ПРОЧНОСТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИЛОВ ДЕЛЬТЫ Р. СЕВЕРНОЙ ДВИНЫ, СТАБИЛИЗИРОВАННЫХ ЦЕМЕНТНЫМ РАСТВОРОМ
DOI:
https://doi.org/10.25635/2313-1586.2023.02.057Ключевые слова:
прибрежные территории, ил, сопротивление недренированному сдвигу, одноосное сжатие, стабилизация грунтаАннотация
Представлены результаты исследований прочностных характеристик ила, закрепленного цементном. Ил отбирался с глубины 10,6 – 10,8 м на объекте строительства, расположенном на островной территории в дельте р. Северной Двины, где толща черного ила мощностью до 7 м перекрыта сверху слоями мелких и пылеватых песков от 2 до 7 м. Исходные свойства ила: плотность 1,78 ; плотность частиц 2,69 ; влажность 0,50; влажность на границе текучести 0,46; влажность на границе раскатывания 0,36; коэффициент пористости 1,27; модуль деформации 1,5 Мпа. Особенностью ила является содержание органики до 11%. Целью исследований был поиск зависимости сопротивления недренированному сдвигу с возможностью неограниченного бокового расширения сu от содержания цемента m. Указанную характеристику определяли методом одноосного сжатия цилиндрических образцов без обоймы по ГОСТ 12248.2-2020.
Для закрепления использовался цемент производства АО «Евроцемент» марки ЦЕМ 42,5Н с началом схватывания 135 мин, прочностью на сжатие в возрасте 2 сут - 30,9 МПа, прочностью на сжатие в возрасте 28 сут -57,9 МПа. Образцы в возрасте 28 сут нагружали вертикальной нагрузкой в нагрузочных рамах LoadTrac-II GeoComp вплоть до разрушения. Содержание цемента составляло 5, 10, 15 и 20 % от массы сухого грунта.
Закрепление цементом обеспечило увеличение прочностных характеристик исследуемого ила в несколько раз, в частности, если сопротивление недренированному сдвигу составляло 17 кПа, то при добавке 5 % цемента возросло до 85 кПа и превысило величину 75 кПа, свойственную слабым грунтам. Искомая зависимость сопротивления недренированному сдвигу сu (кПа)
Представлены результаты исследований прочностных характеристик ила, закрепленного цементном. Ил отбирался с глубины 10,6 – 10,8 м на объекте строительства, расположенном на островной территории в дельте р. Северной Двины, где толща черного ила мощностью до 7 м перекрыта сверху слоями мелких и пылеватых песков от 2 до 7 м. Исходные свойства ила: плотность 1,78 ; плотность частиц 2,69 ; влажность 0,50; влажность на границе текучести 0,46; влажность на границе раскатывания 0,36; коэффициент пористости 1,27; модуль деформации 1,5 Мпа. Особенностью ила является содержание органики до 11%. Целью исследований был поиск зависимости сопротивления недренированному сдвигу с возможностью неограниченного бокового расширения сu от содержания цемента m. Указанную характеристику определяли методом одноосного сжатия цилиндрических образцов без обоймы по ГОСТ 12248.2-2020.
Для закрепления использовался цемент производства АО «Евроцемент» марки ЦЕМ 42,5Н с началом схватывания 135 мин, прочностью на сжатие в возрасте 2 сут - 30,9 МПа, прочностью на сжатие в возрасте 28 сут -57,9 МПа. Образцы в возрасте 28 сут нагружали вертикальной нагрузкой в нагрузочных рамах LoadTrac-II GeoComp вплоть до разрушения. Содержание цемента составляло 5, 10, 15 и 20 % от массы сухого грунта.
Закрепление цементом обеспечило увеличение прочностных характеристик исследуемого ила в несколько раз, в частности, если сопротивление недренированному сдвигу составляло 17 кПа, то при добавке 5 % цемента возросло до 85 кПа и превысило величину 75 кПа, свойственную слабым грунтам. Искомая зависимость сопротивления недренированному сдвигу сu (кПа) от содержания цемента m (%) оказалась линейной: Cu = 4,0m + 67,9 (R2 = 0,94). Образцам модифицированного ила было свойственно хрупкое разрушение при достижении предельного сопротивления.
