Experimental determination of the parameters of the methodology for investigating the frost strength bond of soil and foundation material

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Introduction. Freezing strength is a strength characteristic of frozen soils that describes their mechanical interaction with underground structures of buildings and structures. This characteristic is used in determining the bearing capacity of piles located in the zone of permafrost, and in assessing the pull-out effect of the tangential forces of frost heaving of seasonally frozen soils. The strength of freezing is determined by laboratory experiments, through the implementation of a shift of frozen soil relative to the material being tested. There are several different methods for determining the freezing strength, but all of them have some disadvantages: some are cumbersome and difficult to carry out; in others it is impossible to simulate all types of soil freezing conditions.Materials and methods. To study the freezing strength of glass-reinforced plastic with a frozen soil specimen, the Department of Geotechnics of SPbGASU proposed a new method for determining the freezing strength of soil and underground structures, which makes it possible to reduce the labour intensity of testing, minimize the additional impact on the tested soils during their preparation, and also take into account the peculiarities of soil freezing around the foundation. However, like any new method, it has a number of uncertainties. In the framework of this study, the optimal parameters of the method were experimentally established: the ratio of the diameter of the form to its height, the design of the support, as well as the method of insulation during freezing.Results. The shape of the tested specimen has a significant influence on the final value of the freezing strength, the construction of the support and the method of insulation of the specimens influence the obtained result during the test. The best solutions are: the use of a ring-shaped support that prevents mould movement and does not prevent ground movement, and the use of insulation by immersing the specimens in the insulation rather than wrapping them in it.Conclusions. A complete method for determining the frost strength bond of soil with underground structure material is presented, the reliability of the results obtained is superior to that of the data obtained by the GOST method, as shown by the lower value of the coefficient of variation within the results of the control sample of specimens.

About the authors

A. V. Boyarintsev

Saint-Petersburg State University of Architecture and Civil Engineering (SPbGASU)

Email: Andrey_boyarintsev@mail.ru

E. K. Kozlikin

Petromodeling lab

Email: eugenekozlikin@gmail.com

S. A. Kozelskikh

Design bureau “Rezerv”

