Способ лабораторного определения максимальной плотности и оптимальной влажности грунта

 

Изобретение може-т быть использовано при строительстве для определения свойств грунтов оснований. Максимальную плотность ( у макс) и оптимальную влажность грунта (Won) определяют в цилиндре прибора в 6-10 раз меньшим объемом по сравнению со стандартным, Предварительно осуществляют многократные замеры Wom и Умакс в стандартных приборах и приборах меньшего объема. Затем метод статистического анализа определяют переходные эмпирические коэффициенты, а также погрешности оценок стандартного значения у макс и Wont. С учетом выявленных зависимостей переспит ывают Значения Умакс и Worn, полученные в цилиндрах прибора с меньшим объемом, получая их стандартные значения. 2 табл., 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ .

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (м)ю Е 02 D 1/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

- ® 9""Ь И СТИТУТ

ПРО;4уадЕННОЙ

СООСТВЕИНОСТИ

Отделечив ВПТБ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

СО

M с ( (21} 838427/33 (22) 21.06.90 (46) 07,03.92. Бюл, N 9 (72) И.В.Беденко, Б.П.Маркин и Ю.И.Матвеев (53) 624. 131. 431(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 654737, кл, Е 02 D 1/00, 1979.

Метод лабораторного определения максимальной плотности. M., Госкомитет СССР по делам стр-ва. ГОСТ 22733-77 Грунты.

1981. (54) СПОСОБ ЛАБОРАТОРНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ,МАКСИМАЛЬНОЙ ПЛОТНОСТИ И

ОПТИМАЛЬНОЙ ВЛАЖНОСТИ ГРУНТА (57) Изобретение может быть использовано при строительстве для определения свойств

Изобретение относится к способам оп- ределения механических характеристик грунтов, преимущественно к лабораторным способам определения максимальной плотности и оптимальной влажности грунтов.

Известен способ определения физикомеханических свойств грунтов. в полевых условиях, основанный на вдавливании зонда в грунт, а по давлению в камере зонда определяют лобовое сопротивление (плотность) грунта.

Наиболее близким техническим решением из известных является способ лабораторного определения максимальной плотности и оптимальной влажности грунта, включающий подготовку двух-трех проб увлажненного грунта, загрузку их в цилиндр прибора с уплотнением ударами стандартного груза, пяти- шестикратное повторение, Ы „, 1718726АЗ грунтов оснований. Максимальную плотность (g макс) и оптимальную влажность грунта(опт) определяют в цилиндре прибора в 6 — 10 раз меньшим объемом по сравнению со стандартным, Предварительна осуществляют многократные замеры Юопт и умакс в стандартных приборах и приборах меньшего объема. Затем метод статистического анализа определяют переходные эмпирические коэффициенты, а также погрешности оценок стандартного значения у макс и ЧЧопт. С учетом выявленных эаВИСИМОСТЕЙ ПЕРЕСЧИ1 ЫВЭЮТ ЗиаЧЕИИЯ ) макс и опт, полученные в цилиндрах прибора с меньшим объемом, получая их стандартные значения, 2 табл., 5 ил. уплотнения грунта при увеличении влажности каждый раз на два-три процента, построение графика зависимости плотности скелета грунта после уплотнения от влажности и нахождение максимального значения плотности скелета грунта и соответствующего значения оптимальной влажности.

Недостатком указанного способа является низкая производительность, так как в нем осуществляют обработку проб грунта большой массы (до }О кг) в цилиндре стандаотного прибора большого обьема (до 1000 см ) при увеличенном времени уплотнения грунта (120 ударов стандартного груза массой 2,5 кг, гадающего с высоты 0,3 м).

Цель изобретения — повышение точности и производительности путем использования для загрузки грунта в цилиндр

1718726

= 0,01, 55 прибора в 6-10 раз меньшим объемом по сравнению со стандартным, Укаэанная цель достигается тем, ято в способе лабораторного on ределения максимальной плотности и оптимальной влажности, включающем подготовку двух-трех проб увлажненного грунта, загрузку их в .цилиндр прибора с уплотнением ударами стандартного груза, пяти- шестикратное повторение уплотнения грунта при увеличении влажности каждый раз на два-три процента, построение графика зависимости плотности скелета грунта после уплотнения от влажности и нахождение максимального значения плотности скелета грунта и соответствующего значения оптимальной влажности, производят подбор количества ударов стандартного груза, соответствующего стабилизации плотности образца грунта в цилиндре прибора с меньшим объемом, осуществляют многократные замеры значений максимальной плотности скелета грунта (у макс) и оптимальной влажности (W опт) в цилиндре прибора с меньшим объемом. ййетодом статистического анализа определяют эмпирические коэффициенты (А, В, С и D) йерехода от замеренных у макс и