Полученная зависимость может использоваться при проведении изысканий и выполнении расчетов оснований зданий и гидротехнических сооружений, в том числе с применением методов численного моделирования.
Библиографические ссылки
Aguiar V. N., Andrade M.S., Martins I. S. M., Rémy J. P. P., Lima P.E., 2021. Compressibility and consolidation properties of Santos soft clay near Barnabé Island. Soils and Rocks, Vol. 44, No. 4, Pp. 1 – 18. DOI:10.28927/SR.2021.074821.
Akbarimehr D., Eslami A., Aflaki E., Imam R., 2020. Using empirical correlations and artificial neural network to estimate compressibility of low plasticity clays. Arabian Journal of Geosciences, Vol. 13, No. 1225. DOI:10.1007/s12517-020-06228-3.
A. Boz, A. Sezer, T. Ozdemir, G. E. Hızal, and O. A. Dolmacı, 2018. Mechanical properties of lime-treated clay reinforced with different types of randomly distributed fibers. Arabian Journal of Geosciences, Vol. 11, No. 6., P. 122.
ГОСТ 12248.2-2020. Грунты. Определение характеристик прочности методом одноосного сжатия. Введ. 2021-06-01. Москва: Изд-во Стандартинформ, 2020, 11 с.
ГОСТ 25.100-2020. Грунты. Классификация. Введ. 2021-01-01. Москва: Изд-во Стандартинформ, 2020, 41 с.
Cabalar, A.F., Awraheem, M.H. and Khalaf, M.M., 2018. Geotechnical properties of a low-plasticity clay with biopolymer. J. Mater. Civ. Eng., Vol. 30(8), No. 04018170.
Cai Y., Xu L., Liu W. et al., 2020. Field Test Study on the dynamic response of the cement-improved expansive soil subgrade of a heavy-haul railway. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, Vol. 128, No. 10, Pp. 58 – 78.
Cao Z., Ma Q., Wang H., 2019. Effect of Basalt Fiber Addition on Static-Dynamic Mechanical Behaviors and Microstructure of Stabilized Soil. Compositing Cement and Fly Ash. Advances in Civil Engineering, Vol. 2019, No. 8214534, P. 20. DOI: 10.1155/2019/8214534.
Chang I., Cho G.C., 2018. Shear strength behavior and parameters of microbial gellan gum-treated soils: from sand to clay. Acta Geotechnica, Vol. 14(2), Pp. 361 – 375. DOI:10.1007/s11440-018-0641-x.
Deqiang Che, Junhui Luo,Xianlin Liu, Decai Mi, Longwang Xu., 2019. Improved Double-Layer Soil Consolidation Theory and Its Application in Marine Soft Soil Engineering. J. Mar. Sci. Eng., Vol. 7 (5), No. 156. DOI:10.3390/jmse7050156.
Dhianty E., Mochtar I., 2018. Method of removing secondary compression on clay using preloading. MATEC Web of Conferences, Vol. 195, No. 03006. DOI: 10.1051/matecconf/201819503006.
ErzinY., Abasi H.M., Kordnaeij A., Erzin S., 2020. Prediction of Compression Index of Saturated Clays Using Robust Optimization Model. Journal of Soft Computing in Civil Engineering, Vol. 4., No. 3, Pp. 1 – 16. DOI: 10.22115/SCCE.2020.233075.1226.
Gao M., Yuan F., Xue Y., Guan P., 2020. Effect of Polyacrylamide on Com-pression Rate of Lime Stabilized Soil. Sains Malaysiana, Vol. 49(8), Pp. 1925 – 1934. DOI:10.17576/jsm-2020-4908-14.
Hassan N.M.K.N., Wahid S., Wahab M.T.A., 2018. Geotechnical and Minerology Properties of Marine Clay at the Northeast of Penang Island. MATEC Web of Conferences, Vol. 203, No. 04005. DOI: https://doi.org/10.1051/matecconf/201820304005.
Huang C., Li Q., Wu S., Liu Y., Li J., 2019. Assessment of empirical equations of the compression index of muddy clay: sensitivity to geographic locality. Arabian Journal of Geosciences, Vol. 12, No. 122, Pp. 1 – 13. DOI:10.1007/s[[517-019-4276-5.
