Сазды топырақтар

Кіріспе

 

Жұмыстың  жалпы ерекшілігі. Сазды топырақтар, олардың сулану ерекшеліктері, зертханалық жағдайда анықталған саздың физикалық, механикалық қасиеттері, сазды топырақтарды беріктендіру, суға қаныққан сазды топырақтарда қолданылатын іргетастарды зерттеу.

Жұмыстың  өзектілігі. Сазды топырақтар байланыстырушы топқа жатады. Олар тау жыныстарының механикалық бөлінуі мен химиялық бөлшектенуінің өнімі болып табылады. Сазды топырақтар қабыршақты құрылымның топырақты кішігірім агрегатын білдіреді (қабаттас, хлорид және т.б.), оның мөлшері 0,005мм-ден кіші және құмды – әртүрлі мөлшерлі дақылды бөліктер.

Сазды топырақтардың  электрохимиялық нығыздалуының  ерекшеліктері – жұмыс көлемінің  аздығы, жұмыстардың жоғары дәрежеде механикаландырылуы, топырақтың қасиеттерін  жолғарлату, ғимараттар мен жолдардың қолданылуы кезінде жұмыстардың жүру мүмкіндігі.

Көптеген құрылыс  жұмыстарында және ғимараттардың колдануы кезінде топырақтардың электрохимиялық  беріктендіруі кең қолданылуда. Осындай электрхимиялық өңдеу нәтижесінде осал сазды топырақтар берік және суға төзімді болып келеді.

Қазіргі таңда  суға қаныққан сазды топырақтардың  сулану еркшеліктері тақырыпта зерттеулер жүргізілуде және әлі де болса  өзектілігін жоғалтпауда.

Жұмыстың  мақсаты сазды топырақтардың түрлері, олардың сулану ерекшеліктері, беріктендіру әдістері және сазды топырақтарды қолданылатын іргетастар жайлы ақпараттар жинау, оларды зерттеп, талдап, талқылау.

Зерттеудің  міндеттері:

- сазды топырықтардың түрлерін білу;

-сазды топырақтардың беріктік қасиеттері мен оның құрылымдық ерешеліктерін зерттеу;

- сазды топырақтардың беріктендіру әдістерін мен шараларын негіздеу.

Зерттеудің  әдістері:

• сазды топырақтардың сулану ерекшеліктері бойынша әдебиет көздеріндегі деректерге талдау жасау және қорыту;
• сазды топырақтың беріктік қасиеттерін зертханалық сынау жағдайында зерттеу;
• сазды топырақтардың физикалық механикалық қасиеттерін талдап, саралау.

Жұмыстың  іс жүзіндегі құндылығы сазды топырақтардың сулануы ескерусіз шамада болуы үшін, ондай топырақтарда қолданылатын іргетастарды қирауға алып келмеуі үшін, оның физикалық механикалық қасиеттері мен беріктік қасиеттері ҚНжЕ сай табылған болуы керек. Осыған байланысты жасалған жұмыс әрі қарай толық зерттеліп, практикалық тұрғыда негізделуі тиіс.

Жұмыстың  жүзеге асырылуы. Келешекте осы жұмыстың қорытындылары дипломдық жобада қолданылады.

Жұмыстың  құрылымы мен көлемі. Жұмыс кіріспеден, үш тараудан, қорытындыдан және үстеме деректерден, 8-суреттен, 3-кестеден, 20 беттен тұрады.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Жұмыстың негізгі мазмұны

 

Бірінші тарау сазды топырақтар және олардың түрлеріне шолу жасауға арналған.

Сазды топырақтар байланыстырушы топқа жатады. Олар тау жыныстарының механикалық бөлінуі  мен  химиялық бөлшектенуінің өнімі болып табылады. Сазды топырақтар қабыршақты құрылымның топырақты кішігірім агрегатын білдіреді (қабаттас, хлорид және т.б.), оның мөлшері 0,005мм-ден кіші және құмды – әртүрлі мөлшерлі дақылды бөліктер.

