Прочностные свойства замороженных пород
Прочностные свойства замороженных пород во многом определяются соотношением количества льда и незамерзшей воды. Чем больше в замороженной породе льда, тем она.прочнее.
Незамерзшая вода при обычных отрицательных температурах (по, крайней мере до температуры примерно -70 °С) всегда со-
держится в том или ином количестве в замороженных породах. Незамерзшая вода в мерзлых и многолетнемерзлых грунтах может быть в двух состояниях: прочно связанном и рыхло связанном. Прочно связанная вода не замерзает даже при очень низких температурах до -70 °С. Рыхло связанная вода замерзает при температурах значительно ниже 0°С. В связи с указанным количество незамерзающей воды в замороженных породах уменьшается с понижением отрицательной температуры породы, причем каждый грунт характеризуется вполне определенной кривой содержания незамерзшей воды. На рис. 4.2 показана зависимость количества незамерзшей воды (изменение первоначальной влажности WH от температуры замораживания).
Как видно из рис. 4.2, чем более дисперсны породы, тем больше воды остается в незамерзшем состоянии при данной отрицательной -.температуре. Это связано с тем, что при увеличении дисперсности возрастает удельная поверхность минеральных частиц, а следовательно, породы обладают большей способностью связывать поровую воду. Таким образом, содержание незамерзшей воды в замороженных породах и ее изменения под влиянием внешних воздействий во многом определяют физико-механические свойства замороженных пород.
Газообразными компонентами замороженной породы могут явиться пары воды при неполном насыщении замороженной породы водой и льдом. Пары воды в замороженных породах могут играть в отдельных случаях существенную роль, так как они перемещаются от мест с большей устойчивостью (зависящей от температуры) к местам с меньшей упругостью и в водонасыщенных грунтах могут явиться основной причиной перераспределения влажности в процессе замораживания и оттаивания горных пород.
Совокупное влияние перечисленных компонентов в значительной степени влияет на изменение физико-механических свойств замороженных пород в процессе изменения внешних воздействий ((температуры, давления и т. д.).
Вышеизложенное легло в основу одного из основных законов механики мерзлых пород, который гласит: количество, состав и свойства незамерзшей воды и льда, содержащихся в замороженных породах, не остаются постоянными, а изменяются в зависимости от внешних воздействий, находясь в динамическом равно-
весии с последним. Этот закон получил название принцип,ч рли-новесного состояния воды и льда в мерзлых грунтах, устанавлНИ ет динамическое равновесие между количеством незамерзшей н<> ды и льда в мерзлых грунтах и величиной внешних воздействий: температурой, давлением и пр.
В процессе замораживания мелкодисперсных пород (мелкозернистые пески, глины) наблюдается миграция влаги (подсос воды к границе льдообразования), интенсивность которой зависит от скорости замораживания. Чем ниже температура замораживания, тем меньше это явление проявляется. Замороженные породы являются телами, в которых напряжения и деформации, возникнув под действием внешней нагрузки, не остаются постоянными, а с течением времени меняются, обусловливая процессы релаксации (расслабления) напряжений и ползучести (нарастания деформаций во времени). Вышеперечисленные факторы обусловливают нестабильность механических свойств замороженных: пород. В связи с этим при проектировании ледопородных ограждений необходимо учитывать эту особенность замороженных пород.
|