Закон уплотнения грунта: Лекция 1. ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ МЕХАНИКИ ГРУНТОВ

Сжимаемость грунтов. Закон уплотнения

Сжимаемость грунтовявляется характернейшим их свойством, существенно отличающим грунты от массивных горных пород и других твердых тел, и заключается в способности грунтов изменять (иногда значительно) свое строение (упаковку твердых частиц) под влиянием внешних воздействий (сжимающей нагрузки, высыхания, коагуляции коллоидов и пр.) на более компактное за счет уменьшения пористости грунта.

Уменьшение пористости грунтов при более компактной упаковке частиц происходит как вследствие возникновения некоторых местных сдвигов частиц и соскальзывания более мелких частиц в поры грунта, так (особенно у дисперсных водонасыщенных глинистых грунтов) и вследствие изменения толщины водно-коллоидных оболочек минеральных частиц под влиянием увеличения давления, высыхания, коагуляции и пр.

Кроме того, на переупаковку частиц влияет ползучесть скелета грунта и оболочек прочносвязанной воды (которые также можно относить к скелету грунта), обусловленная искажением формы кристаллических решеток минеральных частиц и медленным вязким течением молекулярных слоев прочносвязанной воды.

Следует здесь же отметить, что для грунтов полностью водонасыщенных изменение пористости возможно лишь при изменении их влажности (выдавливании или всасывании воды) и некоторого внутри-объемного сжатия газовых включений; для грунтов же неводонасыщенных оно может происходить и при сохранении их влажности.

Изменение объема пор дисперсных грунтов при высыхании (в процессе обезвоживания диффузных оболочек и увеличения капиллярного сжатия), а также в результате медленных физико-химических процессов (например, старения коллоидов) учитывают лишь в отдельных исключительных случаях, и основным процессом изменения объема грунтов будет уплотнение их под нагрузкой.

Следует различать уплотняемость грунтов при кратковременном действии динамических нагрузок (механическую) и

уплотнение при длительном действии постоянной статической нагрузки (компрессию, консолидацию и пр.).

При механическом воздействии вибрационными, трамбующими и подобными механизмами хорошо уплотняются лишь маловлажные рыхлые песчаные и неводонасыщенные грунты, имеющие жесткие контакты между минеральными частицами, которые при этих воздействиях легко нарушаются, что и обусловливает перегруппировку частиц и более плотную их упаковку. В водонасыщенных же песках динамические нагрузки вызывают значительные напоры в воде, грунт взвешивается в некоторой области и при определенных условиях разжижается, растекаясь по большой площади. Однако чем больше внешнее давление на поверхность грунта, подвергаемого динамическому воздействию (например, вибрационному), тем менее оно эффективно, так как труднее преодолеваются усилия в точках контакта частиц.

В глинистых грунтах, которые вследствие их связности при динамических нагрузках уплотняются очень мало, возникающие в воде напоры при незначительной водопроницаемости этих грунтов погашаются на весьма малом расстоянии и разжижения не происходит.

При уплотнении грунтов сплошной постоянной нагрузкой (компрессии грунтов) следует рассматривать, по крайней мере, два диапазона давлений: 1 — когда внешнее давление меньше прочности структурных связей и 2 — когда эти связи преодолены.

В первом случае, как показывают исследования, проведенные в МИСИ и других исследовательских организациях, уплотнения грунтов не происходит, так как возникающие под действием внешней нагрузки деформации в этом случае будут упругими деформациями структурных связей и грунт будет деформироваться как сплошное квазитвердое тело.

Во втором случае, т. е. когда жесткие структурные связи преодолены (при давлениях, больших структурной прочности), грунты будут уплотняться значительно, причем для грунтов с водно-коллоидными связями уплотнение будет происходить за счет сжатия водно-коллоидных оболочек минеральных частиц с выдавливанием некоторого количества воды, а также в известной мере и за счет ползучести скелета грунта. Выдавливание же воды для данных глинистых грунтов возможно лишь при напоре, вызываемом действием внешней нагрузки, большем некоторой начальной величины.

Для грунтов, обладающих одновременно и мягкими водно-коллоидными и жесткими кристаллизационными связями, процесс уплотнения будет значительно сложнее.

Зависимость между влажностью, давлением и коэффициентом пористости. Для установления основных показателей сжимаемости грунта производят испытания его на уплотнение под нагрузкой в условиях одномерной задачи, когда деформации грунта могут развиваться только в одном направлении и никакие другие силы, кроме внешней нагрузки, не действуют.

При испытании водонасыщенного грунта его поверхность покрывают слоем воды, что позволяет избежать высыхания грунта в процессе опыта (который длится обычно от нескольких часов до нескольких дней), а следовательно, избежать развития в нем сил капиллярного давления.

Для испытания грунта на сжимаемость применяют приборы с жесткими стенками (одометры) для обеспечения сжатия грунта только в одном направлении (без возможности его бокового расширения – рис. 13, а).

 

Рис. 13. Схемы компрессионного сжатия грунта в жестком кольце (а) и при сплошной нагрузке (б)

Подобные граничные условия соответствуют в натуре сжатию отдельного слоя грунта под действием сплошной равномерно распределенной нагрузки (например, веса вышележащих слоев грунта — рис. 13, б). Нагрузку на поверхность грунта прикладывают отдельными возрастающими ступенями (например, 0,05; 0,10; 0,25; 0,5; 1,0; 2,0; 4,0 кгс/см

2, соответственно 0,005; 0,010; 0,025; 0,05; 0,1; 0,2; 0,4 МПа), так как чем более будет уплотнен грунт предыдущей ступенью нагрузки, тем меньше будут его деформации и требуется большая точность измерений.