Қабыршақты  және ұсақдақылды сазды топырақтардың  фракциясы жоғары үдемелі жазықтықпен  жанасады және жіңішке капиллярлы болады. Мұндай топырақты скелеттің құрылымы мен судың бар болуы, сазды топырақтарға байланыстырғыш қасиетін береді және бетте жарықшақтардың пайда болмау жағдайында жүктеме әсерінен өзгеріс қабілеттілігін білдіреді. Сазды топырақтардың байланыстырғыштығы суланудың азаюының ұлғаю есебінен болады. Сазды топырақтар өздерінің құрылымына қарай кіші коэффициентті фильтрациясы мен су өткізгіштігі төмен болады. Сазды топырақтардың суөткізгіштігі дақылды бөлшектердің саны мен мөлшерлерінің көбеюімен жоғарлайды.

Сазды бөлшектердің проценттік құрамы бойынша саздар, құмайттар мен саздақтар, ал топырақты  бөліктердің мөлшері бойынша  – сазды, сазды-тозаңды топырқтар  болып бөлінеді. Жол ісінде қабылданған түйіршікті құрам бойынша сазды топырақтардың классификациясы, 1-ші кестеде келтірілген. 

 

Кесте 1 - Түйіршікті құрам бойынша сазды топырақтардың  классификациясы

 

	Бөлшектер мөлшері, мм
Жыныстар	сазды 0,002		тозаңды 0,002 – 0,05	құмды 0,5 – 2,0
	Салмағы бойынша  фракция құрамы, %
Сазды топырақтар
Саздар	>30	—				Тозаңдыдан
Саздақтар	30—10	—				жоғары
Құмайттар	10—3	—
Сазды-тозаңды  топырақтар
Тозаңды саздар	>30	Құмдыдан,			—
Тозаңды құмайт	30—10	жоғары			—
Тозаңды саздақ	10—3				—

 

Консистенция  бойынша сазды топырақтар қатты, пластикалы және ағымды болып бөлінеді. Яғни қатты сазды топырақтар суды қабылдау мөлшеріне байланысты жұмсарады және алдымен платикалы, одан кейін ағымды жағдайға ауысады. Судың проценттік құрамы бір консистенциялық жағдайдан екіншіге ауысу кезінде пластикалы шегі болып табылады.

Сазды топырақтардың  әр түрі екі пластикалық шектен тұрады. Wp төменгі шегі минималды ылғалдануға сәйкес келеді, ол кезде топырақ қатты түрден пластикалы түрге ауысады, және жаю шегі деп аталады. Wt жоғары шегі ылғалдылықтың максималды шегіне сәйкес келеді, бұл кезде топырақ пластикалы жағдайдан ағымдыға ауысады.

Пластикалы  шектің төменгі және жоғарғы шектерінің арасындағы ылғалдылық айырымы пластиканың  саны деп аталады.

Сазды топырақтар пластика санына байланысты келесі түрлерге бөлінеді: 

 

Құмайт
Саздақ
Саз

 

Яғни, мысалы, егер топырақтың табиғи ылғалдылығы 28 %-ке, пластиканың төменгі шек ылғалдылығы W_Р=21 %, жоғары W_Т=48 % және пластика саны W_П=48 – 21=27 % тең болса, онда біріншіден топырақ сазды түрге жатады, яғни пластика саны W_П=27 > 17, және, екіншіден, саз пластикалы жағдайда болады, яғни оның табиғи ылғалдылығы – төменгі және жоғарғы пластикалы шегі мына аралықта болыд (48 > 27 > 21).

Сазды топырақтардың  пластика саны шартты сипаттамалы болып  табылады, олар оның құрылыстық қасиетін анықтайды — тығыздығы, ылғылдылығы және сығылуға төзімділік. Ылғалдылық төмендеген сайын тығыздық жоғарлайды, ал сығылу төмендейді. Ылғалдылық жоғарлаған сайын тығыздық төмендейді, ал сығылу жоғарлайды.

