Способ определения характеристик свойств грунтов

 

Использование: в области грунтоведения при инженерных изысканиях в строительстве. Сущность способа заключается в следующем. Отбирают образцы грунта с ненарушенной природной структурой. Определяют его вес и начальную влажность. Предварительно влажные грунты высушивают до воздушно - сухого состояния. Затем помещают образец на сетку прибора для определения размокаемости грунта, погружают в воду, пригодную для питья, с температурой 20^oС. Фиксируют время размокания образца. Определяют базовое удельное время размокания. При этом параллельно испытывают не менее 8 образцов. Затем вычисляют среднее для испытанных образцов значение базового удельного времени размокания и находят коэффициент быстроты размокания грунта, после чего проводят классификацию грунта и определяют совокупность его свойств по формулам. При температуре воды, отличной от 20^oС, удельное время размокания приводят к базовому. В способе решается задача повышения достоверности и точности определения удельного времени размокания грунтов и на этой основе определения совокупности свойств грунтов и их классификации.

Изобретение относится к грунтоведению и может быть использовано при инженерных изысканиях в строительстве.

Известны способ определения водопрочностных характеристик лессового посадочного грунта [1] и способ определения характеристик пластичности неводонасыщенных дисперсных грунтов [2] Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ определения гранулометрического состава неводонасыщенных дисперсных грунтов, включающий отбор образца грунта в виде куба с размером стороны 25-35 мм, определение его веса и начальной влажности. Образец помещают на сетку прибора для размокания грунта, погружают в воду и фиксируют время размокания [3] Основной недостаток данного способа заключается в том, что вероятность получения случайных результатов определения удельного времени размокания за счет неоднородности свойств грунтов очень велика. Кроме того, в прототипе не определен порядок подготовки образцов к испытанию, не учтено влияние химического состава и температуры воды на удельное время размокания, а также данный способ не содержит зависимости для определения других свойств грунтов и для их классификации.

Целью изобретения является повышение достоверности и точности определения удельного времени размокания грунтов и на этой основе определения совокупности свойств грунтов и их классификации.

Цель достигается тем, что в способе определения характеристик свойств грунтов, заключающемся в отборе образца грунта с ненарушенной природной структурой, определения его веса и начальной влажности, помещении образца на сетке в воду для размокания, расчете удельного времени размокания и определении по полученным данным искомых характеристик, влажные грунты перед отбором образца высушивают до воздушно-сухого состояния, дополнительно определяют пористость грунта, для размокания образца используют питьевую воду, дополнительно рассчитывают базовое удельное время размокания грунта τ₂₀, соответствующее величине удельного времени размокания в воде, имеющей температуру 20^оС, по формуле τ₂₀ где τ_t удельное время размокания грунта при температуре, отличной от 20^оС; t_c температура воды, ^оС, при этом отбирают и подвергают размоканию не менее 8 идентичных образцов, рассчитывают среднее для образцов значение базового удельного времени размокания и коэффициент быстроты размокания грунта по формуле K_τ где K_τ- коэффициент быстроты размокания грунта; τ₂₀ среднее значение базового удельного времени размоканий грунта, с/г; τ'- удельное время размокания эталонного грунта, равное 1 с/г, а по полученным данным классифицируют грунт, исходя из соотношений: Пески K_τ≅ 0,5 Супеси 0,5 < K_τ≅5 Суглинки 5 < K_τ≅30 Тяжелые суглинки 30< K_τ≅300 Глины К > 300 и определяют характеристики свойств грунта по формулам: ϕ_ω= 17,1 + 0,92 lg K_τ; ϕ_ωt 24,5 0,93 lg K_τ;
C_ω= 0,00588 + 0,00884 lg K_τ;
C_ωt 0,00882 + 0,0103 lg K_τ;
E_ω + 0,91 lgK_τ
E_ωt=(0,65-n)17 +
P_sl 10^-5 n^-9 + (0,12n 0,021) lg K_τ;

γ_dmax 1,89 0,045 lg K_τ;
ω_опт 0,105 + 0,025 lg K_τ;
K_фв
К_фг К_фв (0,215 + 0,0737 lg K_τ);
V_0,1 0,648 + 0,248 lg K_τ;
V_од 0,289 + 0,0764 lg K_τ, где ϕ_ω, ϕ_ωt угол внутреннего трения увлажненного грунта при просадке и при стабилизации, град;
C_ω, C_ωt удельное сцепление увлажненного грунта при просадке и при стабилизации, МПа;
E_ω, E_ωt модуль деформации увлажненного грунта при просадке и при стабилизации, МПа;
P_sl начальное просадочное давление грунта, МПа;
εsl₁ относительная просадочность грунта при эталонном давлении 0,1 МПа, доли единицы;
γ_dmax наибольший удельный вес сухого грунта, т/м³;
ω_опт оптимальная технологическая влажность грунта, доли единицы;
К_фв, К_фг коэффициент фильтрации грунта по вертикали и по горизонтали, м/сут;
V₀₁ допускаемая неразмывающая средняя скорость водного потока при глубине 1 м, м/с;
V_од допускаемая неразмывающая донная скорость водного потока, м/с;
n пористость грунта, доли единицы;
е основание натуральных логарифмов.