Опытами (проф. Терцаги и др.) было установлено, что для водонасыщенных, но маловодопроницаемых глинистых грунтов каждому приращению внешнего давления соответствует вполне определенное изменение влажности. Зависимость между влажностью и давлением можно изобразить в виде графика (рис. 14, а), который носит название компрессионной кривой. Так как для полностью водонасыщенных грунтов существует закономерная связь между влажностью и коэффициентом пористости [зависимость e = ω_maxγ_s], то компрессионную кривую (рис. 14,

а) легко перестроить в координатах коэффициент пористости — давление (рис. 14, б).

Дальнейшие исследования показали, что компрессионные кривые применимы для оценки сжимаемости любых дисперсных материалов (связных, сыпучих), но для материалов водопроницаемых (например, песков) не могут быть построены по изменению влажности, так как при нагрузке этих материалов влажность восстанавливается почти мгновенно.

 

 

 

Рис. 14. Компрессионные кривые для глинистого грунта: 1 – кривые уплотнения; 2 – кривые разуплотнения (набухания)

 

Более общим методом построения компрессионных кривых является метод определения коэффициента пористости по осадкам образца грунта при уплотнении их в компрессионном приборе.

Если обозначить:

e₀ —

начальный коэффициент пористости грунта;

e_i — коэффициент пористости грунта при любой ступени нагрузи;

s_i — полная осадка образца при данной нагрузке (р_i,), измеренная от начала загружения;

Δn_i — изменение пористости грунта (объема пор) от начала загружения;

h — начальная высота образца грунта,

то, учитывая, что коэффициент пористости есть отношение объема пор к объему твердых частиц, будем иметь

e_i = e₀ – Δn_i/m. (15)

Так как для образца грунта, испытываемого без возможности бокового расширения, изменение объема пор Δn_i — численно равно произведению осадки s_i на площадь образца F, т. е.

Δn_i = s

iF, (16)

 

а объем твердых частиц во всем объеме грунта, учитывая выражение m = 1/(1 + e),

 

m = Fh · 1/(1 + e₀) (17)

 

то, подставляя (в₂) и (в₃) в (в₁), получим

 

e_i = e₀– (1 + e₀)s_i/ h(1) (18)

 

Формулой (15) и пользуются для вычисления коэффициентов пористости, соответствующих данным ступеням нагрузки, а по ним строят и всю компрессионную кривую.

В ряде случаев (например, при оценке деформируемости просадочных грунтов и учете нелинейности сжатия при большом диапазоне давлений) в качестве характеристики сжимаемости грунтов применяется и так называемый модуль осадки (предложенный проф.

Н. Н. Масловым, 1941) ε_p = s_i/h — относительная деформация грунта при данном давлении, выраженная в промиллях (мм/м).

Для грунтов естественной ненарушенной структуры компрессионная кривая имеет два участка (рис. 15): первый — до давлений, не превосходящих структурной прочности грунта р_стр, с очертанием, близким к линейному, и очень малыми изменениями коэффициента пористости, и второй — криволинейный, со значительными изменениями коэффициента пористости, что указывает на уплотнение грунта под нагрузкой, превосходящей структурную прочность грунта. При меньших же нагрузках уплотнения грунта не происходит.

 

Рис. 15. Компрессионные кривые для образцов грунта ненарушенной структуры

 

 

 

Рис. 16. Компрессионная кривая в полулогарифмических координатах

В дальнейшем мы будем рассматривать компрессионные кривые только при давлениях, больших структурной прочности грунтов.

Что касается величины структурной прочности грунтов р_стр, то, как будет показано в последующих главах, она является весьма важной характеристикой грунтов. Величину ее можно определить по компрессионной кривой ненарушенной структуры, испытывая грунты (до достижения структурной прочности) весьма малыми ступенями нагрузки (примерно 0,02-0,10 кгс/см², 0,002-0,010 МПа), тогда резкий перелом компрессионной кривой и будет соответствовать достижению структурной прочности сжатия грунта (рис. 15).

Другой метод определения структурной прочности предложен проф. Е. И. Медковым по результатам испытания бокового давления грунта при трехосной компрессии и соответствует давлению, при котором практически отсутствует боковое давление грунта.

Определение указанных выше давлений требует разработки специальной методики испытания, и в настоящее время величина структурной прочности может быть определена лишь с известным приближением, зависящим, главным образом, от точности измерений.

Если начертить компрессионную кривую в полулогарифмических координатах (рис. 16), то изменения коэффициента пористости грунта (для давлений, больших структурной прочности) будут линейно зависеть от логарифма изменений внешнего давления. Тогда уравнение компрессионной кривой для большого диапазона давлений может быть представлено в виде

e_i = e₀ – С_c ln (p_i/p₀), (19)

где е₀и p₀ — начальные коэффициент пористости и давление, близкое величине структурной прочности; e_iи р_i — коэффициент пористости и давление, соответствующее i-й ступени нагрузки; С_с — коэффициент компрессии.

