолютной величины морозного поднятия грунта к глубине промерзания. Относительное морозное пучение уменьшается по мере повышения скорости промерзания грунта.
Влияние скорости промерзания грунта на морозное поднятие поверхности весьма сложно. С одной стороны, снижение этой скорости способствует миграции в промерзающий слой большего количества влаги, а это увеличивает морозное поднятие, но, с другой стороны, общая глубина промерзания оказывается меньше и потому в процессе пучения участвуют сравнительно небольшие объемы грунта, что уменьшает морозное поднятие. На этот процесс влияет и та масса грунта, которая расположена над поверхностью промерзания. Силы пучения преодолевают силу тяжести этой массы, и потому, где масса больше, там пучение меньше, а масса больше в случае более высокой скорости промерзания грунта. Все это приводит к тому, что морозное поднятие поверхности не всегда уменьшается с увеличением скорости промерзания. При определенных условиях происходит рост морозного поднятия поверхности, который наблюдается до определенных значений скорости промерзания. Дальнейшее увеличение Скорости влечет за собой уже уменьшение поднятия. Таким образом, максимальное поднятие поверхности соответствует какой-то определенной скорости промерзания, выше и ниже которой оно уменьшается. Характер зависимости поднятия от скорости промерзания, а также его абсолютная величина определяются климатическими условиями, обусловливающими скорость промерзания грунта и продолжительность морозных воздействий. Большое влияние на это оказывает также уровень грунтовых вод и та влажность, которую уже имел грунт ко времени его промерзания.
Морозное пучение грунта земляного полотна приводит к его разуплотнению. Разуплотнение с одновременным значительным повышением влажности приводит после оттаивания к большим потерям прочности и сопротивляемости грунта внешним нагрузкам. Эти потери могут достигать 30—60% при супесчаных и суглинистых грунтах и 70—80% при пылеватых грунтах и неблагоприятных условиях. Потеря прочности обнаруживается при оттаивании грунта. Снижение прочности и возникающие при оттаивании просадочные деформации зависят от скорости оттаивания. Чем быстрее происходит оттаивание, тем больше потери прочности и несущей способности грунтов. Оттаивание происходит быстрее, чем замораживание. Так, в западных районах второй дорожно-климатической зоны средняя скорость оттаивания равна 3—4 см/сут.
Процесс оттаивания грунта начинается сверху и лишь впоследствии мерзлый слой грунта начинает оттаивать также и снизу. Во второй дорожно-климатической зоне примерно 3/4 толщины слоя оттаивает сверху и лишь 1/4 — снизу.
После оттаивания грунта в результате неравномерных опусканий поверхности может наступить ухудшение ровности дорожного покрытия.
Третья зона и особенно ее южная часть, а также четвертая и пятая зоны характеризуются глубоким расположением грунтовых вод, что уменьшает и даже исключает их влияние на устойчивость грунтов земляного полотна. В этих зонах зимний период значительно короче и с более высокой температурой. Для этих условий актуальна задача повышения водоустойчивости грунтов при воздействии на земляное полотно атмосферных осадков и поверхностных вод, особенно при затрудненном водоотводе, в поймах рек и на участках поливных земель. В третьей — пятой зонах увлажнение грунта в зимнее время при его промерзании происходит в результате миграции воды в парообразном состоянии, а также пленочной влаги. Поэтому влажность грунта в этих зонах увеличивается относительно ненамного. Обычно она не превышает (0,75—0,80) Wт, где Wт — предел текучести грунта, тогда как во второй зоне она может быть близка к пределу текучести, а при неблагоприятных условиях и превышать этот предел. Влияние процесса замораживания и оттаивания на прочность грунта наблюдается в третьей — пятой зонах лишь в отдельных случаях, например в горных районах.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: