Одномерное компрессионное уплотнение торфа и торфяной залежи

Процесс идет без бокового расширения. За счет отжатия поровой жидкости, сжатия и удаления газовой фазы. Объем твердой фазы остается постоянным (его уплотнение ничтожно мало). Объем газа (0,5-3%) т.е. мал и им можно пренебречь. Главную роль при уплотнении играет объем жидкой фазы, форма и размеры микропор. В торфах самыми водонасыщенными элементами являются грубодисперсные волокнистые фракции с размерами более 250 мкм. В микропорах содержится иммобилизованная вода и защемленные пузырьки воздуха. Крупные частицы окружены и насыщены гуминовыми и глинистыми гелями тонкодисперсной фракции, что сильно осложняет процесс деформации в физическом смысле. Таким образом торф при уплотнении и разуплотнении следует считать сложным, обладающим упруго- вязко- пластичными свойствами, грунтом. Гидравлический радиус пор изменяется от 0,5 до нескольких десятков мкм. и сильно уменьшается в процессе уплотнения. Это свидетельствует о высокой подвижности поровой жидкости при внешнем давлении. Содержание влаги в торфе при невысоких давлениях (менее 5кг/ см²) достигает определенной критической величины (Wкр.1=190-230%) после чего процесс отжатия ее при уплотнении протекает значительно медленнее. Каждой уплотняющей нагрузке соответствует своя равновесная влажность. По ней можно судить о мере уплотнения торфа.

Процесс сжатия торфа описывается не логарифмической, а экспоненциальной зависимостью

λ= λmax(1-е₁^-M P) или е=е_min +е е₁^M Р

где е-коэф. пористости; е₁ –осн. натурального логарифма.

Параметры λmax и М можно установить по прямолинейной зависимости:

Δ λ/ ΔР=f(λ).

Ориентировочно М = 1,5, λmax = 0,9; 0,8; и 0,65 для слабо, средне и сильно разложившегося торфа соответственно.

Л.С.Амарян предложил интерпретировать Δ λ/ ΔР = f (λ) как а₀ =Δ λ/ ΔР),

где а₀ –коэффициент относительной сжимаемости, широко используемый при испытаниях грунтов.

Зависимость а₀ =f(Р) является параболической, поэтому зависимость а_0i от λi можно представить в виде линейной с пределами зависящими от физических характеристик торфа.

Рис 7.3 Зависимость а _о от относительной деформации для торфов различной степени разложения (R)

Уравнение коэффициента относительной сжимаемости:

а_0i = а_0н -к λi, где

а_0н –начальный коэф. сжимаемости, к= а_0н / λкр – коэф. пропорциональности.

Т.к. а_0i = λi/Pi, то относительная деформация λi, соответствующая ступени нормального давления Рi будет:

λi = Рi*а_0i /(1+K*Рi)

Величина конечной осадки уплотняемого слоя начальной толщины h₀ с учетом λ=Si/ h₀ будет:

Si = Pi а_0i h₀ /(1+K*Рi)

Зная что Екi = Eн + Р tgά, можно установить текущее значение модуля деформации Екi = Рi / λi т.е.

Екi = (1+KР)/ а_он

При Р→0, Ек→Ен, Екi =1/а_он

Это соответствует грунту при отсутствии внешней нагрузки с начальным коэффициентом пористости е₀.

Т.о. процесс уплотнения торфа сводится к установлению параметров а_oн и К которые можно определить, зная что

а_он=m(е₀-е_kp`)

где m- константа, е₀ устанавливается расчетом по значениям W,γ,γ_d, известным или найденным опытным путем. Тогда в уравнении остается неизвестным значения е_{kp`</sub> т.е.коэффициента пористости торфа после отжатая из него всей свободной, энергетически не связанной с твердой фазой влаги (характеризуется первым критическим влагосодержанием W<sub>kp`}).

С учетом плотности скелета γ_d и воды γ_w

е _{кр 1} = (γ _d / γ _w) W _кр1

В этом состоянии грунт не содержит газовой фазы и находится в 2-х фазном состоянии.

К = а _он / λ _кр1

λ _кр1 =(е ₀ – е _кр1 )/(1+ λ ₀ )

В практике торфяного производства оперируют давлениями не превышающими 1- 2 кг\см², поэтому вполне можно ограничиваться линейным участком на графике а₀=ƒ(λ) (рис 7.3) - λ_kp.

К = а _он / λ _кр1 = m(1+e ₀ ), где а _он = m(e _o – e _кр1 )

То есть основные параметры уравнения одномерного уплотнения органоминеральных грунтов a_oн и к зависят от начального (е₀ ( и конечного(е_kp`) коэффициентов пористости. [ См. уравнение: a_oi=a_oн-kλ_i]

Расчет конечной осадки S органического слоя торфяного грунта толщиной h₀ при заданном давлении P можно свести к определению W,γ, γ_d и е₀.

е _о = (1/γ) γ _d (1+w) - γ

Дата добавления: 2014-01-11