 

 

Рис. 17. Определение параметров отрезка компрессионной кривой

 

Коэффициент компрессии С_с есть тангенс угла наклона полулогарифмической кривой к оси давлений и численно равен разности коэффициента пористости при р_i=е, т. е. при p_i = 2,72 кгс/см²; (~0,272 МПа) и р₀ = 1 кгс/см², так как при

p_i = е lnp_i= 1.

Этот коэффициент (по размерности отвлеченное число) характеризует сжимаемость грунтов в большом диапазоне давлений.

Если ограничиться небольшим изменением давлений (порядка 1 — 3 кгс/см², 0,1 — 0,3 МПа, что обычно и имеет место в основаниях сооружений), то с достаточной для практических целей точностью можно принять отрезок прямой кl компрессионной кривой (рис. 9) за прямую. Тогда согласно обозначениям на рисунке будем имеет

e_i = e₀ – tgαp_i (20)

 

Тангенс угла наклона отрезка компрессионной кривой к оси давлений tgα характеризует сжимаемость грунта в рассматриваемом диапазоне давлений (от p₁до p₂), так как чем больше угол наклона α, тем больше будет и сжимаемость грунта. Эта величина носит название коэффициента сжимаемости грунта и обозначается m₀, т. е.

m₀= tgα. (21)

 

Коэффициент сжимаемости может быть выражен через значения р и е для крайних точек k и l прямолинейного отрезка (рис. 17):

 

m₀ = (e₁ – e₂)/(p₂ – p₁) (22)

 

или, обозначив p₂ – p₁= p (где р — приращение давлений, или так называемое действующее давление), будем иметь

 

m₀ = (e₁ – e₂)/p, (23)

 

т. е. коэффициент сжимаемости равен отношению изменения коэффициента пористости к величине действующего давления.

Подставляя в уравнение (21) вместо tgα величину т₀,получим уравнение прямолинейного отрезка компрессионной кривой в виде

 

e_i = e₀ – m₀ p_i. (24)

 

Для отрезка к’1′ (рис. 17) кривой набухания (разгрузки) точно таким же путем получим

e’_I = e’₀ – lgα’ p’_i, (25)

 

где tg α’ — коэффициент набухания.

При расчетах осадок уплотнения грунтов часто пользуются величиной так называемого коэффициента относительной сжимаемости m_υ, равной

 

m_υ = m₀/ (1 + e₀). (26)

 

Физический смысл этого коэффициента установим на основании следующих соотношений.

Из уравнения имеем

e₀ – e_i= m₀ p_i (27)

с другой стороны, из выражения

 

e₀ – e_i= (1 + e₀)s_i/ h. (28)

 

Приравнивая правые части (27) и (28) и принимая во внимание выражение m_υ = m₀/ (1 + e₀), получим

m_υ = s_i / hp_i, (29)

 

т. е. коэффициент относительной сжимаемости равен относительной осадке s_i / h, приходящейся на единицу действующего давления p_i.

Таким образом, имеем следующие характеристики сжимаемости грунтов: С_с, т₀и m_υ, причем первый коэффициент — число отвлеченное, а коэффициенты т₀и т_υимеют размерность, обратную удельному давлению (см²/кгс).

Закон уплотнения. Уравнение (24) описывает изменение коэффициента пористости лишь для спрямленного участка компрессионной кривой и поэтому является уравнением приближенным. Если же изменения давлений будут бесконечно малыми, то изменения коэффициента пористости будут строго (точно) пропорциональны изменению давления. Дифференцируя уравнение (24), получим

de = — m₀dp. (30)

Полученное соотношение имеет особо важное значение в механике грунтов и кладется в основу установления ряда ее фундаментальных положений: принципа линейной деформируемости, принципа гидроемкости, дифференциального уравнения консолидации и др. и называется законом уплотнения грунтов.

Этот закон формулируется следующим образом: бесконечно малое изменение относительного объема пор грунта прямо пропорционально бесконечно малому изменению давления.

При небольших изменениях давлений уравнение (30) можно распространить и на конечные изменения величин е и р. По рис. 17

 

e₁ – e₂= m₀(p₂ – p₁). (31)

 

Тогда закон уплотнения может быть сформулирован следующим образом: при небольших изменениях уплотняющих давлений изменение коэффициента пористости прямо пропорционально изменению давления.

Общий случай компрессионной зависимости.Изменения коэффициента пористости е грунта при компрессионном сжатии в общем случае будут зависеть не только от величины вертикальных нормальных напряжений σ_z, но и от горизонтальных σ_y и σ_x.

Следуя проф. Н. М. Герсеванову, примем наиболее простое положение о том, что коэффициент пористости в любой точке грунтовой массы зависит только от суммы всех нормальных напряжений Θ, действующих в этой точи. Это положение является известным допущением, так как для очень вязких и плотных глинистых грунтов на изменения коэффициента пористости будут в некоторой мере влиять и сдвигающие (касательные) напряжения, обусловливаюшие ползучесть скелета грунта.

 

Рис. 18. Схема напряжений в элементе грунта при действии сплошной равномерно распределенной нагрузки

 

Для «грунтовой же массы» в нашем определении, к которой мы относим все полностью водонасыщенные неуплотненные грунты (мелкие пески и супеси, слабые суглинки и глины) с несжимае­мым минеральным скелетом и наличием свободной (несвязанной) воды, это положение будет достаточно хорошо отвечать действительности.

