К вопросу изучения армирования грунтов подверженных сезонному промерзанию и оттаиванию. Опыт зарубежных исследований

  • Авторы: Обшарова А.В1, Пономарев А.Б2
  • Учреждения:
    1. Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Российская Федерация
    2. Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Российская Федерация. Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II, Санкт-Петербург, Российская Федерация
  • Выпуск: Том 16, № 3 (2025)
  • Страницы: 38-63
  • Раздел: Статьи
  • URL: https://ered.pstu.ru/index.php/CG/article/view/4680
  • DOI: https://doi.org/10.15593/2224-9826/2025.3.04
  • Цитировать

Аннотация


Описан опыт зарубежных исследований грунтов, подверженных сезонному промерзанию и оттаиванию (США, Китай, Монголия, Канада). Рассмотрены исследования и изменения грунтов, подверженных циклам замораживания – оттаивания. Влияние циклов замерзания – оттаивания на прочностные, динамические и деформационные характеристики, в том числе на морозное пучение и последующее оттаивание грунтов. Приведены результаты исследований армированных грунтов (глин, песков, илов), подверженных циклам замораживания – оттаивания. Испытания проводились в лабораторных условиях, создавались модели эксперименты и проводились численные эксперименты в программах.У армированных грунтов были исследованы динамические характеристики на динамических трехосных испытательных установках, прочностные характеристики на сдвиговых приборах в низкотемпературных помещениях, морозное пучение и оттаивание на стандартных приборах для определения морозного пучения и на приборах собственного производства, в том числе было исследовано влияние циклов замораживания-оттаивания на эти характеристики. Некоторые эксперименты описаны подробно. В качестве армирования в экспериментах участвовали геосинтетические материалы. Среди геосинтетических материалов выбраны: геосетки, георешетки, коротковолокнистый, длинноволокнистый и водоотводящий геотекстиль, геомембрана, двухслойная композитная геомембрана. Помимо армирования грунтов стандартными листовыми геосинтетиками, одним из способов улучшения свойств грунтов является смешивание грунта с другими материалами, такими как золауноса, известь, полимерные волокна, цемент, кремнезем, резиновые частицы, в статье даны краткие результаты исследования добавления их в грунт. Также описаны результаты исследований морозного пучения при смешивании грунта со стальными и сизалевыми волокнами. Кратко изложены результаты внедрения геотекстиля и геосетки при строительстве автомобильных и железных дорог.

Полный текст

4

Об авторах

А. В Обшарова

Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Российская Федерация

А. Б Пономарев

Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Российская Федерация. Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II, Санкт-Петербург, Российская Федерация

