Осадка торфяной залежи

Явление осадки состоит в вертикальном перемещении отдельных слоев грунта, происходящих при действии на него сжимающих усилий, вызывающих уменьшение его пористости за счет удаляемых воды и воздуха и взаимного перемещения частиц. Вследствие осадки торфа опускается дневная поверхность, уменьшается глубина каналов и дрен, деформируется поперечное сечение каналов. Осадка торфа имеет важное значение в связи с необходимостью учета ее величины при гидротехническом строительстве для расчета строительной глубины каналов, объемов земляных работ.

Осадка распространяется на всю глубину болотного массива. Верхние (осушенные) слои уплотняются значительно больше нижних. Максимум осадки происходит вблизи каналов и дрен, минимальная - посредине между ними. Наибольшее уплотнение происходит в первый год осушения, в последующем осадка медленно затухает, но продолжается длительный период. Величина осадки зависит от плотности и влажности торфа, степени разложения, мощности торфяника, глубины осушительной сети и длительности осушения. Ее математическая модель имеет вид , где dH/dt –скорость осадки; H – мощность торфа; h – глубина осушительной сети; t – длительность осушения; λ – коэффициент, зависящий от физических свойств торфа.

Рис.3.11. Осадка торфяной залежи

1 – поверхность торфяной залежи до осушения; 2- поверхность торфяной залежи после t лет осушения; 3 – положение уровня грунтовых вод; 4 – минеральное дно болота.

Проектная глубина канала определится по формуле

hпр = hтр + Sп - Sдно , (3.27)

где hтр - требуемая глубина канала; Sп – осадка поверхности; Sдно – осадка дна канала.

Осадка торфяной залежи зависит от величины пористости залежи. Пористость (n, %) – это отношение объема всех пор к объему образца торфа:

, (3.28)

где V – объем образца торфа; Vт – объем твердой фазы.

Коэффициент пористости ε – отношение объема всех пор к объему твердой фазы:

. (3.29)

Величина осадки S равна разности между глубиной залежи до осушения h1 и глубиной залежи после осушения h2 т.е. . Величину осадки можно выразить через коэффициент пористости

, (3.30)

где ε1 и ε2 – коэффициенты пористости до осушения и после.

Рис. 3.12. Схема осадки торфяной залежи

Так как определение ε1 и ε2 связано с большими трудностями, то в практике этой формулой не пользуются. Широкое применение получила формула В.Г. Горячкина, вывод которой приведен ниже. Пусть имеем два монолита торфа массой М1 и М2, площадь поперечного сечения каждого соответственно F1 и F2, причем F1 = F2, влажность ω1и ω2,, плотность γ1 и γ2.

Масса монолитов Из формулы пересчета массы торфа с одной влажности на другую имеем

(3.31)

Поделим одно уравнение на другое .

Подставив в формулу значение М2 из формулы пересчета (3.31), получим

; , откуда найдем глубину залежи h2 после осадки

(3.32)

где h1, γ1 , ω1 – глубина ,плотность и влажность залежи до осушения.

Рис.3.13. Схема к выводу формулы осадки залежи В.Г. Горячкина

В рекомендациях ВНИИГ и М по осушению открытыми каналами рекомендуется пользоваться для определения осадки (м) формулами А.Д.Панадиади :

для залежей низинного типа

; (3.33)

для залежей верхового типа

, (3.34)

где h – глубина торфа до осадки, м;

H – глубина канала, м;

Кп – коэффициент, зависящий от плотности абсолютно сухого торфа. Коэффициент Кп в зависимости от плотности абсолютно сухого торфа имеет следующие значения (табл. 3.12

Таблица 3.12

Примечание. Для более точного определения коэффициента Кп рекомендуется по данным таблицы построить график Кп = f(gс)/

Плотность торфа по сухому веществу можно определить по формуле

, (3.35)

где γн – плотность залежи до осушения, определяемая по таблицам С.А. Сидякина (приложение ) при влагосодержании Wн..

Пример 3.2. Определить осадку торфа по формуле А.Д. Панадиади для верховой залежи при следующих данных:

глубина залежи h = 3,2 м;

глубина канала H = 1,8 м;

Степень разложения R = 25 %, влажность ω = 90 %.

Определим по табл. С.А. Сидякина(приложение 3)плотность γн = 0,957 т/м³ при ω = 90 %.

, тогда Кп = 2.

Величина осадки .

Изучение процесса осадки торфяной залежи позволяет сделать общее заключение.

1. Величина осадки торфяной залежи зависит от влажности ее до и после осушения. Чем больше разность между значениями w, тем больше осадка.

2. Степень разложения существенно влияет на осадку. Торф с малой степенью разложения дает большую осадку и наоборот.

3. Величина осадки зависит от глубины торфяной залежи и глубины осушительных каналов. Чем глубже залежь, тем больше давление верхних слоев торфа на нижние и тем больше осадка. С увеличением глубины осушительных каналов осадка также увеличивается.

4. На величину осадки влияют тип торфяной залежи и ботанический состав. Залежи верхового типа, имеющие большую обводненность, при прочих равных условиях дают большую осадку, чем низинные.

На основе практических данных величина осадки залежей низинного типа составляет примерно 15 – 25 % их глубины; верховых – ~25–60 % .

5. Торфа моховой группы (R = 5 –30 %) дают наибольшую осадку. Торфа древесной группы (R = 50 %) дают наименьшую осадку.