Определим сумму главных напряжений в случае сжатия слоя грунта без возможности его бокового расширения, выделив элементар­ный параллелепипед (рис. 10), который в условиях данной задачи будет испытывать лишь нормальные (главные) напряжения σ_x, σ_y и σ_z.

Так как горизонтальные деформации (расширение грунта в стороны) невозможны, то горизонтальные относительные деформации будут равны нулю, т. е. ε_x = ε_y = 0, откуда вытекает, что σ_x = σ_y.Кроме того, из условия равновесия имеем σ_z = p.

Напишем известное выражение для горизонтальной относительной деформации ε_xпри действии напряжений по трем взаимно перпенди­кулярным направлениям:

ε_x = σ_x / E_о – μ_о(σ_y + σ_z)/ E_о (32)

 

где Е_ои μ_о — модули деформируемости грунта, аналогичные модулю упругости и коэффициенту Пуассона упругих тел, но относящиеся к общей деформации грунта, что отмечено буквой «о».

Подставляя в выражение (32) σ_x= _y, σ_z=p и ε_x=0, получим

 

σ_x=σ_y=μ_оp/ (1 – μ_о), (33)

или

σ_x=σ_y=ξ₀p, (34)

где

ξ₀=μ_о / (1 – μ_о). (35)

 

Величина ξ₀ называется коэффициентом бокового давления грунта в состоянии покоя.

Пользуясь полученными соотношениями, можем составить сумму нормальных напряжений, которую обозначим Θ:

 

Θ = σ_x + σ_y + σ_z. (36)

 

Так как σ_z=p, а σ_x=σ_y=ξ₀p, то получим

 

Θ = (1 +2ξ₀)p,

откуда

p = Θ / (1 + 2ξ₀). (37)

 

Подставив полученное выражение в уравнение прямолинейного отрезка компрессионной кривой (24), будем иметь

 

e_i= e₀ – m₀Θ / (1 + 2ξ₀), (38)

откуда

e_i + m₀Θ / (1 + 2ξ₀)=e₀=const. (39)

 

 

Рис. 19 Определение эквивалента капиллярного давления по главной ветви компрессионной кривой

Полученное уравнение показывает, что изменение коэффициента пористости (или влажности) грунтовой массы в данной точке может произойти лишь при изменении суммы главных напряжений Θ в этой точке или, по Н. М. Герсеванову, «гидроемкости» грунтовой массы. Последнее и формулирует так называемый принцип гидроемкости» проф. Н. М. Герсеванова.

Как пример применения принципа гидроемкости отметим способ определения эквивалента капиллярного давления, т. е. величины среднего всестороннего давления р_k, заменяющего действие всех капиллярных сил.

По компрессионной кривой образца грунта нарушенной структуры, называемой главной ветвью компрессионной кривой (рис. 19), определяем величину уплотняющего давления, которое может привести грунт из текучего состояния в состояние данной плотности е. Обозначим это давление p_s.

При всестороннем сжатии элемента грунтовой массы капиллярным давлением р_кего гидроемкость будет равна

Θ=σ_x +σ_y+σ_z =3p_k. (40)

С другой стороны, согласно формуле (37)

Θ=(1 +2ξ₀)p (41)

Приравнивая правые части выражений (40) и (41), получим

p_k=(1+2ξ₀)p_s/3. (42)

 

 

Рис. 20 Влияние бокового давления грунта по результатам опытов: 1 – совершенно рыхлый песок; 2 – уплотненный песок; 3 – водонасыщенный суглинок

Отметим, что изложенный способ определения эквивалента капиллярного давления применим для общей оценки среднего капиллярного давления глинистых грунтов, образовавшихся лишь при гравитационном уплотнения их в водных бассейнах без возникновения жестких цементационных связей.

Для грунтов, не обладающих жесткими связями, если известна высота капиллярного поднятия (всасывания) в них воды h_к, т. е. расстояние от уровня грунтовых вод до уровня поверхности капиллярных менисков, капиллярное давление будет равно

p_к = γ_ωh_к. (43)

 

Коэффициент бокового давления. В общем случае коэффициент бокового давления грунтов ξ есть отношение приращения горизонтального давления грунта dq к приращению действующего вертикального давления dp, т. е.

ξ=dq/dp. (44)

 

Отделяя переменные и интегрируя, получим

 

q=ξp+D. (45)

 

Выражение (45) есть уравнение прямой с угловым коэффициентом ξ и постоянной интегрирования D,определяемой из начальных условий.

Как показывают соответствующие опыты (В. Г. Булычева, Н. В. Лалетина, К. Терцаги и др.), для весьма рыхлых песков, совершенно не обладающих структурной прочностью, начальное давление (рис. 20) q₀=0 и D=0; для предварительно уплотненных песков величина q₀ ≠ 0 и составляет некоторую долю от уплотняющего давления р₀,т. е. D=q₀=αp₀ (причем, α<1), а для связных глинистых грунтов оно будет отрицательно и, по Герсеванову, равно капиллярному давлению, т. е. D=- p_к, что и подтверждается опытом — прямая 3 на рис. 20 отсекает на оси р некоторый отрезок, равный — p_к / ξ.

Значения коэффициента бокового давления ξ получены следующие: для песчаных грунтов ξ=0,25÷0,37 и для глинистых (в зависимости от консистенции) ξ=0,11÷ ,82.