W o» к стандартным значения максимальной плотности (f M„,) и соответствующей оптимальной влажности грунта (W"опт), а также погрешностей оценок у макс и W опт ст ст (1уи 3w), причем связь между значениями

I 1 ст ст у макс и W опт и значениями у макс и W опт аппроксимируют соответственно функциями вида

1 т

I ст макс = д.у макс + В + !у W опт ==

=С W опт+ 0 + IW: а пробы грунта с объекта строительства обрабатывают в цилиндре прибора с меньшим объемом с определением значений максимальной плотности грунта и соответствующей ей оптимальной влажности, при этом стандартные значения максимальной плотности и оптимальной влажности грунта: с обьекта строительства пересчитывают по указанным формулам.

На фиг,1 изображен прибор для определения максимальной плотности и оптимальной влажности грунта с уменьшенным объемом цилиндра, общий вид; на фиг,2— зависимость плотности скелета глинистого грунта от числа. ударов стандартного груза

N, полученная в приборе с объемом цилиндра 100 см, на фиг.3 — зависимости плотноз. сти скелета от влажности для супесчаного (а) и суглинистого (б) грунтов, на фиг,4— взаимосвязь характеристик максимальной плотности (а) и оптимальной влажности (б), полученных в приборах; стандартном и с т10

50 уменьшенным объемом цилиндра для песков и супесков; на фиг.5 — взаимосвязь ха.- . рактеристик максимальной плотности (а) и оптимальной влажности (б), полученных в приборах; стандартном и с уменьшенным обьемом цилиндра для суглинков и глин, Изобретение осуществляется в приборе для определения максимальной влажности грунта и соответствующей оптимальной влажности с уменьшенным объемом цилиндра. Прибор состоит из подстаканника 1, в котором установлен разъемный. цилиндр 2 обьемом 100 см, образованный двумя проз дольными половинами, зафиксированными друг относительно друга в, вертикальной плоскости при помощи шпилек (не показаны). На торцовой части разъемного цилиндра выполнены внешние цилиндрические проточки, В горизонтальной плоскости продольные половины разьемного цилиндра 2 зафиксированы в подстаканнике 1 при помощи винтов 3. На верхний торец разъемного цилиндра 2 одет насадной цилиндр 4, имеющий внутренние проточки, В насадной цилиндр вставлен плунжер 5, имеющий на верхнем торце углубление для установки направляющего стержня 6, на который одета гиря 7 с возможностью вертикального перемещения. Образец грунта 8 формируют во внутреннем обьеме разъемного цилиндра 2.

Каждую отобранную пробу грунта испытывают в приборе с малым объемом цилиндра и в стандартном приборе.

Пример 1. Определяют количество ударов стандартного груза (гири), необходимое для уплотнения суглинистого грунта в приборе с объемом цилиндра 100 см .

Грунт засыпают в разьемный цилиндр 2 до верхнего края насадного цилиндра 4. На поверхность грунта устанавливают плунжер

5 и осуществляют уплотнение грунта 10-е ударами гири 7, падающей по направляющему стержню 6 с высоты 30 см, с последующим замером плотности образца грунта.

Операции уплотнения и замера плотности повторяют неоднократно, причем каждый раз делают пять ударов гири.

Полученные результаты представлены на фиг.2, Требуемое количество ударов гири N определяют из условия уск где ускм — плотность грунта, достигнутая после последней серии ударов: y«(g-s):— плотность грунта. достигнутая после предыдущей серии ударов.

Так, при количестве ударов N = 40 достигнута плотность скелета грунта уск =

1718726 ь

1,745 г/см", а при N = 45 - уок = 1,76 г/см, 3 что приводит к выполнению указанного условия.

Следовательно, .требуемое количество . ударов составляет 45.. 5.

Пример 2, Для целей дорожного. строительства в заданном районе определяют эмпирические коэффициенты перехо-; да от-значений максимальной плотности грунта у мако и оптимальной влажности .:10

Юomi измеренных в цилиндре прибора с меньшим обьемом, к стандартным значени-: ям максимальной плотности у ". ако и опти-мальной влажности W"опт, а также.

90-процентные доверительные интервалы. 15 погрешностей стандартного значения максимальной плотности ly и оптимальной влажности Iw для песчаных и супесчаных грунтов.

Для этого из 12 карьеров взяты пробы 20 характерных песчаных и супесчаных грунтов различного гранулометрического состава.

