ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ СТОЛБЧАТЫХ ФУНДАМЕНТОВ С МЁРЗЛЫМ ГРУНТОМ

Известно, что напряжённо-деформированное состояние мёрзлых грунтов изменяется во времени вследствие протекающих в них реологических процессов [1; 2]. Указанные процессы активизируются в период оттаивания деятельного слоя грунта, что приводит к увеличению осадки фундаментов искусственных сооружений. Вследствие этого учёт процессов ползучести и оттаивания мёрзлых грунтов является важной задачей при проектировании транспортных конструкций в районах Крайнего Севера и Сибири.
Целью исследования является развитие методики оценки изменения во времени напряжённо-деформированного состояния в мёрзлом грунте под подошвой столба фундамента мостовой опоры c учётом ползучести и оттаивания мёрзлого грунта.
Моделируется и исследуется взаимодействие столбчатых фундаментов мостовых опор c пылеватым глинистым мёрзлым грунтом. Исследование проводится на примере реально существующего путепровода через автодорогу М‑56 «Лена», находящегося на перегоне Амга–Самырдах железнодорожного участка Томмот–Якутск железнодорожной линии Беркакит–Томмот–Якутск и имеющего опоры с фундаментами столбчатого типа. Указанная железнодорожная линия расположена в районе твердомёрзлых грунтов.
Исследуется изменение с течением времени главных сжимающих нормальных напряжений, а также перемещений в мёрзлом грунте под подошвой столба. Отрезок времени, в течение которого исследуется поведение вышеописанной системы, ограничен пятью месяцами. Рассматриваются два расчётных варианта: а) с учётом оттаивания мёрзлого грунта на различные величины (от 1,5 м до 4 м); б) без учёта оттаивания
мёрзлого грунта.
Показано, что оттаивание мёрзлого грунта даже на сравнительно небольшую величину от уровня природного рельефа приводит к существенному увеличению значений осадки столбчатого фундамента по сравнению с расчётным вариантом, когда оттаивание отсутствует (в 2÷2,5 раза). Вместе с тем установлено, что небольшие величины оттаивания оказывают малозаметное влияние на напряжённое состояние в мёрзлом грунте под подошвой столба. Кроме того, во всех рассмотренных расчётных вариантах (с учётом и без учёта оттаивания) зафиксировано снижение напряжений в мёрзлом грунте под подошвой столба с течением времени (релаксация напряжений). 

1. Цытович Н. А. Механика мёрзлых грунтов: Учеб. пособие. – М.: Высшая школа, 1973. – 448 с.

2. Вялов С. С. Реологические основы механики грунтов: Учеб. пособие. – М.: Высшая школа, 1978. – 447 с.

3. Ting, J. M. On the nature of the minimum creep rate-time correlation for soil, ice, and frozen soil. Canadian Geotechnical Journal, 1983, Vol. 20, Iss. 1, рp. 176–182. DOI: 10.1139/t83-017.

4. Tiande Miao, Xuexia Wei, Changqing Zhang. Creep of frozen soil by damage mechanics. Science in China (Scienctia Sinica) Series B, Vol. 38, Iss. 8, рp. 996–1002.

5. Songhe Wang, Jilin Qi, Zhenyu Yin, Jianming Zhang, Wei Ma. A simple rheological element based creep model for frozen soils. Cold Regions Science and Technology, 2014, Vol. 106–107, рp. 47–54. DOI: 10.1016/j.coldregions.2014.06.007.

6. Царапов М. Н., Котов П. И. Свойства мёрзлых грунтов при оттаивании // Путь и путевое хозяйство. – 2013. – № 9. – С. 31–34.

7. Özgan, E., Serin, S., Ertürk, S., Vural, I. Effects of freezing and thawing cycles on the engineering properties of soil. Soil Mechanics and Foundation Engineering, 2015, Vol. 52, Iss. 2, рp. 95–99. DOI: 10.1007/s11204-015-9312-1.

8. Иванов В. Н., Мерзляков В. П., Плотников А. А. Расчёт глубины протаивания многолетнемёрзлых грунтов в основании многослойных покрытий // Основания, фундаменты и механика грунтов. – 2018. – № 5. – С. 25–30.

9. Gioda, G., Gallavresi, F., Locatelli, L. A numerical and experimental study of the artificial freezing of sand. Canadian Geotechnical Journal, 1994, Vol. 31, Iss. 1, pp. 1–11. DOI: 10.1139/t94-001.

10. Nishimura, S., Gens, A., Olivella, S., Jardine, R. J. THM‑coupled finite element analysis of frozen soil: formulation and application. Géotechnique, 2009, Vol. 59, Iss. 3, рp. 159–171. DOI: 10.1680/geot.2009.59.3.159.

11. Веселов В. А. Проектирование оснований и фундаментов (Основы теории и примеры расчёта): Учеб. пособие. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Стройиздат, 1990. – 304 с.

12. СП 25.13330.2012. Основания и фундаменты на вечномёрзлых грунтах.

13. СП 22.13330.2016. Основания зданий и сооружений.

14. Вялов С. С. Прочность и ползучесть мёрзлых грунтов и расчёты ледогрунтовых ограждений. – М.: Изд-во АН СССР, 1962. – 253 с.

15. СП 24.13330.2011. Свайные фундаменты.