---

Дата добавления: 2016-06-29; просмотров: 11242; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

---

1. Сжимаемость грунтов. Закон уплотнения

Так как грунт состоит из твердых частиц и пор, которые частично или полностью заполнены водой, теоретически при его сжатии должны уменьшаться объемы всех трех компонентов: твердых частиц, воздуха (газа) и воды. Поскольку напряжения сжатия, возникающие обычно в основаниях сооружений, срав­нительно небольшие, объемные деформации твердых частиц, со­стоящих из таких материалов, как кварц и полевой шпат и др. , ничтожно малы и не учитываются. Следовательно, можно счи­тать, что изменение объема грунта при сжатии происходит только из-за изменения объема пор.

Вследствие упругих деформаций скелета (частиц) грунта, тонких пленок воды, расположенных между частицами, упруго­го сжатия пузырьков воздуха, а также сжатия поровой воды, содержащей растворенный воздух, могут происходить упругие изменения объема грунта. Такие деформации грунта, как пра­вило, во много раз меньше остаточных. Последние развиваются, когда возникающие в грунте напряжения превышают его струк­турную прочность. В конечном счете остаточные деформации приводят к уплотнению (уменьшению пористости) грунта.

Деформации уплотнения развиваются в результате сдвигов или смещений отдельных частиц грунта относительно друг дру­га, а также при разрушении частиц, особенно в точках их кон­тактов. Деформации уплотнения пылевато-глинистых грун­тов чаще всего протекают медленно во времени. Это объясня­ется прежде всего тем, что при уплотнении из пор водонасы-щенного грунта должна быть выдавлена вода, без этого грунт уплотняться не может, так как вода практически не сжимается. Процесс же выдавливания воды из водонасыщенных пылевато-глинистых грунтов вследствие их малой водопроницаемости продолжается длительное время. Медленное развитие деформа­ций как уплотнения, так и сдвигов обусловливается, кроме того, ползучестью связанной воды, окружающей твердые частицы, и ползучестью самого скелета грунта.

Для большого диапазона изменения давления компрессионная кривая первичного сжатия описывается логарифмической зави­симостью

где et — коэффициент пористости при давлении рс, еа — начальный коэффи­циент пористости грунта; Сс — коэффициент компрессии (параметр кривой!; ро — давление, при котором начинается первичное сжатие грунта.

Продифференцировав выражение, получим

Где Ck — постоянная величина.

Следовательно, при первичном сжатии изменение коэффици­ента пористости грунта прямо пропорционально изменению дав­ления и обратно пропорционально суммарному давлению. Эту зависимость применяют либо при рассмотрении деформаций очень слабых грунтов, либо при изменении давления в значи­тельных пределах.

Давление в грунте основания промышленных и гражданских зданий и сооружений обычно изменяется в небольших пределах. Чаще всего оно повышается не более чем до 0,3 МПа и в ред­ких случаях до 0,6 МПа. При таких давлениях секущая АВ (см. рис. 2.2, б) близка к кривой, т. е. для расчетов можно пользо­ваться уравнением (2.3). Продифференцировав его, получим

_(2.3)

Поэтому закон компрессии грунта формулируется так: изменение коэффициента пористости грунта прямо пропорционально изменению давления.

Правая часть этого равенства является относительной деформацией грунта. Поскольку для определенного грунта и данного изменения давления величина mg постоянна, относительная деформация грунта прямо пропорциональна давлению. Следовательно, грунт можно считать линейно деформируемым телом.

Однако в ряде случаев это положение приводит к значитель­ным расхождениям между рассчитанными и наблюдаемыми в натуре деформациями. Поэтому в последнее время исследователи стремятся учесть нелинейную зависимость между напряжениями и деформациями.

Понятие об уплотнении почвы – Расширение кооператива Rutgers округа Оушен

Уплотнение почвы – это уплотнение почвы из-за постоянного движения колес или ног, которое выдавливает воздух между частицами почвы. Плотность уплотненного грунта увеличивается, а поры уменьшаются. Это приводит к уменьшению способности воды просачиваться через почву в землю. Это создает поверхностный сток, который может нести загрязнения, создает стоячую воду для комаров и увеличивает наводнения.

Уплотнение представляет собой серьезную проблему, препятствующую росту корней растений, что влияет на здоровье сельскохозяйственных культур, пастбищ и ландшафтной растительности.

Корни растений не могут проникнуть в почву, так как она становится более плотной, и происходит небольшой рост корней, за исключением случаев, когда в почве есть трещины, по которым могут пройти корни растений. Корни растений не могут развить достаточную силу, чтобы проникнуть в уплотненную почву.

Организмы, живущие в почве, также могут обнаружить, что уплотнение влияет на окружающую их среду. Уплотнение затрудняет копание почвы для создания нор и домов. Животные, как и дождевые черви, не могут копать, чтобы найти пищу, чтобы выжить. Это оказывает влияние на другие организмы, находящиеся выше в пищевой цепочке.

Возможные признаки уплотнения почвы – на что обращать внимание

Есть несколько внешних признаков, по которым можно определить, где на вашем участке или во дворе может происходить уплотнение почвы: движение. Участки с открытой почвой на непрерывных дорожках и отсутствие растительности могут указывать на уплотнение почвы.

Ищите места, где находятся неглубокие или поверхностные корни, потому что корни не могут прорастать вниз через уплотненную почву. Также ищите участки с отсутствием растительности, которые не связаны с пешеходными дорожками.

Места, где на земле есть пруды с водой, могут указывать на то, куда вода не может проникнуть из-за уплотнения. Они также могут указывать на участки, где глинистые почвы создают барьер для воды.