Email: sergey.kozelskikh@yandex.ru

References

  1. Wen Z., Yu Q., Ma W., Dong S., Wang D., Niu F. et al. Experimental investigation on the effect of fiberglass reinforced plastic cover on adfreeze bond strength // Cold Regions Science and Technology. 2016. Vol. 131. Pp. 108–115. doi: 10.1016/j.coldregions.2016.07.009
  2. Волохов С.С., Соловьева Н.В. Прочность смерзания мерзлых грунтов с материалами трубопроводов // Основания, фундаменты и механика грунтов. 2010. № 5. С. 25–28. EDN SKAOLB.
  3. Волохов С.С. Влияние шероховатости поверхности материалов фундаментов на прочность смерзания с грунтом в различных условиях // Геоэкология. Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология. 1993. № 3. C. 76–81.
  4. Boyarintsev A.V., Lanko S.V. Experimental estimate of instantaneous adfreeze strength of glass-fibre reinforced plastic in frozen soil // Geotechnics Fundamentals and Applications in Construction: New Materials, Structures, Technologies and Calculations. 2019. Pp. 49–53. doi: 10.1201/9780429058882-10
  5. Соколов В.М. Исследование силового воздействия промерзающего грунта на вертикальные элементы трубопроводов : дис. … канд. техн. наук. Ленинград, 1976. 163 с.
  6. Рыжков И.Б., Минкин М.А., Исаев О.Н. Об определении длительной прочности мерзлых грунтов и несущей способности свай методом статического зондирования // Жилищное строительство. 2020. № 9. С. 54–64. doi: 10.31659/0044-4472-2020-9-54-64
  7. Гольдштейн М.Н. Деформации земляного полотна и оснований сооружений при промерзании и оттаивании. М. : Трансжелдориздат, 1948. 212 c.
  8. Цытович Н.А. Механика мерзлых грунтов : учеб. пособие. М. : Высшая школа, 1973. 446 с.
  9. Иоспа А.В., Аксёнов В.И., Шмелёв И.В. Некоторые результаты испытаний противопучинных и антикоррозионных покрытий для защиты металлических фундаментов на многолетнемерзлых грунтах // Основания, фундаменты и механика грунтов. 2015. № 5. С. 27–31. EDN VICRKL.
  10. Johnson J., Buska J.S. Measurement of frost heave forces on H-piles and pipe piles. State of Alaska department of transportation and public facilities, 1988.
  11. Hou X., Chen J., Yang B., Wang J., Dong T., Rui P. et al. Monitoring and simulation of the thermal behavior of cast-in-place pile group foundations in permafrost regions // Cold Regions Science and Technology. 2022. Vol. 196. P. 103486. doi: 10.1016/j.coldregions.2022.103486
  12. Hou X., Chen J., Jin H., Rui P., Zhao J., Mei Q. Thermal characteristics of cast-in-place pile foundations in warm permafrost at Beiluhe on interior Qinghai-Tibet Plateau: Field observations and numerical simulations // Soils and Foundations. 2020. Vol. 60. Issue 1. Pp. 90–102. doi: 10.1016/j.sandf.2020.01.008
  13. Mu Y., Wang G., Yu Q., Li G., Ma W., Zhao S. Thermal performance of a combined cooling method of thermosyphons and insulation boards for tower foundation soils along the Qinghai–Tibet Power Transmission Line // Cold Regions Science and Technology. 2016. Vol. 121. Рp. 226–236. doi: 10.1016/j.coldregions.2015.06.006
  14. Бояринцев А.В., Ланько С.В., Зыбцева А.В. Теплотехническое влияние фундамента на глубину промерзания и оттаивания грунтов // Промышленное и гражданское строительство. 2022. № 5. С. 14–23. doi: 10.33622/0869-7019.2022.05.14-23. EDN DTZGYI.
  15. Патент RU № 2749226. МПК: E02D 1/02. Способ определения прочности смерзания / Бояринцев А.В.; заявл. № 2020136455 от 03.11.2020, опубл. 07.06.2021.
  16. Бояринцев А.В., Шорина А.Ю., Родионова Е.С., Матюшина В.А. Опытное определение скорости морозного пучения для различных типов грунтов по степени пучинистости // Вестник гражданских инженеров. 2022. № 2 (91). С. 66–73. doi: 10.23968/1999-5571-2022-19-2-66-73. EDN KDPSDC.
  17. Long X., Cen G., Cai L., Chen Y. Experimental research on frost heave characteristics of gravel soil and multifactor regression prediction // Advances in Materials Science and Engineering. 2018. Vol. 2018. Pp. 1–13. doi: 10.1155/2018/5682619
  18. Ishikawa T., Kijiya I., Tokoro T., Akagawa S. Estimation of frost heave ratio of soils in contemplation of matric suction under low overburden pressure // Journal of Japan Society of Civil Engineers, Ser. E1 (Pavement Engineering). 2015. Vol. 70. Issue 3. Pp. 65–70. doi: 10.2208/jscejpe.70.I_65
  19. Arroyo M., Pineda M., Sau N., Devincenzi M., Perez N. Sample quality examination on silty soils // Geotechnical Engineering for Infrastructure and Development. 2015. Vol. 6. Pp. 2873–2878. doi: 10.1680/ecsmge.60678.vol6.445
  20. Аксёнов В.И. Засоленные мерзлые грунты Арктического побережья как основание сооружений. М. : Все о мире стр-ва, 2008. 351 с.
  21. Кудрявцев С.А. Влияние миграционной влаги на процесс морозного пучения сезоннопромерзающих грунтов // Реконструкция городов и геотехническое строительство. 2003. № 7. С. 233–240.
  22. Лебеденко Ю.П. Миграция влаги и сегрегационное выделение в льдодисперстных породах : дис. … канд. геол.-минерал. наук. М., 1978. 136 с.
  23. Частотинов Л.В. Миграция влаги в промерзающих неводонасыщенных грунтах. М. : Наука, 1973. 144 с.
  24. Патент RU № 2720595. МПК: E02D 5/24. 2020. Способ повышения несущей способности сваи по грунту / Бояринцев А.В., Ланько С.В.; заявл. № 2019145667 от 31.12.2019, опубл. 12.05.2020.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».