Изменение теплофизических и механических свойств заторфованных грунтов при уплотнении и промораживании

Введение. Известно, что обводненные заторфованные грунты преобладают на Севере России и на территории её Арктической зоны. Такие грунты обладают малой несущей способностью, что снижает возможность их использования при строительстве автозимников. Уплотнение (обжимка) заторфованных грунтов изменяет их теплофизические и физико-механические свойства, изменяя режимы промерзания и оттаивания слабых оснований, а также несущую способность сухопутных автозимников на заболоченных территориях. В статье отражены результаты экспериментальных исследований изменения теплофизических и физико-механических показателей заторфованного грунта при разной степени его уплотнения.

Методы и материалы. Для исследований применяли маловлажный грунт с высоким содержанием органического вещества (торфа) более 50%. Его уплотняли нагрузками, величина которых характерна при операциях по уплотнению (обжимке) слабых заторфованных оснований на автозимниках (0,01, 0,03 и 0,06 МПа), и замораживали в камере до температуры минус 15 ⁰С. Контроль температуры осуществляли на различной глубине образца через заданные промежутки времени. Для этого скомпоновали прибор, основными элементами которого являются термодатчики марки DS18B20 и микроконтроллер ArduinoNano. Теплопроводность талого и мёрзлого грунта определяли с помощью зондового прибора МИТ-1. Для определения прочности (твёрдости) образцов использовали динамический плотномер Д-51 и универсальный пенетрометр ПУС-3М.

Результаты. Уточнены свойства исследуемого органического грунта. Определена теплоёмкость этого грунта в зависимости от его влажности, температуры и плотности. Оценено влияние степени уплотнения грунта на кинетику его промораживания. Представлены результаты исследования зависимости условной прочности (твёрдости) грунта при разной температуре и плотности, а также результаты интерпретации результатов динамического зондирования в модуль упругости для исследуемого заторфованного грунта.

Заключение. Уплотнение (обжимка) заторфованного грунта увеличивает его теплопроводность и скорость промерзания верхнего слоя болота, что способствует ускорению ввода автозимника в эксплуатацию. Уплотнение (обжимка) заторфованного грунта значительно увеличивает его прочность при замораживании, что предопределяет увеличение несущей способности автозимников на болотах. Наиболее перспективно использование для оперативного контроля плотности и прочности промороженной торфяной плиты на автозимниках методов динамического зондирования пенетрометрами различной конструкции. Получены результаты определения условного показателя прочности (твёрдости) торфяного грунта с помощью зондирования динамическим плотномером и универсальным пенетрометром.

1. Куликов А.В., Фирсова С.Ю., Дорохина В.С. Повышение эффективности автомобильных перевозок в условиях Крайнего Севера Российской Федерации // Вестник СибАДИ. 2021; 18(3): 286–305. https://doi.org/10.26518/2071-7296-2021-18-3-286-305

2. Филиппова Н.А. Научные пути решения проблем организации и планирования перевозок грузов в районы Крайнего Севера и Арктические зоны России // Интеллект. Инновации. Инвестиции. 2024. № 2. С. 11–22. https://doi.org/10.25198/2077-7175-2024-2-11.

3. Боброва Т.В., Бедрин Е.А., Дубенков А.А. Прогнозирование эффективности дорожных конструкций на многолетнемерзлых грунтах // Вестник СибАДИ. 2011. № 22. С.11–16.

4. Куклина В.В., Осипов М.Е. Роль зимников в обеспечении транспортной доступности арктических и субарктических районов Республики Саха (Якутия) // Общество. Среда. Развитие. 2018. № 2. С. 107–112.

5. Морозов В.С. Расчет однослойных зимних автомобильных дорог на прочность // Инновационная наука. 2015. №11. С. 84–88.

6. Морозов, В.С., Фомин Е.Г. Исследование реологических свойств мерзлого торфа // Известия ВУЗов. Лесной журнал. 2009. № 6. С. 72–80.

7. Морозов В.С. Расчет на прочность оснований зимних дорог на заболоченных грунтах // Известия ВУЗов. Лесной журнал. 2012. № 6. С. 58–65.

8. Иванов Г.Н. Изучение упругих свойств торфа при промерзании // Труды Инсторфа. 2021. № 23 (76). С. 11–17.

9. Мадьяров Т.М., Русмиленко А.К., Костырченко В.А. Технология строительства автозимников специального назначения для перевозки негабарита с применением комбинированной машины // Инженерный вестник Дона. 2021. № 10 (82). С. 291 – 300.

10. Егоров А.Л., Мерданов М.Ш., Черняков Е.Н., Чернякова О.О. Комплект машин для строительства временных зимних дорог // Современные проблемы науки и образования. 2013. № 5. С. 97 – 101.

11. Шитый В.П., Шаруха А.В., Мерданов Ш.М., Сысоев Ю.Г. Обоснование целесообразности создания машин, совмещающих технологические операции при строительстве снеголедовых дорог // Современные проблемы науки и образования. 2014. № 3. С. 145

12. Мадьяров Т.М., Русмиленко А.К., Костырченко В.А. Компоновка комбинированной машины на базе автомобиля КамАЗ // Инженерный вестник Дона. 2022. № 4 (88). С. 566 – 575.

13. Обухов А.Г., Шаруха А.В., Костырченко В.А. Прицепное вибрационное устройство для проминки болотистых оснований под строительство снеголедовых дорог // Вестник Курганской ГСХА. 2015. № 4 (16). С. 71–72.

14. Болдырев Г.Г. Руководство по интерпретации данных испытаний методами статического и динамического зондирования для геотехнического проектирования: монография. М.: Изд-во ООО «Прондо». 2017. 476 с.

15. Matsumoto, T; Sakaguchi, H., Yoshida, H. &Kita, K: Significance of two-points train measurements in SPT. Soils and Foundations. JSSMFE. 1992. Vol. 32. № 2.pp. 67–82.

16. Самофеев Н.С., Ковалева Д.В. Оценка эффективности применения средств малой механизации при динамическом зондировании грунта в стесненных условиях // Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ». Том 9, № 6 (2017). https://naukovedenie.ru/PDF/05EVN617.pdf https://naukovedenie.ru/PDF/05EVN617.pdf (доступ свободный).

17. Пономарев А.Б., Сычкина Е.Н. Сопоставление механических свойств аргиллитов раннепермского возраста по результатам полевых и лабораторных испытаний // Вестник МГСУ. 2013. № 2. С. 55–63.

18. Протодьяконова Н.А. Теплофизические свойства торфов и заторфованных песчаных грунтов / Н.А. Протодьяконова, А.В. Степанов, А.М. Тимофеев, О.Н. Кравцова, Н.И. Таппырова // Успехи современного естествознания. 2024. № 1. С. 52–57; URL: https://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=38207 (дата обращения: 12.10.2024).

19. Миляев А.С. Альтернативная методика расчета промерзания слоистых оснований сезонных зимних лесовозных дорог // Труды лесоинженерного факультета ПетрГУ.Петрозав. гос. ун-т. Петрозаводск, 2010. Вып. 8. С. 83–87. DOI: 10.15393/j2.art.2010.1773. Текст: электронный. Режим доступа: Resources and Technology: научный журнал. 2010. Вып. 8. URL: https://elibrary.petrsu.ru/books/50450 (дата обращения: 12.11.2024).

20. Семёнова Т.В., Долгих Г.В., Полугородник Б.Н. Применение Калифорнийского числа несущей способности и динамического конуса пенетрометра для оценки качества уплотнения грунта // Вестник СибАДИ. 2013. № 1(35). С. 59–66.