Эти признаки также могут быть связаны с другими проблемами с вашей почвой, поэтому обязательно изучите, какие типы почв присутствуют, или проведите анализ почвы.

Что делать при уплотнении почвы

Уменьшить или устранить уплотнение почвы можно разными способами в домашних условиях. Используйте любой или все из следующих методов для борьбы с уплотнением на ваших дворах:

• Ограничьте или запретите использование тяжелой техники на влажных почвах, так как почвы во влажном состоянии могут уплотняться. Подождите, пока почва высохнет, прежде чем ехать или ходить по ней.
• Ограничьте или перенаправьте пешеходное движение в определенных областях вашего ландшафта. Облицовка дорожек камнем, мульчей или брусчаткой может помочь предотвратить хождение людей по большим участкам вашего двора.
• Аэрируйте почву, чтобы улучшить способность растений поглощать необходимые питательные вещества.
• Механически разрыхляйте уплотненные почвы либо вручную копая и переворачивая почву, либо используя культиватор для разрушения почвы.
• Удалите верхний слой почвы и замените его неуплотненной почвой.
• Добавьте в почву компост или другую добавку, чтобы уменьшить ее уплотнение. Смешайте компост с помощью культиватора.
• Создание приподнятых грядок для садовых растений.

Ссылки

• СОП по измерению уплотнения почвы (PDF)
• Лаборатория тестирования почвы Рутгерса
• Программа контроля эрозии почвы и отложений штата Нью-Джерси
• Управление сохранения почвы округа Оушен
• Soil 9

  15 Жизнь почвы

• Информационные бюллетени и бюллетени по сохранению почвы и воды
• Профиль почвы – информационный бюллетень
• Как получить карту почвы (PDF)
• Борьба с эрозией почвы и наносами при деятельности по нарушению земель (PDF)
• « Учебная программа по уплотнению почвы » доступна по запросу. Пожалуйста, свяжитесь с нами по адресу [email protected].

За дополнительной информацией обращайтесь к Стиву Йержо, агенту округа II, по адресу [email protected] или  732-505-3671 .

Снижение уплотнения грунта при строительстве – Кодекс устойчивого развития

• ВСЕ
• Удалить кодовые барьеры
• Создать стимулы
• Заполнить регуляторные промежутки

Брэдли Адамс (Автор), Джонатан Розенблум и Кит Хирокава (редакторы)

Введение

Независимые. на долю которых приходится примерно пятьдесят процентов объема почвы. Почва может быть уплотнена на строительных площадках из-за «выемки грунта, смешивания, складирования, хранения оборудования и перемещения оборудования». дюймов.[3] Уплотненная почва может привести ко многим неблагоприятным обстоятельствам на окружающей земле, в том числе уплотненная почва действует как негостеприимная непроницаемая поверхность, потенциально вызывая такие проблемы, как непроницаемая почва, стоячая вода, увеличение стока и плохое здоровье растительности. Влажные почвы особенно подвержены глубокому уплотнению,[5] а обычная обработка ландшафта обычно недостаточна для смягчения глубокого уплотнения.[6]

Сообщества различных типов и размеров приняли постановления относительно уплотнения почвы. В таких постановлениях часто используются такие термины, как «нарушение земель» или «изменение участка», и они появляются либо в положениях об управлении ливневыми стоками, либо в положениях о сохранении деревьев. Постановления устанавливают критерии, например, какой тип оборудования может использоваться на объекте и где это оборудование может использоваться. Кроме того, эти постановления могут касаться хранения тяжелых строительных материалов на месте. Некоторые постановления предусматривают реабилитационные мероприятия, которые должны быть предприняты в случае возникновения уплотнения или его неизбежности. Эти постановления могут также требовать проведения испытаний грунта после строительства частным инженером, инженером, спонсируемым руководящим органом или связанным с ним, или обоими.

ПОСЛЕДСТВИЯ

Уплотнение почвы представляет значительную угрозу благополучию деревьев, растительности и диких животных, особенно в городских условиях.[7] Идеальные условия для цветения деревьев включают аэрированную, влажную и неуплотненную почву.[8] Деревья, укоренившиеся в уплотненной почве, не могут проникнуть на глубину, необходимую для извлечения питательных веществ, кислорода и воды, необходимых для поддержания их здоровья.[9] Неглубокие корневые системы в плотной почве ограничивают доступ к микоризе, симбиотическому грибку, имеющему решающее значение для здоровья деревьев. Корни многих деревьев сочетаются с микоризой в верхних 18-24 дюймах почвы, обеспечивая больший доступ к воде и кислороду, а также усиливая способность дерева бороться с патогенами.

