URSS.ru - Издательская группа URSS. Научная и учебная литература
Об издательстве Интернет-магазин Контакты Оптовикам и библиотекам Вакансии Пишите нам
КНИГИ НА РУССКОМ ЯЗЫКЕ


 
Вернуться в: Каталог  
Обложка Цытович Н.А. Механика мерзлых грунтов: Общая и прикладная
Id: 169092
 
505 руб.

Механика мерзлых грунтов: Общая и прикладная. Изд.стереотип.

URSS. 2013. 448 с. Мягкая обложка. ISBN 978-5-397-03746-4.

 Аннотация

В настоящем пособии на основе анализа результатов многолетних, главным образом отечественных, исследований по механике мерзлых грунтов устанавливаются основные закономерности ее как науки и их практические приложения по обоснованию методов устойчивого строительства на вечномерзлых грунтах. Подробно рассматриваются методы определения параметров сформулированных закономерностей механики замерзающих, мерзлых и оттаивающих грунтов и использование их при проектировании и расчете оснований, фундаментов и земляных сооружений, возводимых на вечномерзлых грунтах. Ряд решений механики мерзлых грунтов табулирован, номографирован и снабжен числовыми примерами.

Книга предназначена студентам инженерно-строительных и гидротехнических высших учебных заведений, а также студентам смежных специальностей, связанных со строительством инженерных сооружений: геологам, грунтоведам, дорожникам, мелиораторам и др.


 Оглавление

Предисловие
Введение (затруднения при возведении сооружений на вечномерзлых грунтах; главнейшие понятия и определения; становление и развитие механики мерзлых грунтов в СССР; основные начала)

ЧАСТЬ I. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ

Глава I. Природа мерзлых грунтов, их особенности и физические свойств
 § 1.Мерзлые грунты как многокомпонентные и многофазные системы взаимно связанных частиц
 § 2.Основные компоненты мерзлых грунтов
 § 3.Особенности замерзания поровой воды в грунтах
 § 4.Характерные области фазовых превращений воды в лед и содержание в мерзлых грунтах незамерзшей воды
 § 5.О динамическом равновесии незамерзшей воды и льда в мерзлых грунтах
 § 6.Физические свойства мерзлых грунтов
 § 7.Виды льда в мерзлых и вечномерзлых грунтах и его значение
Глава II. О миграции влаги при промерзании грунтов и силах морозного пучения
 § 1.Современное положение вопроса о миграции влаги при промерзании грунтов
 § 2.О распределении влажности в промерзающих грунтах
 § 3.Движущие силы миграции воды
 § 4.Принцип миграции
 § 5.Прогноз миграции влаги и пучения в промерзающих грунтах
 § 6.Силы морозного пучения грунтов при их воздействии на фундаменты сооружений
 § 7.О мерах борьбы с морозным пучением грунтов
Глава III. Реологические процессы в мерзлых грунтах и их значение
 § 1.О внутренних связях в мерзлых грунтах
 § 2.Зарождение и развитие реологических процессов в мерзлых грунтах
 § 3.Реологические уравнения напряженно-деформированного состояния мерзлых грунтов
 § 4.О релаксации напряжений в мерзлых грунтах и предельно длительной прочности
 § 5.Определение параметров ползучести мерзлых грунтов
 § 6.Экспериментальные данные о величине параметров ползучести мерзлых грунтов
 § 7.Некоторые общие выводы о текучести мерзлых грунтов под нагрузкой
Глава IV. Прочностные свойства мерзлых грунтов и величины критических и расчетных сопротивлений
 § 1.Нестабильность механических свойств мерзлых грунтов и причины изменения их прочности
 § 2.Сопротивление мерзлых грунтов сжатию и растяжению
 § 3.Сопротивление мерзлых грунтов сдвигу
 § 4.Прочность смерзания грунтов
 § 5.Сопротивление мерзлых грунтов разрушению резанием
 § 6.Величины критических и расчетных сопротивлений мерзлых грунтов
 § 7.Примеры расчета на прочность мерзлых грунтов
Глава V. Деформации мерзлых грунтов при отрицательной температуре
 § 1.Виды деформаций мерзлых грунтов при сохранении их температуры
 § 2.Упругие деформации мерзлых грунтов и их характеристики
 § 3.Упругие деформации слоистой толщи мерзлых грунтов
 § 4.Деформации уплотнения мерзлых грунтов
 § 5.Деформации затухающей ползучести мерзлых грунтов
 § 6.Деформации пластично-вязкого течения мерзлых грунтов
 § 7.Прогноз осадок фундаментов на пластично-мерзлых грунтах при сохранении их температуры
Глава VI. Осадки мерзлых грунтов при оттаивании
 § 1.Значение прогноза осадок мерзлых грунтов при оттаивании
 § 2.Изменение сжимаемости грунтов при промерзании и последующем оттаивании
 § 3.О компрессии мерзлых грунтов при оттаивании
 § 4.Определение полной стабилизированной осадки фундаментов на оттаивающих грунтах
 § 5.Прогноз протекания осадок во времени при оттаивании крупноскелетных грунтов
 § 6.Прогноз протекания осадок во времени при оттаивании дисперсных (глинистых) грунтов
 § 7.Осадки оснований при предварительном оттаивании вечномерзлых грунтов