Kifae A., Hassan A., Shanbara H., 2018. Empirical Relationships Between Index Properties and Compression Indices of Clayey Soils in Al-Nasiriya City. Journal of University of Babylon, Engineering Sciences, Vol. 26, No. 1, Pp. 348 – 356.
Kwon Y.-M., Chang I., Lee M. and Cho G.-C., 2019. Geotechnical engineering behavior of biopolymer-treated soft marine soil. Geomechanics and Engineering, Vol. 17, No. 5, Pp. 453 – 464 DOI: 10.12989/gae.2019.17.5.453.
Mashifana T. P., Okonta F. N.i., Ntuli F., 2018. Geotechnical Properties and Microstructure of Lime-Fly Ash-Phosphogypsum-Stabilized Soil. Advances in Civil Engineering, Vol. 2018, No. 3640868, Pp. 9 DOI: 10.1155/2018/3640868.
Nguyen T.N., Nguyen T.D., Bui T.S., 2021. Geotechnical Properties of Soft Marine Soil at Chan May Port, Vietnam. Journal of the Polish Mineral Engineering Society, Vol. 21, No. 2, Pp. 20 7– 216. DOI http://doi.org/10.29227/IM-2021-02-18.
Ruan B., Zheng S., Teng J., Ding H., Ma.C., 2020. Analysis on the Triaxial Shear Behavior and Microstructure of Cement-Stabilized Clay Reinforced with Glass Fibers. Advances in Civil Engineering, Vol. 2020, No. 8842091, Pp. 12. DOI: /10.1155/2020/8842091.
Salih N., 2019. Geotechnical characteristics correlations for fine-grained soils. 4th International Conference on Buildings, Construction and Environmental Engineer-ing, 7-9 October, Istanbul, Turkey, Vol. 737, No. 012099, Pp. 1 – 12. DOI:10.1088/1757-899X/737/1/012099.
Семкин В.В., 2020. Методическое пособие по укреплению грунтов методами струйной цементации, глубинным перемешиванием, инъекции растворами на ос-нове микроцементов, манжетной инъекцией в режиме гидроразрывов. Москва: АО «НИЦ «Строительство», 89 с.
H. Shi, Z. Li, W. Li, S. Wang, B. Wang, P. Wang, 2021. Effect of Freeze-Thaw Cycles on the Mechanical Properties of Polyacrylamide- and Lignocellulose-Stabilized Clay in Tibet. Advances in Materials Science and Engineering, Vol. 2021, No. 7723405, Pp. 16. DOI:10.1155/2021/7723405.
Shimobe S., Spagnoli G.A., 2022. General Overview on the Correlation of Compression Index of Clays with Some Geotechnical Index Properties. Geotechnical and Geological Engineering, Vol. 40, Pp. 311 – 324. DOI:10.1007/s10706-021-01888-8.
Suneel M., Kwon J., Im J.-C., Jeon C.W., 2010. Long-Term Consolidation and Strength Behavior of Marine Clay Improved with Fly Ash. Marine Georesources and Geotechnology, Vol. 28, Pp. 1 – 10. DOI: 10.1080/10641190903479031.
Tian M, Sheng X., 2020. CPT-Based Probabilistic Characterization of Un-drained Shear Strength of Clay. Hindawi. Advances in Civil Engineering, Vol. 2020, P. 1 15. DOI: https://doi.org/10.1155/2020/9617698.
Helle T. E., Aagaard P., Nordal S., Long M., Bazin S., 2019. Geochemical, mineralogical and geotechnical characterization of the low plastic, highly sensitive glaciomarine clay at Dragvoll, Norway. AIMS Geosciences, Vol. 5(4)., Pp. 704–722. DOI: 10.3934/geosci.2019.4.704/.
Шулятьев О.А., 2020. Снижение осадки фундамента за счет изменения напряженно-деформированного состояния основания путем инъекции твердеющего раствора. Вестник НИЦ «Строительство», Т. 26, № 3, С. 121 – 148.
Wang D. X., Wang H. W., Larsson S. et al., 2020. Effect of basalt fiber inclu-sion on the mechanical properties and microstructure of cement-solidified kaolinite. Construction and Building Materials, Vol. 241, No. 118085. 10.1016/j.conbuildmat.2020.118085.