Список литературы

  1. Пермикин, А.С. Анализ напряженно-деформированного состояния фундаментов дорожно-транспортных сооружений на сезоннопромерзающих грунтах / А.С. Пермикин, И.Г. Овчинников, А.И. Грицук // Транспортные сооружения. – 2020. – Т. 7, № 4. – С. 1.
  2. Dong, S. Analyses of the impacts of climate change and forest fire on cold region slopes stability by random finite element method / S. Dong, Y. Jiang, Х. Yu // Landslides. – 2021. – No1 8. – Р. 2531–2545.
  3. Результаты экспериментального исследования сезоннопромерзающего пучинистого основания / Жайсамбаев Е.А., Скворцов Д.С., Краев А.Н., Паренкина О.А. // Вестник Евразийской науки. – 2020. – Т. 12. – №3.
  4. Experimental study and numerical modeling of the thermohydro-mechanical processes in soil freezing with different frost penetration directions / A.H. Sweida, K. Niggemann, Y. Heider, M. Ziegler, B. Markert // Acta Geotech. – 2022. – No 17. – Р. 231
  5. Din, I.M. Effect of freeze-thaw cycles on the properties of asphalt pavements in cold regions: a review / I.M. Din, M.S. Mir, M.A. Farooq // Transp. Res. Procedia. – 2020. – No 48. – Р. 3634–3641.
  6. Effects of freeze-thaw on soil properties and water erosion / B. Sun, F. Ren, W. Ding, G. Zhang, J. Huang, J. Li, L. Zhang // Soil and Water Research. – 2021. – No. 16 (4). – Р. 205–216. doi: 10.17221/143/2020-SWR
  7. Wang, L. The effects of freeze-thaw cycles at different initial soil water contents on soil erodibility in Chinese Mollisol region / L. Wang, X. Zuo, F. Zheng // Catena. – 2020. – No. 193. – Р. 104615.
  8. Effects of freezethaw on soil detachment capacity and erosion resistance / B.Y. Sun, Z.G. Wu, Z.B. Li, J. Liu // Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering – 2020. – No 36. – Р. 57–65.
  9. Jie, Z. Experimental inference on dualporosity aggravation of soft clay after freeze-thaw by fractal and probability analysis / Z. Jie, Y. Tang // Cold Regions Science & Technology. – 2018. – No. 153. – Р. 181–196.
  10. Influence of plasticity on unfrozen water content of frozen soils as determined by nuclear magnetic resonance / L.M. Kong, Y.S. Wang, W.J. Sun, J.L. Qi // Cold Reg. Sci. Technol. – 2020. – No 172. – 102993. DOI: 10.1016/j. coldregions.2020.102993
  11. Freeze-thaw performance of a cementtreated expansive soil / Y. Lu, S.H. Liu, Y.G. Zhang, Z. Li, L. Xu // Cold Reg. Sci. Technol. – 2020. – No. 170. – 102926. doi: 10.1016/j.coldregions.2019.102926
  12. Experimental study on frost heaving behavior of soil under different loading paths / L. Huang, Y. Sheng, J.C. Wu, B.B. He, X.B. Huang, X.Y. Zhang // Cold Reg. Sci. Technol. – 2020. – No 169. – 102905. doi: 10.1016/j.coldregions.2019.102905
  13. Li, T. The deformation and microstructure characteristics of expansive soil under freeze–thaw cycles with loads / T. Li, L. Kong // Cold Regions Science and Technology – 2021. – No. 193. doi: 10.1016/j.coldregions.2021.103393
  14. Effect of freeze-thaw cycles on the physical and dynamic characteristic of modified Nabentonite by KCl / Yang Z., Cui Y., Li G. et al / Arabian Journal of Geosciences – 2020. – Vol. 13. – No. 23. – Р. 1–15.
  15. Dynamic behavior of geosynthetic-reinforced expansive soil under freeze-thaw cycles / Z. Yang, X. Liu, L. Zhang, F. Niu, X. Ling // Advances in Civil Engineering. – 2021. – Р. 11.
  16. Liu, T. Experimental research on the development of residual strain in seasonal frozen soil under freezing-thawing and impact type traffic loads / T. Li, M. Wang // Earthquake engineering and engineering vibration – 2021. – Vol. 20 – No. 2 – P. 335–345. doi: 10.1007/s11803-021-2001-3.