Уплотненные почвы могут привести к отмиранию кроны — процессу, при котором недостаточное потребление питательных веществ вызывает отмирание ветвей по внешнему периметру деревьев.[12] В некоторых случаях эти стрессы приводят к гибели всего дерева. [13] Плохо питающаяся корневая система также может дестабилизировать дерево, угрожая структурам в его непосредственном окружении.[14] Корни дерева служат якорем для всего дерева; уплотнение почвы, которое негативно влияет на корневую систему, ослабляет способность корней к закреплению, делая дерево подверженным прострации во время штормов или сильных ветров (описание постановлений по смягчению последствий для деревьев см. в разделе «Покрытие кроны деревьев»).[15] Подобно деревьям, другая растительность изо всех сил пытается создать корневую систему в уплотненной почве, что ограничивает способность растений перерабатывать питательные вещества путем диффузии.[16]

Неуплотненная почва может значительно улучшить способность сообщества решать проблемы, связанные с управлением ливневыми стоками.[17] Почва, если ее не трогать, может помочь поглощать ливневые воды, циркулировать питательные вещества, смягчать эрозию и улавливать загрязняющие вещества и отложения. Поток ливневых вод практически не сталкивается с препятствиями из-за плотно сконфигурированных пор плотной почвы и создает сток, который способствует наводнениям, снижению качества воды и повреждению коридоров ручьев. Неуправляемый сток также может разрушить ценный верхний слой почвы на участках.[20] Плотная почва также препятствует установке некоторых мер по управлению ливневыми стоками, таких как дождевые сады, потому что растительность, необходимую для создания дождевого сада, трудно вырастить на уплотненной почве (описание преимуществ дождевых садов см. в разделе «Дождевые сады»). [21]

Было показано, что предотвращение или ограничение количества уплотненного грунта на строительной площадке является одним из наиболее эффективных способов избежать вредного воздействия уплотненного грунта, поскольку средства после уплотнения оказались менее достаточными.[22] Кроме того, реабилитация после уплотнения требует времени и денег.[23] Хотя существуют различные методы восстановления почвы, владельцы и застройщики должны учитывать наличные расходы на такие предметы, как компост, обработка почвы, аэрация, семена и удобрения. Неденежные инвестиции включают в себя тестирование и мониторинг почвы, а также любой личный труд, которым занимаются люди. [25] Стоимость варьируется в зависимости от потребностей и местоположения. Примерно в 2013 году в регионе Чесапик в Вирджинии стоимость восстановления почвы до двухдюймовой глубины оценивалась в 7000 долларов за акр.[26]

ПРИМЕРЫ

Городок Басс-Ривер, Нью-Джерси

В разделе «Стандарты проектирования, строительства и безопасности для структурных мер по управлению ливневыми стоками» городок Басс-Ривер устанавливает требования для достижения эффективного управления ливневыми стоками в районе Пайнлендс.[27] ] Требования гарантируют, что строительство не повлияет отрицательно на способность перенаправлять воду обратно в землю.[28] Городские власти уделяют первоочередное внимание недопущению уплотнения почвы вокруг участков, не допуская «тяжелой техники, такой как экскаваторы-погрузчики, самосвалы или бульдозеры» в пределах определенного радиуса определенных территорий.[29]] Земляные работы должны выполняться с оборудованием, расположенным за пределами зоны, где может произойти уплотнение почвы. [30] Там, где застройщики не могут выполнить план управления ливневыми стоками без использования тяжелой техники, кодекс требует обработки выкопанного грунта и его ремонта после завершения строительства.[31] Все последствия любого уплотнения должны быть обращены вспять.[32] Необходимо провести испытание на проницаемость почвы после разработки.[33] Если почва не соответствует стандартам испытаний, участок должен быть отремонтирован и подвергнут повторным испытаниям до тех пор, пока почва не будет соответствовать стандартам кодекса.[34] Испытания на проницаемость должны выполняться сертифицированным профессиональным инженером.[35] После того, как инженер выполнит тест, результаты должны быть переданы муниципальному инженеру.[36]

Для ознакомления с положением см. Bass River Township, NJ Code of Ordinances § 13.08.260 (2007).

Маркхэм, Онтарио

Маркхэм определяет виды деятельности, влияющие на качество почвы.[37] Маркхэм запрещает такую ​​деятельность, если застройщик не получил разрешение или не действует в соответствии с одним из исключений, изложенных в подзаконных актах. [38] Уплотнение почвы или действия, приводящие к созданию непроницаемых поверхностей, включены в определение запрещенной деятельности[39].] В районах, где естественные уклоны и болота не обеспечивают дренаж, при изменении участка необходимо учитывать влияние поверхностного и ливневого дренажа.[40] Маркхэм считает владельца, держателя разрешения и правонарушителя ответственными за нарушения подзаконных актов, и все они несут ответственность за восстановление земли либо до ее первоначального состояния, либо до состояния, которое Технический директор считает удовлетворительным. Частичный список эффектов и обстоятельств, которые приводят к тому, что Маркхэм отрицает изменение участка, включает: эрозию почвы, блокировку дренажной системы или водотока, «заиление или загрязнение водотока» и наводнение.[42]

Постановление устанавливает исключения из разрешений.[43] Недвижимость менее одного акра освобождается от уплаты налога, если земля не расположена рядом с водоемом, охраняемой территорией или опасной землей. Любое изменение участка, которое влияет на дренаж на соседних объектах, также не будет освобождено от процесса получения разрешения.[45] Кроме того, когда на участок добавляется 300 мм (приблизительно один фут) материала или менее «с целью ухода за газоном, озеленения, добавления клумб или огородов», постановление не применяется, если выполняются определенные условия.[46] Добавленный материал не может изменить высоту земли в пределах 600 мм от соседних участков.[47] Кроме того, добавленный материал не может ни изменить, ни изменить характер водотоков, болот, открытых каналов или канав, которые осушают землю. Сток наносов в результате добавления материала запрещен.[49] Постановление предусматривает дополнительные исключения, направленные на работу в соответствии с существующими мерами регулирования.[50]

Чтобы получить разрешение на изменение участка, застройщики должны предоставить городу план изменения участка.[51] План должен включать подробную карту собственности, а также такую ​​информацию, как использование собственности, использование построек на участке, а также других зданий, примыкающих к собственности. [52] Должно быть включено размещение «озёр, ручьев, водно-болотных угодий, каналов, канав, других водотоков, других водоёмов и природоохранных зон», которые расположены на территории или в пределах 30 метров от неё.[53] Планы изменения участка должны также включать такие элементы, как основной тип почвы, существующий растительный покров, предлагаемые отметки уровня по завершении проекта и места размещения оборудования.[54]

Для ознакомления с положением см. Город Маркхэм, Онтарио, Постановление 2011-232 (2012 г.).