Способ позволяет быстро, достоверно и наиболее полно характеризовать связные грунты. Это достигается тем, что авторами получены зависимости для определения совокупности свойств связных грунтов по коэффициенту быстроты размокания грунтов на основе комплексных исследований свойств грунтов 180 характерных массивов.

Способ осуществляют следующим образом. Перед испытанием влажные грунты (ω> 0,10) высушивают до воздушно-сухого состояния, так как быстрота размокания грунтов существенно зависит от их начальной (предопытной) влажности. Для получения сопоставляемых результатов испытаний необходимо определить единообразные условия проведения этих испытаний, что наиболее просто достигается путем высушивания образцов в комнатных условиях до воздушно-сухого состояния (до постоянного веса).

Затем производят отбор образцов грунта с ненарушенной природной структурой с размером стороны 25-35 мм.

Для параллельных испытаний отбирают не менее 8 образцов. Определяют их вес G, начальную влажность ω и пористость n любыми известными методами.

На сетку прибора для определения размокаемости грунта устанавливают образец грунта. После этого сетку прибора с образцом погружают в воду.

Известно, что химический состав воды может существенно влиять на результаты испытаний грунтов, так как от него зависит быстрота растворения цементирующих солей, пептизация или коагуляция коллоидов и т.п. Поэтому целесообразно ограничить диапазон изменений химического состава воды, используя воду, пригодную для питья, так как она обладает достаточно определенным химическим составом и имеется в наличии практически везде, что расширяет возможность использования данного способа.

Аналогичным образом влияет температура воды. Поэтому для унификации условий проведения опытов и сравнимости получаемых результатов используют в предлагаемом способе воду при температуре 20^оС. Такая температура воды наиболее часто имеет место.

По полученным данным определяют для каждого образца грунта базовое удельное время размокания грунта τ₂₀ по формуле
τ₂₀ где t время полного размокания образца, с;
ω- начальная влажность образца грунта, доли единицы;
G вес образца, г.

Для не полностью размокающих образцов грунта время опыта ограничивают двумя сутками (t' 172800 с), определяют размокшую (провалившуюся сквозь сетку прибора) за время t' часть образца η и находят базовое удельное время размокания грунта по формуле
τ₂₀ где t' время опыта на размокание образца, равное двум суткам (172800 с), с;
ω- начальная влажность образца грунта, доли единицы;
G вес образца грунта, г;
η- вес провалившейся сквозь сетку части образца, доли единицы.

В случае проведения опыта при температуре воды t_c≠20^оС результат удельного времени размокания τ_t приводят к базовому значению τ₂₀ по полученной на основе опытных данных зависимости
τ₂₀
где τ₂₀ базовое удельное время размокания грунта, c/г;
t_c температура воды ^оС;
τ_t удельное время размокания образца при температуре, отличной от 20^оС, с/г.

Зная для каждого образца базовое удельное время размокания грунта, вычисляют среднее для испытанных образцов значение базового удельного времени размокания грунта .

Для повышения достоверности и наибольшей точности результатов испытывают не менее 8 образцов, так как влияние неоднородности испытываемого грунта снижается при увеличении количества образцов, взятых на испытание.

Затем находят значение коэффициента быстроты размокания грунта по формуле
K_τ где K_τ- коэффициент быстроты размокания грунта;
среднее значение базового удельного времени размокания, с/г;
τ'- удельное время размокания эталонного грунта, равное 1 с/г. После этого с помощью коэффициента быстроты размокания грунта проводят классификацию грунта, исходя из соотношений: Пески K_τ≅ 0,5 Супеси 0,5 < K_τ≅ 5 Суглинки 5 < K_τ≅ 30 Тяжелые суглинки 30 < K_τ≅ 300 Глины К > 300, а также определяют совокупность свойств грунта по формулам
ϕ_ω= 17,1 + 0,92 lgK_τ
ϕ_ωt 24,5 0,93 lg K_τ;
C_ω= 0,00588 + 0,00884 lg K_τ;
C_ωt 0,00882 + 0,0103 lg K_τ;
Ε_ω + 0,91lgK_τ
E_ωt=0,65-n)(17 +
P_sl 10^-5 n^-9 + (0,12n 0,021) lg K_τ;
=
γ_dmax 1,89 0,045 lg K_τ;
ω_опт 0,105 + 0,025 lg K_τ;
K_фв
К_фг К_фв (0,215 + 0,0737 lg K_τ);
V₀₁ 0,648 + 0,248 lg K_τ;
V_од 0,289 + 0,0764 lg K_τ; где ϕ_ω, ϕ_ωt угол внутреннего трения увлажненного грунта при просадке и при стабилизации, град;
C_ω, C_ωt удельное сцепление увлажненного грунта при просадке и при стабилизации, МПа;
E_ω, E_ωt модуль деформации увлажненного грунта при просадке и при стабилизации, МПа;
P_sl начальное просадочное давление грунта, МПа;
εsl₁ относительная просадочность грунта при эталонном давлении 0,1 МПа, доли единицы;
γ_dmax наибольший удельный вес сухого грунта, т/м³;
ω_опт оптимальная технологическая влажность грунта, доли единицы;
К_фв, К_фг коэффициент фильтрации грунта по вертикали и по горизонтали, м/сут;
V₀₁ допускаемая неразмывающая средняя скорость водного потока при глубине 1 м, м/с;
V_од допускаемая неразмывающая донная скорость водного потока, м/с;
n пористость грунта, доли единицы;
е основание натуральных логарифмов.