Екінші  тарау сазды топырақтардың сулану ерекшеліктеріне, олардың зертханалық жағдайда анықталған физикалық, механикалық қасиеттерін зерттеуге арналған.

Жоғарыда айтылып  кеткендей, құмды топырақтардың  физикалық қасиеттері сазды топырақтардың  физикалық қасиеттерінен айырмашылығы бар. Сондықтан, бұл топырақтар бір - бірінен құрылыстық сапалары бойынша ерекшеліктері келесідей:

1.Құмды топырақтардың ылғалдылығы 0%-тен 30-45% -ке шейін өзгереді, яғни құмды топырақтардың ылғалдылық пайызы кеуектілік пайызына тең және оның көлемі ылғалдылық жоғарлаған сайын өзгермейді. Сазды топырақтарда ылғалдылық 3%-тен 80–90%-ке дейін өзгереді, бұл кезде сулану бойынша сазды топырақтардың көлемі бөлшектер арасындағы кеуектілік көлемі өзгерумен жоғарлайды. 

2.Құмды топырақтардың  тығыздығы құмның ылғалдылығына байланысты емес, құмды топырақ сулы болуы мүмкін және біруақытта тығыз болады. Сазды топырақтың тығыздығы қысым мен ылғалдылықтың функциясы болып табылады, өйткені құрғақ саз ылғида тығыз болады, ал сулы немесе суланған барлық уақытта пластикалы немесе сәйкес ағымды болып келеді.

3.Құмды топырақтарда  бөліктер арасындағы күштердің  байланысы өте аз немесе мүлдем  жоқ, сондықтан құмды топырақтар  сусыма болып келеді. Сазды топырақтар  сулы пленкалар арқасында байланыстырушы  әсер етуші күштері болады.

4.Құмды топырақтардың тығыздалуы мен шөгуі күштің әсерімен біруақытта болады, ал сазды топырақтарда бірте – бірте жүктеменің қосымшасы кезінде біраз уақыт ішінде болады.

5. Құмды топырақтар  сулануы жақсы, сазды топырақтарда  су өткізбейді немесе су өткізгіштігі аз, ол дақылды бөлшектердің мазмұны мен олардың диаметрінің процентіне байланысты.

Егер топырақ табиғи жағдайда топырақты сулардың дәрежесінен төмен болса, онда оған судың таразылау әсері тиеді (Н₂О).

Мысал ретінде авариялық  жағдайды қарастыруға болады (сурет 1), ол жерасты резервуар эксплуатация кезінде пайда болды, ол жанар май сақтау үшін арналған болатын. Резервуарлар бос болған кезде, топырақ суларының көтерілу дәрежесі тез болды. Нәтижесінде тереңдетілген конструкцияларда шығарып тастаушы күштің әсері пайда болды, ол есептелмеген болатын және резервуарлар әркелкі вертикалды ауысуға ие болды. Конструкция эксплаутациядан шығарылды.

 

 

 

Сурет 1 -Бос резервуарлардың  таразыланатын сулардың әсері негізіндегі  авариялық жағдай схемасы

 

Таразыланатын әсерлер топырақтың минералды бөлшектерінен тұрады; (γ_s - γ_w) – қатты бөлшектердің салмағы

(

Таразыланатын сулар  әсерінің есебі немесе бетке шығатын  консрукциялар есебі жұмыс өндірісі кезінде орындалуы қажет.

Сонымен қатар, төмендегі фотографияларда келтірілгендей резервуарларда суларды сақтау үшін және авариялық жағдайдың болуның дамуы көрсетілген.