Их основные физические характеристики представлены в табл.1, 25

Испытание в приборе с малым объемом цилиндра производят в следующей последовательности (пример для грунта по п.4 табл.1).

1. Пробу грунта, имеющую исходную 3О массу 1055 г, высушивают до воздушно-сухого состояния с последующим отбором из. нее проб для определения влажности термовесовым способом.

Среднее значение влажности воздуш- 35 но-сухого грунта составило:

В/и = 2.5%.

2. Из исходной пробы методом квартования выделяют три частные пробы, массы

КОТОРЫХ СОСТдВИЛИ: 40

mnp1 = 363 г, mnp2 = 380 г, mnp3 = 357. г.

3. Количество воды Q, которое необходимо добавить к указанным пробам для обеспечения влажности Ит (исходное значение для песчаного грунта принимают рав- 45 ным 4%), определяемой формулой

Q< " . 0,01 (Wт — В4) (1)

+, 1 ° 1/1/т где l — номер пробы, составит:

Q1 = 5,24 г; 02 = 5,48 r; Оз = 5,15 r.

4. Увлажненный грунт засыпают в расчетный цилиндр прибора до верхнего края насадного цилиндра 4. На поверхность грунта устанавливается плунжер 5 и произ- 55 водится уплотнение 35-ю ударами гири, падающей с высоты 30 см. Затем плунжер и насадной цилиндр снимают, а грунт, выступающий из разъемного цилиндра, аккуратно срезают по уровню внешней кромки ци линдра. Полученный образец грунта взвешивают с точностью до 1 г и рассчитывают плотность .ур/ влажного грунта, где mo6w — масса образца грунта во влажном состоянии, г, Чц = 100 см — внутренний объем цилиндра.

Так, при влажности М/т = 4% плотность влажного грунта после уплотнения составила:

gw = 1,88 г/см . з

5: Полученный образец грунта разрыхляют, из Образовавшейся массы берут три пробы для определения истинного значения влажности грунта W термовесовым способом;

М/и = 4,03%.

При этом плотность скелета грунта у«. определяемая по формуле (3)

1+0,01 ЧЧ составит;

«иск = 1,81 г/см .з

6. Операции. по пп.3-5 повторяют с увеличением влажности W> каждый раз на 23% до тех пор, пока в двух-трех последовательных опытах не будет зафиксировано монотонное снижение величины у, При этом испытание грунта каждой частной пробы производят не более 2-3 раз.

7, По полученным, данным строят график зависимости y« = f(W ), представленный на фиг.2а.

На графике находят максимум величин плотности скелета грунта у vase и соответствующее значение .влажности грунта W опт, которые составляют для данного грунта

2,01 г/см и 9,2% соответственно.

Результаты испытаний всех проб грунта прЕдставлены на фиг.4 в виде зависимостей

1 т

1 ст макс От у макс и W опт От W опт соответственно.Полученные данные аппроксимируют методом наименьших квадратов линейными функциями вида / макс = A j макс+ В: (4) И опт = C"W oïò+ D (5) с подсчетом эмпирических коэффициентов А, В, С и 0 по формулам

1 CX (3ианс 1 иак„) " (Зиоас1) :- 6иан„)

j.х 7 1=1 " :1 (ь) -. („".„„) - я у р. .„, „) 1718726 ст " ". ст и (Ирп 1, Опт. Ф ) /2 - (Опт. f ) (+ )

1 - т л, n < 2. и Е (4рпсl) (? /опт.1) (-т j-- т

; (Woðt,,) - СЕ (oat 1) р 1"-1 где и — число испытанных проб грунта. 10

Фактические значения коэффициентов составили: А = 0,968; В = 0,044 г/см; С =

=0,95; D = 0,23 %.

Определение вероятных погрешностей предсказания значений у "M « NI"o t по 15 зависимостям (4) и (5) производят следующим образом. Рассчитывают средние квадратические отклонения между фактическими стандартными значениями максимальной плотности и оптимальной 20 влажности гРУнта (y тмакс.i, NI"îïò.i) и соответствующими величинами, вычисленными по формулам (4) и (5) 1/ макс.I, W опт.I

Sp=

-(1f ) 30

Фактические значения Sy u Sw составляют;

Sy = 0,012 г/см; Sw = 0,7%. 35

Определяют максимальные средние квадратические погрешности оценок значения у макс и W опт по формулам (4) и (5):

45 (б) где (y макс)пт (уу опт)т — наибольшие значения соответственно максимальной плотности и оптимальной влажности, 50 полученные в цилиндре прибора с меньшим объемом, при испытаниях отобранных проб грунта.