Предлагаемые зависимости получены опытным путем на основе комплексных исследований свойств грунтов 180 характерных массивов. По результатам этих исследований построены графики. Полученные опытные результаты обработаны общепринятыми методами математической статистики и на этой основе впервые получены предлагаемые зависимости.

Теснота зависимостей характеризуется значениями коэффициента корреляции 0,7 0,95 и коэффициента вариации коэффициента регрессии 0,06 0,12.

Таким образом, в предлагаемом способе решается задача повышения достоверности и точности определения удельного времени размокания грунтов и на этой основе определения совокупности свойств грунтов и их классификации, причем достигается резкое снижение трудоемкости, продолжительности и стоимости (в 20-30 раз) испытаний.

Формула изобретения

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК СВОЙСТВ ГРУНТОВ, включающий отбор образца грунта с ненарушенной природной структурой, определение его веса и начальной влажности, помещение образца на сетке в воду для размокания, фиксирование времени его размокания, расчет удельного времени размокания и определение по полученным данным искомых характеристик, отличающийся тем, что влажные грунты перед отбором образца высушивают до воздушно-сухого состояния, дополнительно определяют пористость грунта, для размокания образца используют питьевую воду, дополнительно рассчитывают базовое удельное время размокания образца в воде, имеющей температуру 20^oС, по формуле

при этом отбирают и подвергают размоканию не менее 8 идентичных образцов, рассчитывают среднее для образцов значение базового удельного времени размокания и коэффициент быстроты размокания грунта по формуле

а по полученным данным классифицируют грунт, исходя из соотношений
Пески - K ≅ 0,5
Супеси - 0,5< K_τ≅ 5
Суглинки - 5 < K ≅ 30
Тяжелые суглинки - 30 < K ≅ 300
Глины - K > 300
и определяют характеристики свойств грунта во формуле
v_ω= 17,1+0,92 lg K_τ;
v_ωt= 24,5-0,93 lg K_τ;
C_ω= 0,00588+0,00884 lg K_τ;
C_ωt= 0,00882+0,0103 lg K_τ;


P_se= 10^-5n^-9+ (0,12n-0,021) lg K_τ;

gd_max= 1,89-0,045 lg K_τ;
w_опт= 0,105+0,025 lg K_τ;

K_ф.г= K_ф.в(0,215+0,0737 lg K_τ);
v₀₁= 0,648+0,248 lg K_τ;
v_од= 0,289+0,0764 lg K_τ;
где t_t - удельное время размокания грунта при температуре ≠ 20^oС;
t_с - температура воды, ^oС;
K_τ - коэффициент быстроты размокания грунта;
- среднее значение базового удельного времени размокания грунта, с/г;
τʹ - удельное время размокания эталонного грунта, 1 с/г;
ϕ_ω, ϕ_ω - угол внутреннего трения увлажненного грунта при просадке и при стабилизации, град.;
C_ω, C_ω - удельное сцепление увлажненного грунта при просадке и при стабилизации, МПа;
E_ω, Ε_ω - модуль деформации увлажненного грунта при просадке и при стабилизации, МПа;
P_se - начальное просадочное давление грунта, МПа;
- относительная просадочность грунта при эталонном давлении 0,1 Мпа;
γ_{d max} - наибольший удельный вес сухого грунта, т/м³;
ω_опт - оптимальная технологическая влажность грунта;
K_ф.в, K_ф.г - коэффициент фильтрации грунта по вертикали и по горизонтали, м/сут.;
v₀₁ - допускаемая неразмывающая средняя скорость водного потока при глубине 1 м, м/с;
V_од - допускаемая неразмывающая донная скорость водного потока, м/с;
n - пористость грунта;
e - основание натуральных логарифмов.