ЧАСТЬ II. ПРАКТИЧЕСКИЕ ПРИЛОЖЕНИЯ МЕХАНИКИ МЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ

Глава VII. Инженерно-геокриологические исследования вечномерзлых грунтов
 § 1.Задачи и объем инженерно-геокриологических исследований
 § 2.О комплексной инженерно-геокриологической съемке осваиваемых территорий
 § 3.Полевые и лабораторные испытания и исследования вечномерзлых грунтов
 § 4.Стационарные наблюдения на геокриологических станциях
Глава VIII. О температурной устойчивости вечномерзлых грунтов на застраиваемой территорий
 § 1.Значение проблемы и пути ее решения
 § 2.Об оценке общей температурной устойчивости толщи вечномерзлых грунтов на застраиваемых территориях
 § 3.О влиянии локальных факторов на температурное поле толщи вечномерзлых грунтов
 § 4.О температурной устойчивости плотин из местных материалов в условиях вечномерзлых грунтов
Глава IX. Основания и фундаменты на вечномерзлых грунтах при сохранении или усилении их мерзлого состояния
 § 1.Основные положения по выбору принципа строительства и метода проектирования фундаментов
 § 2.О методах сохранения мерзлого состояния грунтов оснований
 § 3.Меры по усилению мерзлого состояния грунтов основания
 § 4.Расчеты фундаментов, возводимых по методу сохранения мерзлого состояния грунтов оснований
 § 5.Проверка фундаментов на устойчивость и прочность при действии сил морозного пучения
 § 6.Меры по уменьшению сил морозного пучения фундаментов
 § 7.Примеры практических решений
Глава X. Основания и фундаменты на оттаивающих грунтах
 § 1.Условия допустимости строительства на оттаивающих грунтах
 § 2.О несущей способности оттаивающих и оттаявших грунтовых оснований
 § 3.Расчеты фундаментов по предельным деформациям (осадкам) оттаивающих оснований
 § 4.Об учете совместной работы фундаментов и оттаивающих оснований
 § 5.О конструировании фундаментов, возводимых на вечномерзлых грунтах, с учетом оттаивания оснований
Глава XI. Предпостроечное оттаивание и особенности производства земляных работ в условиях вечномерзлых грунтов
 § 1.Условия применимости предпостроечного оттаивания при строительстве на вечномерзлых грунтах
 § 2.О выборе глубины предпостроечного оттаивания
 § 3.Определение допустимого времени начала строительства при предпостроечном оттаивании грунтов
 § 4.Способы производства работ по предпостроечному оттаиванию вечномерзлых грунтов
 § 5.Методы уплотнения и упрочнения оттаявших грунтов
 § 6.Особенности производства земляных работ в условиях вечномерзлых грунтов
Литература
Аннотация на английском языке

 Предисловие

Посвящается
светлой памяти академика
Владимира Афанасьевича Обручева

В настоящей книге на базе анализа результатов многолетних исследований физико-механических свойств замерзающих, мерзлых и оттаивающих грунтов и протекающих в них криогенных процессов устанавливаются закономерности механики мерзлых грунтов как науки и их основные практические приложения.