Фактические значения Sym u Swm составили: 55

$ ym = 0,014 г/см; Swm = 0,85

Величины погрешностей lyu lw, определяемые по формулам

ly = t(n, и-2) $ у ; (14) IW = t (а . и-2) SWm, (15) где t(a, и-2) — квантиль распределения

Стьюдента с (n-2) степенями свободы, соответствующая доверительной вероятности а, при а = 0,9 составляют: ly = 0,03 г/см; Iw=1,5%

Пример 3. Определяют стандартные значения максимальной плотности и оптимальной влажности песчаного грунта, Проба грунта взята из произвольного карьера, находящегося в регионе распространения грунтов, для которых в примере 2 осуществлена оценка эмпирических коэффициентов

А. В, С и D, а также погрешностей lye lw.

Для этого данный грунт испытан в приборе сменьшим объемом цилиндра,,как это описано в примере 2. с определением значений

y Ko и W ont, Они составили 2,03 г/см и

9,7% соответственно.

Стандартные значения г M3KC и W тollt пересчитывают по формулам: у ìàêc = 0,968 ф макс + 0,044 г/ M

М/ опт = 0,95 W îïò + 0,23%, а их истинные значения находятся в следующих 90-процентных доверительных интервалах: макс = 2,01 + 0,03 г/см

W опт = 9,4 1,5%.

Пример 4. Необходимо определить коэффициенты,А, В, С и О, а также значения погрешностей 1у и Iw с 90-процентной доверительной вероятностью для глинистых и суглинистых грунтов заданного района строительства, Физические характеристики грунтов (и

= 12), взятых из различных карьеров, представлены в табл.2, Испытание каждой пробы грунта в приборе с меньшим объемом цилиндра производят в последовательности, приведенной в примере 2.

1. Среднее значение влажности воздушно-сухого грунта составляет:

Р/и = 3,07%.

2, Массы частных проб воздушно-сухого грунта, выделенных из исходной пробы, соста вл я ют: и1пр1 = 390 r; mnp2 = 431 I; mnp3 = 408 г.

3, Количество воды, необходимой для доувлажнения грунта проб заданного значения Wt (исходное значение для глинистых грунтов принимают равным 8%), рассчитываемое по формуле (1), составляет:

01= 178 г; 022 = 197 г, 03 = 18 6 г.

4, Плотность влажного грунта (при Wt =

:=8%) после уплотнения 45-ю ударами пада1718726

10 ющей гири, рассчитанная по формуле (2), составляет:

) н - 2,05.г/с м

Исходное значение влажности образца, полученное термовесовым способом, со- 5 ставляет

М4 = 7,98%.

Плотность скелета сухого грунта, вычисленная по формуле (3), составляет; ск = 1,9 г/см . з

5. Полученный в результате опытов с последовательным увеличением влажности

М/т каждый раз на 2 — 3% график зависимости

yes = т(И/и) представлен на фиг.2б. Максимум величины плотности скелета грунта y иакс и 15 соответствующее значение влажности

W опт составляют 2,01 г/см и 12,5% соответственно.

Результаты испытаний всех проб грунта представлены на фиг,5. 20

Расчет коэффициентов А, В, С и О, а также погрешностей ly u Iw выполняют по формулам (6) — (9) и (10) — (15) примера 1, И.х конкретные значения составляют:

А = 1,104; В = -0,091 г/см; ly= 0,03 г/см; .С= э.=1,19; D = 0 06%; lw = 1,5%

Пример 5, Определяют стандартные максимальную плотность и оптимальную влажность суглинка, проба которого взята. в районе распространения грунтов, представленных в табл.2. В результате испытания в приборе с меньшим объемом цилиндра по методике, изложенной в npviмере 4, получено,, макс = 1,90 г/см, М/ опт=

=115%

Искомые значения у "мако и W опт пересчитывают по формулам:

40 ) от = 1,104 У мако 0,091, г/cM

W"oïT = 1,19 W îïò + 0,06, %, а их истинные значения будут находиться в следующих интервалах;

) макс = 2,01 0,03 г/см; W опт = ст 3. ст 45

=13,75 + 1,5%.