 

Қардың тез еруі кезінде  және шөгінділерде қазаншұңқыр сумен  тез толады және 60х90 м мөлшерлі бос резервуар бетке шықты, яғни біркелкі емес вертикалды жоғарыға ауысты. Мұндай біркелкі емес деформациялар конструкцияның бұзылуына әкеледі.

 

Яғни, судың таразылану әсерінің есебі ғимаратты жобалау  кезінде үлкен роль атқарады.

Топырақтардың суөткізгіштігі деп олардың кеуектері (қуыстары) арқылы сүзілтіп су өткізу қабілетін атайды. Бұл қасиеттің сандық көрсеткіші сүзілу (филтрация) коэффициенті k_f . Негізінде топырақтардың суөткізгіштігі оның кеуектілік дәрежесіне, түйіршікті құрамына, ішкі құрылымдық байланыстарына, су ағынының гидравликалық еңістігіне тәуелді кең аралықта өзгеруі мүмкін. Жалпы борпылдақ тау жыныстарынан тұратын кәдімгі топырақтардың барлығы суөткізгіш. Осындай топырақтарды олардың суөткізгіштік дәрежесінің азаюы реті бойынша шартты түрде мынадай тізбекпен көрсетуге болады: құмдар, саздақтар, саздар. Сүзілу коэффициенті (k_f) суға шылқыған топырақтарға орнатылған іргетастардың шөгу жылдамдығын, су жинайтын скважиналар мен құдықтарға жан жақтан ағып құйылатын және топырақтан үйілген бөгеттер немеесе құрғату, сорғыту құрылымдары арқылы сүзіліп өтетін судың шығынын есептеу үшін пайдаланылады.

Топырақ арқылы сүзілетін судың ағыстары бір  бірімен қиылыспайтын болғандықтан мұндай ағынның жылжуын судың  ламинарлық қозғалысы деп атайды. Жақсы сүзілетін топырақтар үшін (құмдар мен құмайттар) сүзілу коэффициентін 2-суретте көрсетілген құрылғы көмегімен анықтайды. Ол топырақпен толтырылған, ұзындығы l тең құбырдан және қосымша тағы екі құбырдан, яғни суды құйып және шығарып тастап тотырады.

 

Сурет 2 - Сүзілу коэффициентін анықтайтын құрылғы

 

Н₂ - Н₁қысым айырымына байланысты су (J) градиенті әсерінен сүзіледі. t уақыт мезетінде сүзіліп өткен судың V көлемін анықтап мына формуланы аламыз:

Сонымен Дарси заңының, яғни ламинарлық сүзілу заңының тәуелділігін шығаруға болады:

Негізінде осындай  заңдылық құмды топырақтарға тән. Алайда балшықты(сазды) топырақтардағы судың  қозғалысы эксперимент жүргізу  арқылы анықталағн Дарси заңдылығаның мынадай теңдеуімен сипатталады:

Мұнда J₀- зерттеуден өткен саздың бастапқы гидравликалық градиенті. 3-суретте көрсетілгендей 0-1 аралықта, яғни саздың сыртқы қысымның әсерінен нығыздалуы кезінде кеуек суында туындайтын арын J₀ шамасына дейін өссе де су ағыстарының топырақ арқылы сүзіліп қозғалуы тек қана кеуек суындағы арынның шамасы J₀ – ден асқанда ғана басталатынын көрсетеді. Өйткені сусыма, құиды топырақтармен салыстырғанда, сазды топырақтар арқылы су ағыстарының жылжуына олардың кеуек тесіктерінің өте тарлығы, қатты түйіршіктерінің сулы-коллоидты қабыршықтарының тұтқыр кедергісі еркше қарсы әсер тудырады. Сондықтан сазды топырақтарда судың сүзіліп қозғалуын мүмкін ету үшін, яғни айталмыш кедергілерді жеңу үшін кеуек суында шамасы J₀-ге тең қосымша арын тудыру қажет. Сөйтіп тек қана осы шарт орындалғанды ғана сазды топырақтан судың сүзіліп жылжуы басталады.