За сорок лет, прошедших со времени выхода в свет первой работы по исследованию механических свойств мерзлых грунтов (работа автора в. сборнике N80 КЕПС АН СССР, 1930), и особенно за последние десятилетия, опубликован ряд солидных монографий и много работ, связанных с отдельными вопросами механики мерзлых грунтов. Так, хорошо известны монографии, внесшие известный вклад в становление и развитие механики мерзлых грунтов как науки: первая книга по механике мерзлых грунтов -- "Основания механики мерзлых грунтов" (Н.А.Цытовича и М.И.Сумгина, Изд-во АН СССР, 1937), "Принципы механики мерзлых грунтов" (Н.А.Цытовича, Изд-во АН СССР, 1952), удостоенная в 1950 г. Государственно)! премии "За разработку основ механики мерзлых грунтов"; "Основы механики промерзающих, мерзлых и оттаивающих грунтов" (Н.А.Цытовича и др., т.II, гл.3 сводного труда "Основы геокриологии", Изд-во АН СССР, 1959); "Реологические свойства и несущая способность мерзлых грунтов" (С.С.Вялова, Изд-во АН СССР, 1959), "Исследование деформаций мерзлых грунтов" (ч. II докторской диссертации Н.А.Цытовича, 1940).

Наконец, следует отметить аналитические исследования по реологии и консолидации мерзлых и оттаивающих грунтов Ю.К.Зарецкого (группа механики мерзлых грунтов НИИоснований), опубликованные в его докторской диссертации "Вопросы теории ползучести и консолидации грунтов и их практические приложения" (1971 г.) и в отдельных журнальных статьях.

По теплофизике мерзлых и вечномерзлых грунтов, решения которой совершенно необходимы для прогноза глубин протаивания мерзлых грунтов, а по ним и осадок оттаивающих грунтов, весьма важная работа опубликована Г.В.Порхаевым "Тепловое взаимодействие зданий и сооружений с вечномерзлыми грунтами" (Изд-во "Наука", 1970).

Кроме того, интересные материалы содержат сборники работ МГУ: "Мерзлотные исследования" (8 выпусков за 1961--1968 гг.); "Материалы VIII Всесоюзного совещания по геокриологии" (8 выпусков, Якутск, 1966 г.); "Материалы совещания-семинара по строительству на вечномерзлых грунтах" (20 выпусков Красноярского ПромстройНИИпроекта, 1964 г.); Сборники Института мерзлотоведения Сиб. отд. АН СССР; Труды ВНИИ-1 (Магадан, 1961, 1963 гг.) и много отдельных статей в технических журналах, составляющих лишь за последнее десятилетие более пяти тысяч печатных страниц.

Наконец, в 1967 г. был опубликован раздел официальных "Строительных норм и правил" (СНиП П-Б.6--66, объемом 3,2 печ. л., "Основания и фундаменты зданий и сооружений на вечномерзлых грунтах") и к этой же главе "Пособие по проектированию" (составленное под руководством С.С.Вялова и Г.В.Порхаева) объемом 14,3 печ. л.

Конечно, изложить столь обширные научно-технические материалы и охватить достаточно полно круг вопросов, затрагиваемых механикой мерзлых грунтов, при ограниченном объеме книги не представилось возможным. Поэтому естественно, что некоторые вопросы не столь подробно освещены, как этого хотелось бы автору, и не все полезные выводы из них сделаны.

Однако автор считает своевременным проанализировать основные результаты многолетних как отечественных, так и зарубежных исследований по механике мерзлых грунтов в свете новейших экспериментальных и теоретических данных и сделать общие выводы, установив закономерности механики мерзлых грунтов, важные для теории и практики.

Автор формулирует только основные закономерности и зависимости, которые позволяют разобраться в сложнейших вопросах механики мерзлых грунтов и обосновать методы устойчивого строительства сооружений на вечномерзлых грунтах; при этом излагается, главным образом, принципиальная сторона расчетов и уделяется много внимания физической стороне механических процессов, протекающих в промерзающих, мерзлых и оттаивающих грунтах, и их аналитическому описанию; конструирование фундаментов и детальная разработка методов производства работ рассматриваются в курсе "Основания и фундаменты".

Систематическое изложение механики мерзлых грунтов позволит разобраться читателям, научным работникам, инженерам и студентам в огромной литературе по механике мерзлых грунтов, что так важно для инженеров-геологов, ведущих полевые изыскания для строительства в области распространения вечномерзлых грунтов, и особенно для инженеров-строителей, использующих данные механики мерзлых грунтов в своей практике.