Формула изобретения

° Способ лабораторного определения максимальной плотности и оптимальной влажности грунта, включающий подготовку проб увлажненного грунта, загрузку их в цилиндр прибора с уплотнением ударами стандартного груза, пяти- шестикратное повторение уплотнения грунта при увелйчении влажности каждый раз на два-три процента, построение графика зависимости скелета грунта после уплотнения от влажности и нахождение максимального значения плотности скелета грунта и соответствующего значения оптимальной влажности. «лича ющи йся тем,что,сцельюповы:юния точности и производительности путе использования для загрузки грунта .": ц.1 линдр прибора в 6-10.раз меньшим nh;,емом по сравнению со стандартным, производят подбор количества ударов ста:;дартного груза, соответствующего стагилизации плотности образца грунта о цилиндр.: прибора с меньшим объемом, осуществляют многократные замеры значений макси мальной плотности скелета грунта и оптимальной влажности в цилиндре прибора с меньшим объемом, одноразово методом статистического анализа определян".: эмпирические коэффициенты перехода от значений максимальной плотности скелета грунта и соответствующего значения оптимальной влажности, замеренных в цилиндре с меньшим объемом, к стандартным значениям плотности грунта и соответствующей оптимальной влажности, а также погрешности оценок стандартного значения максимальной плотности скелета грунта и оптимальной влажности, причем связь между значениями максимальной плотности скелета грунта и соответствующей ей оптимальной влажности, замеренными в цил:ч: дре прибора с меньшим объемом. и стандартными значениями максимально:"". плотности скелета грунта и соответствугощей ей оптимальной влажности, аппроксимируют функциями вида ст макс = A г макс + В + / ;

W poT = С W pn>+ О+ lw, где у макс значения максимальной

1 плотности скелета грунта, замеренные в цилиндре прибора с меньшим объемом, г/см; з, Р/ опт — значения оптимальной влажности грунта, замеренные в цилиндре прибора с меньшим объемом, доли ед.; ) "мака — значения максимальной плотности скелета гру .та, замеренные в цилиндре стандартного прибора, г/см; W poT — значения оптималь3, ст ной влажности грунта, замеренные в цилиндре стандартного прибора, доли ед.; А, В,С и

0 —; y — погрешность оценки стандартного значения максимальной плотности скелета грунта;

Iw — погрешность оценки стандартного значения оптимальной влажности грунта, а пробы грунта с объекта строительства сбрабатывают в цилиндре прибора с меньшим объемом с определением значений максимальной плотности скелета грунта и соответствующей ей оптимальной влажности, при этом стандартные значения этих параметров рассчитывают по указанным формулам.

1718726

Таблица 1

Карьер Плотность, Число гlсмв пластичности

Содержание частиц, мас.3

Грунт песчаных пылеватых глинистых

67,75 18,79 13,46

80,36 10,74 8,9

1 2,69

2 2,67

Супесь легкая

Супесь легкая крупная

Непластичный

90,07 5,43

77,42 10,30

49,08 38,52

63,6 29;12

77,5 15,32

90,82 2,95

93,18 3,73

3 2,67

4 2,65

5 2,68

6 2,63

7 2,65

8 2,69

9 2,65

Непластичный

Непластичный .

Песок средней крупности

10 2,68

97,7 2,3

100>0

100,0

Непластичный

Непластичный

Непластичный

То же

Песок крупный

И 2,67

12 2,66

Песок средней крупности

Т а б л и ц а 2

Карьер Плотность г/с э

Число пластичности пылеватых 1 глинистых

45,59

18,13

Грунт песчаных

Глина пылеватая

18

5,0

30,0

2,75

2,70

Суглинок. легкий пылеватый

2,70

2,60

57, 63

25,0

21,03

59,14

21,34

15,86

Суглинок легкии

1l

Суглинок легкий пылеватый

13,87

19,59

13,32

2,69

2,69

2>71

69,39 . 52,0

22,62

16,74

28,41

64,06

Суглинок легкий

Суглинок. легкий

6

Суглинок легкий пылеватый

То же

Суглинок легкий

Глина пылеватая

8

11

2,69

2,69

2>72

2,74

2,73

9

17

18

37,36

49,70

8,0 . 6,10

31,83

49,53

39,95

43,11

44,05

30,15

4,5

12,28

12>4

7,28

7,21

6,23

3,09

13,11

10,35

48,89

49,85

38,02

Песок крупный

Супесь легкая

Супесь пылеватая

Супесь легкая

Супесь легкая

Песок крупный

Суглинок тяжелый

Суглинок тяжелый пылеватый

3738726

1718726

1718726

1718726

10 кг У

У/

Ь AT%

Составитель Ю.Матвеев

Техред М.Моргентал Корректор M.Êó÷åðÿâàÿ

Редактор Н.Химчук

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 893 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35. Раушская наб., 4/5