УДК: 624.131.4

Изучения процесса формирования контура увлажнения лессовой толщи под различными водоисточниками в натурных условиях

Калиев М.М.

Грунты опытного участка, на котором проводились натурные исследования, представлены лёссоводными суглинками с естественной влажностью 6,5-13% и пористостью 44-48%, которые по данным опытного замачивания относятся к категории среднепросадочных. Мощность просадочной толщи составляет 24-26м, ниже залегают песчано-галечниковые отложения. Грунтовые воды залегают ниже 27м от поверхности. Исследования проводились на двух группах водоисточников: первая – компактные водоисточники (круглые и квадратные); вторая – протяженные водоисточники (типа канала). Размеры и гидравлические характеристики объектов исследований приведены в табл.1.

Таблица 1

Объект	Размеры котлована в плане, м	Глубина котлована, м	Заложение откосов	Глубина наполнения, м
1 группа – компактные водоисточники
Котлован № 1	25х30	0,7	1:0,1	0,5
Котлован № 2	d = 10	0,7	1:0,1	0,5
Котлован № 3	d = 5	0,7	1:0,1	0,5
Котлован № 4	d = 4	0,7	1:0,1	0,5
2 группа – протяженные водоисточники (типа канала).
Котлован № 5	7х25	0,7	1:0,1	0,5
Котлован № 6	3х25	0,7	1:0,1	0,5
Котлован № 7	1х25	0,7	1:0,1	0,5

Объем подаваемой на замачивание воды фиксировался водомерами и контролировался объемным способом. Изменение положения каймы контуров фильтрации и динамика влажности грунтов в их пределах через определенные сроки устанавливалось по наблюденным скважинам с помощью нейтронного индикатора влажности (НИВ - 1), периодически контролировалось термостатно-весовым способом по данным бурения. Пробы грунта отобраны с 3^х кратной повторностью около радиометрических труб на расстоянии 4-5 см от их стенок.

В общем случае на формирование контуров увлажнения под котлованами в процессе их замачивания существенное влияние оказывает неоднородность сложения лёссовой толщи по фильтрационной способности отдельных маловодопроницаемых слоев. Наличие на опытом участке таких слоев на глубине 4 и 10 м предопределяет растекание воды в стороны от объекта замачивания по нижней границе верхнего слоя с большим коэффициентом фильтрации.

Когда фронт фильтрации проходил в более плотных вышеуказанных слоях, интенсивность промачивания в глубь и растекания в стороны резко снижалась, оставаясь почти одинаковой, но стоило кайме фильтрационного потока подойти вплотную к более проницаемому слою, как возрастала интенсивность промачивания.

В подтверждение сказанному можно убедится на примере увлажненной зоны (линии равных влажностей) на конец замачивания под прямоугольными котлованами (см.рис.3). Представленный рис.3 показывает, что резкий перелом кривой промачивания наблюдается на отмеченных слабофильтрующих слоях на глубине 4 и 10м. Так, если период промачивания верхних 3м под упомянутым котлованом составил 2,5сут., то ниже 6м были промочены лишь спустя 15 суток.

Под всеми котлованами, в пределах контура увлажнения, независимо от их размеров и формы влага продвигается вниз при весовой влажности грунта 18-20% или при степени влажности близкой 0,5. По мере продвижения влаги в глубь массива формирование боковой области увлажнения заканчивается.

В данных грунтовых условиях угол растекания воды не зависит от ширины (диаметра) водоисточника и составляет около 60^о.

В условиях установившейся фильтрации для однородных по водопроницаемости толщ лёссовых грунтов В.И.Крутов /1/ дальность бокового растекания влаги от края источника замачивания рекомендует определять по формуле:

(1)

а максимальную ширину увлажненной зоны по низу:

(2)

где: B - ширина замачиваемого объекта;

- ширина боковой области увлажненного контура;

Н - глубина замачивания или величина просадочной толщи грунта;

- угол наклона к вертикали ниспадающей прямой распространения воды в стороны. На основе экспериментальных данных величину этого угла он принимает для лёссовидных супесей 2040⁰ (), а для лёссовидных суглинков 4555⁰ ().

В.В.Ведерниковым /2/ для определения ширины фигуры фильтрации в изотропных грунтах была предложена следующая формула:

(3)

где: В - ширина канала;h - глубина воды в канале; - высота капиллярного поднятия грунта ; - определяется по таблице.

Дальность бокового растекания влаги от уреза воды в водоисточнике А.Е.Михалева /3/ предлагает определять на основе формулы В.В.Ведерникова /2/ для однородных сильнопросадочных грунтов Таджикистана (Колхозабад) по следующей зависимости:

(4)

а ширина фигуры фильтрации равна:

(5)

где - коэффициент, зависящий от формы поперечного сечения источника замачивания, принимаемый в пределах 1,52.

Учитывая высказанное предположение вышеотмеченных исследователей о том, что максимальные размеры боковой области увлажненной зоны зависят от глубины наполнения водоисточника, капиллярных свойств грунта и литологического строения грунтового массива (наличие слабофильтрующих или наоборот, дренирующих прослоек) целесообразнее, на наш взгляд, для исследуемых грунтовых условий, применение зависимостей (4) и (5), в которых при определении максимальных размеров боковой области увлажненной зоны, учитываются выше отмеченные факторы. Для этого подставив в формулу (4) результаты наших исследований определяем величину коэффициента «», который представлен в табл.2. Здесь величина «» принята на момент его стабилизации, а для исследованных грунтов значение =2,5м.

Таблица 2

Значение коэффициента «»

Наименование водоисточника	, м	, м
Котлован 25х30м	8,8	3,0	2,93
Котлован =10м	7,0	3,0	2,33
Котлован =5м	7,0	3,0	2,33
Котлован 7х25м	9,05	3,0	3,0
Котлован 3х25м	7,95	3,0	2,65
Котлован 1х25м	5,6	3,0	1,87

Из табл.2 видно, что коэффициент «» для различных водоисточников, при одинаковом их наполнении, колеблется в пределах от 2 до 3.

Следовательно для исследованных грунтовых условий ширину боковой области увлажненной толщи грунтов под водоисточником, определяющей зону возможных деформаций по его периметру, можно определить по зависимости:

(6)

тогда максимальная ширина увлажненной зоны будет равна:

(7)

где: В – ширина зеркала воды в водоисточнике.

Выводы

1. На формирование и развитие фильтрационного потока под котлованами в процессе их замачивания существенное влияние оказывают отдельные маловодопроницаемые слои лёссовой толщи.

2. С увеличением размеров источника замачивания увеличивается скорость движения влаги под воздействием гравитационных сил, повышается степень водонасыщения лёссового грунта увлажненного контура.

Литература

1. Крутов В.И. Расчет фундаментов на просадочных грунтах. М.: Стройиздат, 1972г.

2. Ведерников В.В. Влияние капиллярного поднятия на фильтрацию из каналов. Журн. «Гидротехническое строительство» №5, 1935г.

3. Михалева А.Е. Динамика влажности лёссовых просадочных грунтов. Автореферат диссертации на соискания ученой степени кандидата технических наук. М.: 1972г.