Знание закономерностей механики мерзлых грунтов необходимо и для оценки физико-геологических явлений и процессов, протекающих в промерзающих, мерзлых и оттаивающих горных породах; рассмотрение этих процессов не входит в задачи настоящего труда, так как это одна из проблем общей геокриологии (мерзлотоведения), освещаемой в специальных трудах (см. например "Общее мерзлотоведение" Б.Н.Достовалова и В.А.Кудрявцева. Изд-во МГУ, 1967 и др.)" которые в данной работе лишь учитываются, но подробно не излагаются.

Настоящая книга состоит из двух частей: I -- общей -- экспериментально -теоретической, излагающей закономерности механики мерзлых грунтов, используемые как при исследовании геокриологических процессов в массивах горных пород, так и при оценке мерзлых пород в качестве оснований и среды для различного рода инженерных сооружений, и   -- прикладной, посвященной разработке научных основ устойчивого строительства различного рода сооружений (гражданских, промышленных, дорожных и гидротехнических) на вечномерзлых грунтах.

Работа не претендует на исчерпывающий охват проблем механики мерзлых грунтов, а лишь подытоживает и обобщает результаты экспериментального и аналитического их исследования за последние примерно сорок лет, что позволяет уже в настоящее время с успехом использовать достигнутые результаты в практике инженерных изысканий и строительства в условиях вечномерзлых грунтов.

Автор

 Из введения

Затруднения при возведении сооружений на вечномерзлых грунтах. В обширных районах Севера и Северо-Востока СССР на площади около 11 млн. кв. км и почти на такой же площади в других странах (Северная Канада, Аляска) почво-грунты и вообще горные породы летом оттаивают на небольшую глубину (примерно на 1--3 м), а глубже (до 50--1000 м) находятся постоянно (веками) в мерзлом состоянии.

В сооружениях, возводимых на вечномерзлых грунтах без принятия особых, отличных от обычных условий, мер и методов, возникают совершенно недопустимые деформации, затрудняющие эксплуатацию сооружений и приводящие к их полному разрушению.

Мерзлые и вечномерзлые грунты вследствие наличия в них льдоцементных связей при сохранении отрицательной температуры грунтов являются достаточно прочными и устойчивыми природными образованиями. Однако при повышении и понижении их температуры (даже в области отрицательных значений температур) происходят существенные изменения свойств грунтов, что обусловливает нестабильность свойств мерзлых пород; при оттаивании же порового льда структурные льдо-цементные связи лавинно разрушаются и возникают значительные деформации, причем сильнольдистые вечномерзлые грунты при пылеватом и глинистом их составе превращаются в разжиженные массы.

Для маловлажных (слабольдистых) мерзлых грунтов оттаивание порового льда, разрушая льдо-цементные связи между частицами, уменьшает устойчивость структуры, значительно увеличивает сжимаемость и водопроницаемость оттаявших грунтов и во много раз снижает их прочность. При оттаивании же льдистых и сильнольдистых (пересыщенных льдом) грунтов наблюдается лавинное разрушение их структуры, скачкообразное изменение пористости, при этом возникают быстро протекающие местные (в местах оттаивания) просадки, часто сопровождающиеся выдавливанием разжиженных масс оттаявшего грунта в стороны от нагруженной поверхности (например, из-под фундаментов сооружений).

Просадки являются главнейшей причиной недопустимых деформаций сооружений, возводимых на вечномерзлых грунтах без принятия специальных мер против их оттаивания в основаниях сооружений.

Условия возведения сооружений в области распространения вечномерзлых грунтов, особенно на Крайнем Севере, представляются еще более сложными вследствие переувлажненности, а в мерзлом состоянии пересыщенности льдом верхних горизонтов почвогрунтов. На рис.1 показана выемка, отрытая при проведении грунтовой дороги в районе Алдана, характеризующая переувлажненность верхних слоев грунта, весьма осложняющую производство земляных работ. Кроме того, как правило, на глубине летнего оттаивания, т.е. на верхней границе вечномерзлой толщи, наблюдаются пересыщенные льдом горизонты, превращающиеся при оттаивании в разжиженные массы.