  17. Wang, J. Influence of freeze-thaw cycles on dynamic characteristics of subgrade soils with different plasticity indices / J. Wang, H. Liu // Chinese Journal of Geotechnical Engineering. – 2014. – No. 36(4). – P. 633–639.
  18. Карлов, В.Д. Oснования и фундаменты на сезоннопромерзающих пучинистых грунтах: монография. / В.Д. Карлов. – М.: СПб.: Издательство Санкт-Петербургский гос. архитектурно-строительный университет, 2007. – 350 с.
  19. Способы борьбы с морозным пучением сезоннопромерзающих грунтов в основаниях фундаментов зданий и сооружений / Д.С. Скворцов, А.Н. Краев, А.Н. Краев, Е.А. Жайсамбаев // Вестник Евразийской науки. – 2020. – №5. – Т. 11.
  20. Obsharova, A.V. Effect of the fiber reinforcement on the mechanical properties of clay soils, including properties under conditions of seasonal freezing and thawing / A.V. Obsharova, A.S. Grishina // Journal of physics: conference series. – 2021. – Vol. 1928. – P. 012067
  21. Мащенко, А.В. Анализ изменения прочностных и деформационных свойств грунта, армированного геосинтетическими материалами при разной степени водонасыщения / А.В. Мащенко, А.Б. Пономарев // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Строительство и архитектура. – 2014. – № 4. – С. 264–273.
  22. Guharay, A. Effect of natural fiber reinforcement on strength response of alkali activated binder treated expansive soil: experimental investigation and reliability analysis / A. Guharay, S. Mazhar // Construction and Building Materials. – 2020. – Vol. 273.
  23. Advances in properties of rubber reinforced soil / Z. Yang, Q. Zhang, W. Shi, J. Lv, Z. Lu, X. Ling // Advances in Civil Engineering. – 2020. – No.10. – P. 16.
  24. Ghazavi, M. Laboratory Investigation on Thermal Conductivity of Geotextile- Reinforced Soils / M. Ghazavi, S. Ghoreshizadeh // Research square. – 2024. – Р. 25. doi: 10.21203/rs.3.rs-3859386/v1
  25. The influence of geosynthetic properties on their shear behaviors at the interface with frozen soil / P. He, G. Hou, H. Cao, F. Yue // Geotextiles and Geomembranes. – 2025. – No. 53 – Р. 497–509. doi: 10.1016/j.geotexmem.2024.11.011
  26. Мащенко, А.В. К вопросу определения деформационных характеристик грунтов в условиях сезонного промерзания и оттаивания / Мащенко А.В. // Строительство и архитектура. – 2015. – Т. 3. – № 2. – С. 87–89.
  27. Мащенко, А.В. Влияние различных типов армирования на деформационные характеристики глинистого грунта в условиях сезонного промерзания и оттаивания / А.В. Мащенко, А.Б. Пономарев // Второй Международный симпозиум земляного полотна в холодных регионах: материалы симпозиума / под ред. А.Л. Исакова и Ц.К. Лю. – 2015. – С. 143–147.
  28. Мащенко, А.В. Влияние армирования геосинтетическими материалами на пучинистые свойства грунтов / А.В. Мащенко // Вестник гражданских инженеров. – 2015. – № 6 (53). – С. 100–103
  29. Correia, A. Strength of a stabilised soil reinforced with steel fibres / A. Correia, P. Oliveira // Proceedings of the institution of civil engineers-geotechnical engineering. – 2017. – Vol. 170, no. 4. – Р. 312–321.
  30. Macro-meso fatigue failure of bimrocks with various block content subjected to multi-stage fatigue triaxial loads / Y. Wang, T. Mao, Y. Xia, X. Li // International Journal of Fatigue. – 2022. – Vol. 163. – P. 107014.
  31. Чернышева, И.А. Сравнение методов защиты от морозного пучения грунта / И.А. Чернышева, А.В. Мащенко // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Строительство и архитектура. – 2016. – Т. 7. – № 4. – С. 64–72.
