ПЛЯЖНЫХ ПЕСКОВ КУРШСКОЙ КОСЫ

Изложены результаты опытного определения в лабораторных условиях деформативных свойств образцов песка, отобранных на пляжах Куршской косы Балтийского побережья.

Ключевые слова: модуль сжимаемости, модуль осадки, модуль упругости, испытания.

В данной статье приводятся результаты экспериментального определения модуля сжимаемости, модуля осадки и модуля упругости образцов песка, отобранных на пляжах Куршской косы.

Испытания образцов пляжного песка выполнялись с использованием специального устройства [2] с помощью которого создавались условия, в которых находятся напорные откосы морских пляжей (периодическое затопление и осушение песка связанное с воздействием прибойных волн).

Испытания сжимаемости и осадки песка выполнялись штампом с квадратной площадью загрузки составляющей 4 см² при следующих ступенях давления: 1,0; 3,5; 5,5; 7,5 и 10 кПа (для песка, затопленного водой) и 25,0; 50,0; 75,0; 100,0 и 125,0 кПа (для осушенного песка). Испытания заканчивались при достижении давления, при котором отмечалось резкое увеличение осадки штампа (более 10,0 кПа для затопленного и более 125,0 кПа для осушенного образца) и начиналась нелинейная зависимость между осадками и нагрузкой. Замер величин осадок штампа осуществлялся индикатором часового типа с ценой деления 0,01 мм.

Модуль сжимаемости (общей деформации) (Па) вычислялся по ГОСТ на полевые испытания грунтов штампами по формуле [3]

,

где - коэффициент формы площади подошвы и жесткости штампа (для абсолютно жесткого штампа с квадратной площадью загрузки при отношении толщины слоя наносов к стороне площади загрузки более 5, =0,88); - коэффициент Пуассона, равный для песков 0,3; р - полная нагрузка на штамп, Па; в - сторона квадратного штампа, м; - конечная осадка штампа (остаточная и упругая, но в пределах линейной зависимости между осадками и давлением р), м.

Расчетное значение модуля сжимаемости пляжного песка принималось равным среднему значению, полученному по результатам испытаний шести образцов.

Результаты испытаний представлены на графике рис.1. Из последнего видно, что осадка штампа линейно зависит от нагрузки в диапазоне от 0 до 125 кПа, после чего увеличение нагрузки приводит к резкому росту осадки. Из представленного на рис.1 графика видно, что несущая способность пляжного песка при условии понижения уровня воды на расстояние, превышающее в 5 раз сторону квадратного штампа, составляет 125 кПа. Модуль сжимаемости для указанного на графике диапазона нагрузок в среднем равен 1,16 МПа.

Рис. 1. Зависимость осадки от нагрузки р для осушенного песка

Затем определялся модуль сжимаемости пляжного песка при полном затоплении водой, уровень которой над поверхностью песка составлял в опытах 1,5 см.

Результаты испытаний затопленного песка представлены на рис. 2. Видно, что песок в затопленном состоянии имеет существенно меньшую несущую способность 10 кПа и меньший модуль сжимаемости 0,12 МПа, по сравнению с осушенным песком.

Рис. 2. Зависимость осадки от нагрузки р для затопленного песка

Как следует из сравнения графиков рис.1 и 2 модуль сжимаемости песка при его затоплении снижается в 9,7 раза, а несущая способность – в 12,5 раза. Следует отметить, что даже при полном затоплении пляжного песка он сохраняет определенную несущую способность, которую следует использовать при проектировании и размещении на напорном откосе различных устройств по защите пляжей от размыва прибойными волнами.

Результаты определения модуля сжимаемости Е_р легли в основу расчета модуля осадки е_р, который определялся из выражения [3]

где р - нагрузка, при которой получено значение Е_р.

Зависимость модуля осадки пляжного песка от действующей нагрузки показаны на графиках рис. 3. Модуль осадки затопленного и осушенного песка также как и величины осадки (рис. 1, 2) линейно зависит от нагрузки р и дя его определения при различных уровнях нагрузки можно использовать данные табл. 1 и графики рис. 3.

Модуль упругости пляжного песка определялся при испытании образцов жестким круглым в плане штампом диаметром 2,5 см, осадка которого при разных ступенях нагрузки измерялась индикатором часового типа с ценой деления 0,01 мм. Перед установкой штампа поверхность образца песка тщательно выравнивалась, а при испытании обеспечивалось полное прилегание штампа к поверхности песка за счет точечного приложения нагрузки в центре опорной поверхности штампа.

Таблица 1

Результаты расчета модуля осадки е_р песка

Примечание: в скобках - диапазон изменения величин, определенный по минимальной и максимальной осадке в пробах

Рис. 3. Зависимость модуля осадки е от нагрузки р.