При протаивании вечномерзлых грунтов в основаниях зданий и сооружений, как показывает многолетняя практика строительства на вечномерзлых грунтах, возникают значительные, часто совершенно недопустимые деформации фундаментов и надфундаментных строений. Так, поданным П.Д.Бондарева, производившем обследования зданий, возведенных на вечномерзлых грунтах в г. Воркуте и Воркутинском районе, оказалось, что около 80% зданий имели недопустимые деформации, в том числе: сильно деформированных каменных (кирпичных) -- 78% (полное разрушение стен наблюдалось у 6% зданий, а наличие сквозных трещин в зданиях -- у 67%); деревянных рубленных -- 75% и деревянных каркасных -- 90%. Из числа обследованных каменных зданий 30% имели деформации катастрофического характерам требовали неотложного капитального ремонта, а из числа деревянных зданий 50% нуждались в капитальном и капитально-восстановительном ремонте.

На рис.2 показано деформированное шлакобетонное здание котельной шахты с наклонившейся дымовой трубой (вследствие неравномерной просадки протаявшего основания), а на рис.3 -- поперечный разрез по зданию и толще грунтов под зданием с нанесением границы вечномерзлых грунтов: начальной (1945 г.) и через 2 года (на 1947 г.) после эксплуатации котельной без принятия мер по отводу тепла, выделяющегося зданием в грунт. В результате неправильного устройства фундаментов (без отвода тепла) возникли значительные деформации здания -- за 2 года котлы дали осадку на 40 см, просели цементные полы, а бетонный фундамент дымовой трубы вследствие его неравномерной осадки вызвал наклон трубы к зданию котельной, чему способствовало образование несимметричной "чаши протаивания" грунтов под котельной.

Пример значительных неравномерных осадок, вызвавший большие трещины в полу здания, приведен на рис.4, где -показано внутреннее помещение одного из зданий рыбозавода в поселке Анадырь, построенного без учета свойств сильнольдистых вечномерзлых грунтов. Деформации были настолько велики, что дальнейший их рост привел к полному разрушению здания.

На рис.5 показаны неравномерные осадки цоколя и стен деревянного здания в поселке Хальмер-Ю (на север от Воркуты) через 1 год эксплуатации здания. Деформации возникли вследствие просадки при протаивании сильнольдистых грунтов под подошвой фундаментов.

Другой, также весьма существенной причиной возникновения значительных деформаций сооружений в условиях вечномерзлых грунтов является неравномерное и значительное по величине морозное лучение верхних слоев грунтов и выпучивание фундаментов при промерзании окружающих их грунтов, которое особенно велико при подтоке воды извне или наличии часто наблюдаемых переувлажненных горизонтов на верхней границе вечномерзлых грунтов. Так, на рис.6, показаны деревянные ворота в г. Якутске, неравномерно выпученные силами морозного пучения. Последние могут иметь огромную величину и без принятия мер против их возникновения или уменьшения до допустимой величины могут вызывать неравномерные выпучивания фундаментов и значительные деформации сооружений. Об огромной величине сил морозного пучения можно судить по рис.7, где показан разрыв довольно мощного ствола дерева (лиственницы) трещиной бугра морозного пучения в районе  г. Игарки.

Можно было бы привести еще много примеров деформаций сооружений на вечномерзлых грунтах, возникающих вследствие неравномерности осадок оттаивающих грунтов или от просадок сильнольдистых грунтов при протаивании, или неравномерного выпучивания фундаментов при морозном пучении, которые до недавнего времени были еще широко распространены в районах вечномерзлых грунтов.

Из всего вышеприведенного ясно, что разработки теоретических предпосылок и практических приемов устойчивого строительства сооружений на вечномерзлых грунтах должны базироваться на учете особенностей районов вечномерзлых грунтов, детальном изучении свойств замерзающих, мерзлых и оттаивающих грунтов, исследованиях механических процессов, протекающих в них под влиянием природных факторов и взаимодействия с сооружениями, и изысканиях путей и средств изменения свойств грунтов в желательных направлениях.

Следует, однако, отметить, что на базе решений механики мерзлых грунтов, полученных в результате обобщения многолетних экспериментально-теоретических исследований физико-механических свойств замерзающих, мерзлых и оттаивающих грунтов, уже в настоящее время представляется возможным установить научные основы устойчивого строительства сооружений на вечномерзлых грунтах, чему посвящена вторая часть настоящей работы.