  32. Paul, S. Effectiveness of areca fiber and cement on the engineering characteristics of compressed stabilized earth blocks / S. Paul, M.S. Islam, N. Chakma // Construct. Build. Mater. – 2024. – No. 427. – 136290.
  33. Chen, L. Research on preventing soil frost heave with geotechnical reinforcement / L. Chen, R.P. Guo, G.X. Li // Journal of Hydraulic Engineering. – 1996. – Vol. 3. – P. 84–88.
  34. Мащенко, А.В. Анализ влияния армирования фиброволокном на свойства глинистых грунтов в условиях сезонного промерзания и оттаивания / А.В. Мащенко, А.Б. Пономарев // Вестник Волгоградского государственного архитектурно-строительного университета. Серия: Строительство и архитектура. – 2016. – № 44-1 (63). – С. 40–50.
  35. Prediction of permanent deformation for subgrade soils under traffic loading in southern China / J. Zhang, J. Peng, A. Zhang, J. Li // International Journal of Pavement Engineering. – 2020. – Р. 1–10.
  36. umerical simulation of the moisture migration of unsaturated clay embankments in southern China considering stress state / J. Zhang, F. Li, L. Zeng, J. Peng, J. Li // Bulletin of Engineering Geology and the Environment. – 2021. – Vol. 80, no. 1. – P 11–24.
  37. A freezing-thawing damage characterization method for highway subgrade in seasonally frozen regions based on thermal-hydraulic-mechanical coupling model / Q. Deng, X. Liu, C. Zeng, X. He, F. Chen, S. Zhang // Sensors. – 2021. – No. 21. – 6251.
  38. Evaluating the performance of wicking geotextile in providing drainage for flexible pavements built over expansive soils / N. Biswas, A.J. Puppala, M.A. Khan, S.S. Congress, A. Banerjee, S. Chakraborty // Transp. Res. Rec. – 2021. – No. 2675. – Р. 208–221.
  39. The effect of horizontal freezing on the characteristics of water migration and matric suction in unsaturated silt / T. Tang, Y. Shen, X. Liu [et al] // Eng. Geol. – 2021. – No 288. – 106166.
  40. Field monitoring of wicking geotextile to reduce soil moisture under a concrete pavement subjected to precipitations and temperature variations / H. Liu, J. Han, M. Al-Naddaf, R.L. Parsons, J.I. Kakrasul // Geotext. Geomembr. – 2022. – No 50. – Р. 1004–1019.
  41. A Multiphysics Simulation of the Effects of Wicking Geotextile on Mitigating Frost Heave under Cold Region Pavement / Y. Jiang, Z. Alajlan, C. Zapata, X. Yu // Geosciences. – 2024. – No. 14. – 34. DOI.:10.3390/geosciences14020034
  42. Timm, D.H. Design and instrumentation of the structural pavement experiment at the ncat test track / D.H. Timm, A.L. Priest, T.V. McEwen // National Center for Asphalt Technology (NCAT). – 2004. – Report 04-01.
  43. Huang, M. Freeze-thaw behavior of geocell-reinforced bases considering different fines contents / M. Huang, C. Lin, S.K. Pokharel // Geosynth. Int. – 2023. – No 31(3). – Р. 221–238
  44. Freeze-thaw impacts on geocell-stabilized bases considering effects of water supply and compaction / M. Huang, K. Sanat, M. Liu, Lin. Cheng // Geotextiles and Geomembranes. – 2025. – No. 53. – Р. 81–95. doi: 10.1016/j.geotexmem.2024.09.002
  45. Model tests of freeze-thaw behavior of geocell-reinforced soils / M. Huang, C. Lin, S.K. Pokharel, A. Tura, P. Mukhopadhyaya // Geotext. Geomembranes. – 2023. – No 49 (3). – Р. 669–687
  46. A novel two-layer composite geomembrane lining structure to mitigate frost damage in cold-region canals: Model test and numerical simulation / H. Jiang, M. Zhang, Z. Wang, Y. Wang, Z. Wang, X. Sun. // Geotextiles and Geomembranes. – 2025. – No. 53 – Р. 510–527. doi: 10.1016/j.geotexmem.2024.11.013