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ПРИМЕРЫ

Albert Lea, Миннесота Свод постановлений § 74-2027(2)(h) (2015 г.) (запрещение проезда оборудования по участкам, обозначенным в качестве будущего места стока стоков, с целью предотвращения уплотнения почвы).

New Castle County, DE Свод постановлений § 40.27.320(G) (2011 г.) (требующий взрыхления грунта, уплотненного строительной техникой и оборудованием, на глубину 12 дюймов).

Onalaska, WI § 13-8-62(c)(J) (2009) (требуется установка колышков вокруг деревьев до начала планировки строительных работ. Уплотнение почвы вокруг корневой зоны деревьев запрещено).

ЦИТАТЫ

[1] Ларри Моррис, Как уплотнение влияет на рост и структуру корней деревьев , 1 Центр документации округа Афины-Кларк (19 августа 2010 г.), https://perma.cc/F9AP-FKTU.

[2] Minnesota Stormwater Manual Contributors, Ослабление уплотнения в результате строительных работ , Руководство по ливневым водам штата Миннесота (3 июля 2019 г.), https://perma.cc/TDD2-Q7VV.

[3] Идентификатор .

[4] Как исправить уплотнение почвы , Совместное расширение (17 марта 2013 г.), https://perma.cc/3RM9-Y3J7.

[5] Идентификатор .

[6] Идентификатор .

[7] Идентификатор .

[8] Требования к почве для здоровых городских деревьев , GreenBlue Urban (1 февраля 2015 г.), https://perma.cc/WYU6-NJF4.

[9] Джорджия Петерсон, Защита корней деревьев от уплотнения почвы , Расширение Мичиганского государственного университета (16 ноября 2016 г. ), https://perma.cc/HCF7-VRX6.

[10] Идентификатор .

[11] Идентификатор .

[12] Идентификатор .

[13] Идентификатор .

[14] См. идентификатор .

[15] Идентификатор .

[16] Институт качества почвы, Качество почвы – агрономия, Техническое примечание № 4 , Министерство сельского хозяйства США 1 (1997), https://perma.cc/9БМС-ФХГ2.

[17] Руководство по передовым методам управления ливневыми водами в Пенсильвании , Департамент охраны окружающей среды Бюро управления водосборными бассейнами, § 5 на 57 (30 декабря 2006 г.), https://perma.cc/3UQB-68BM.

[18] Идентификатор .

[19] Дождевые сады: Руководство по проектированию и установке дождевых садов штата Айова , Партнерство по ливневым водам штата Айова 3 (2009 г.), https://perma.cc/A5QZ-WTGC.

[20] Minnesota Stormwater Contributors, выше примечание 2.

[21] Идентификатор . at 16.

[22] См. в целом Дэвид Дж. Сэмпл и Стефани Барлоу, Информационный бюллетень о передовой практике управления 4: Восстановление почвы , Кооперативное расширение штата Вирджиния (2013 г.), https://perma.cc/R82F-WAEH .

[23] См. идентификатор . в 1.

[24] Идентификатор . в 2.

[25] Идентификатор .

[26] Идентификатор .

[27] Городок Басс-Ривер, штат Нью-Джерси, Кодекс постановлений § 13.08.260 (2007 г.).

[28] Идентификатор . в § 13.08.260(B)(9)(a).

[29] Идентификатор . в § 13.08.260(B)(9)(b).

[30] Идентификатор .

[31] Идентификатор .

[32] Идентификатор .

[33] Идентификатор .

[34] Идентификатор . в § 13.08.260(B)(5)(d).

[35] Идентификатор . в § 13.08.260(B)(5)(e).

[36] Идентификатор .

[37] Город Маркхэм, Онтарио, Постановление 2011-232 § 1.0 (2012).

[38] Идент. в § 2.0.

[39] Идентификатор . в § 1.0.

[40] Идентификатор . в §2.7.3.

[41] Идентификатор в §2.5.

[42] Идентификатор . в § 210-210.6

[43] Id . в § 3.0.

[44] Идентификатор . в § 3.1.1.

[45] Идентификатор . в § 3.1.2.

[46] Идентификатор . в § 3.1.2.

[47] Идентификатор . в § 3.1.2.1.

[48] Идентификатор . в § 3.1.2.2.

[49] Идентификатор . в 3.1.2.3.

[50] См. идентификатор . в § 3.1.4-3.1.14.

[51] Идентификатор . в § 4.1.7.

[52] Идентификатор . в Приложении «Б» §§ 1.1, 1.2.

[53] Идентификатор . в Приложении «Б» § 1.5.

[54] Идентификатор . в Приложении «Б» пп. 1.7-1.8, 1.13, 1.