Отметим, что уже первые отечественные работы (работы автора 1928--1930 гг.) по расчету фундаментов сооружений на вечномерзлых грунтах, ранее не имевшие места ни в отечественной, ни в зарубежной технической литературе, позволили правильно наметить генеральную линию и основные принципы строительства сооружений на вечномерзлых грунтах, что в дальнейшем полностью оправдало себя на практике.

Так, применение проветриваемого подполья, впервые расчетно обоснованное автором еще в 1928 г., позволило разработать широко и успешно применяемый в настоящее время метод возведения сооружений на вечномерзлых грунтах по принципу сохранения мерзлого состояния оснований.

Одним из первых сооружений, построенных по этому методу при консультации автора, было здание Нарынской высокогорной метеорологической станции, возведенное в 1930 г. на леднике Петрова (Алтай), прекрасно существующее без каких-либо деформаций уже многие годы.

В 1931--1933 гг. впервые в строительной практике было возведено большое промышленное здание -- тепловая Якутская центральная электростанция (ЯЦЭС) по методу сохранения мерзлого состояния грунтовых оснований, запроектированное по расчетным формулам автора и построенное при его консультации. Это здание с 1933 г. (т.е. уже около 40 лет) эксплуатируется без каких-

либо недопустимых деформаций (при достаточно высокой температуре внутри здания), причем граница вечномерзлых грунтов под зданием (по данным обследования Якутской научно-исследовательской станции АН СССР) не понизилась, а поднялась от 0,8 до 1,2 м против первоначального ее уровня, что увеличило устойчивость фундаментов.

Имеется также ряд примеров успешного возведения и существования зданий и сооружений, запроектированных по методу учета прогнозируемых на основе решений механики мерзлых грунтов осадок мерзлых грунтов при оттаивании, о чем будет изложено ниже.

В заключение приведем снимок главной улицы в заполярном городе Норильске -проспекта В.И.Ленина (рис.10), здания которого были запроектированы и построены по методу сохранения мерзлого состояния грунтов оснований. Эти здания оборудованы центральным отоплением, горячим и холодным водоснабжением и имеют все современные удобства. Как видно из рисунка, здания и в суровых условиях вечномерзлых грунтов Заполярья, запроектированные в соответствии с научными основами механики мерзлых грунтов с использованием положительных свойств вечномерзлых грунтов (при сохранении их отрицательной температуры), находятся в хорошем состоянии.


 Об авторе

Николай Александрович ЦЫТОВИЧ (1900-1984)

Выдающийся отечественный ученый, организатор науки, педагог и общественный деятель, специалист в области механики грунтов, геомеханики, фундаментостроения и инженерной геологии. Доктор технических наук, профессор, член-корреспондент АН СССР. Окончил Ленинградский институт гражданских инженеров (ныне ЛИСИ). Принимал участие в строительстве крупных промышленных и гидротехнических сооружений. Преподавал в ряде высших учебных заведений Ленинграда; работал в Институте мерзлотоведения АН СССР; заведовал кафедрой механики грунтов, оснований и фундаментов Московского инженерно-строительного института им. В.В.Куйбышева. Занимал пост председателя Президиума Якутского филиала АН СССР. Президент Национальной ассоциации СССР Международного общества механики грунтов и фундаментостроения. Лауреат Государственной премии СССР, Герой Социалистического Труда, кавалер многих орденов и медалей.

В своих статьях и книгах Н.А.Цытович разрабатывал научные основы строительства зданий и сооружений на многолетнемерзлых грунтах. Он является главой отечественной школы механики грунтов, а также основоположником новой отрасли знания -- прикладной геомеханики в строительстве, объединившей современные достижения глобальной и региональной геомеханики, механики скальных пород, многофазных (многокомпонентных) грунтов, органо-минеральных и органических масс, динамики литификации рыхлых отложений. Имя Н.А.Цытовича и его многочисленные труды в течение многих десятилетий пользуются непререкаемым авторитетом в нашей стране и за рубежом. Многие его ученики стали крупными учеными, известными инженерами, организаторами производства.

 
© URSS 2016.

Информация о Продавце