  47. Investigation on frost heave of saturated–unsaturated soils / R.Q. Bai, Y.M. Lai, W.S. Pei, M.Y. Zhang // Acta Geotech. – 2020. – No. 15. – Р. 3295–3306. doi: 10.1007/s11440-020-00952-6
  48. Anti-frost heave design method for a parabolic canal based on the hydraulic optimal solution set in seasonally frozen regions / H.Y. Jiang, L.X. Li, Z.Z. Wang, J.W. Gong, T. Sun, H.X. Li // Cold Reg. Sci. Technol. – 2022. – No 193. – 103433. doi: 10.1016/j.coldregions.2021.103433
  49. Performance evaluation of nonwoven geotextiles in soil-fabric interaction / H. Zhai, S.B. Mallick, D. Elton, S. Adanur // Textil. Res. J. – 1996. – No. 66 (4) – Р. 269–276.
  50. Mesoscopic shear evolution characteristics of frozen soil-concrete interface / X. Wan, H. Zhou, F. Zhou, J. Zhu, K.M. Shahab // Cold Reg. Sci. Technol. – 2024. – 104342
  51. Shi, R.J. A Method for Suppressing Frost Heave Deformation of Fiber / R.J. Shi, F. Huang, F.T. Yue // Improved Ground – 2021. – No. 5.
  52. On the effect of confining pressure on fatigue failure of block-in-matrix soils exposed to multistage cyclic triaxial loads / Y. Wang, Y. Su, Y. Xia, H. Wang // Fatigue & Fracture Geofluids 13 of Engineering Materials & Structures. – 2022. – Vol. 45. – No.9. – P. 2481–2498.
  53. Zhou, J. Experimental and theoretical characterization of frost heave and ice lenses / J. Zhou, C. Wei, H. Wei // Cold Regions Science and Technology – 2014. – Vol. 104–105, no. 3. – P. 76–87.
  54. Experimental Study on Frost Heave Behavior of Steel Fiber Improved Soil / R. Shi, F. Huang, F. Yue, Z. Hong // Hindawi Geofluids. – 2022. doi: 10.1155/2022/1601398
  55. Mitigating frost heave and enhancing mechanical performance of silty clay with sisal fibre and geopolymer / J. Lu, F. Deng, W. Pei, X. Wan, Z. You, Z. Zhang // Construct. Build. Mater. – 2024. – No. 447. – 138120.
  56. Experimental investigation of the geotechnical properties and microstructure of lime-stabilized saline soils under freeze-thaw cycling / Y. Liu, Q. Wang, S. Liu, Y. Shang // Cold Reg. Sci. Technol. – 2014. – No. 161 – Р. 32–42.
  57. Mitigating frost heave of a soil stabilized with sisal fiber exposed to freeze-thaw cycles / F. Deng, J. Lu, X. Wan, B. Liu // Geotextiles and Geomembranes. – 2025. – No. 53 – Р. 394–404. doi: 10.1016/j.geotexmem.2024.10.005
  58. Влияние цикла замораживания-оттаивания на физические, механические и деформационные характеристики грунта / А.А. Кузнецов, М.О. Куклина, Е.В. Губанова, И.В. Горшков, И.Н. Парамонов // Инновационные научные исследования. – 2021. – №9-2(11) – С. 39–48. doi: 10.5281/zenodo.5529323
  59. Кузнецов, А.А. Влияние цикла замараживания-оттаивания на модуль деформации глинистого грунта с различной влажностью / А.А. Кузнецов, М.О. Мугинова, И.Н. Парамонов // Инновационные научные исследования. – 2022. – №5-1(19) – С. 66–71. doi: 10.5281/zenodo.6613609
  60. Laprade, R. Geosynthetic solutions for road stabilization and railway ballast optimization over frost susceptible and expansive clays: A case study of the Cargill Canola processing facility / R. Laprade, Nesbit B. // E3S Web of Conferences. – 2024. – No. 569. – Р. 29004. DOI.:10.1051/e3sconf/202456929004
  61. AREMA, AREMA Manual for Railway Engineering. – 2022. – Vol. 4.
  62. Giroud, J.P. Design method for geogrid-reinforced unpaved roads. i development of design method / J.P. Giroud, J. Han // Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering. (ASCE 2004). – 2004.

Статистика

Просмотры

Аннотация - 29

PDF (Russian) - 11

Ссылки

  • Ссылки не определены.

© Обшарова А.В., Пономарев А.Б., 2025

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах