Способ определения давления набухания грунта

Изобретение относится к строительному грунтоведению и применяется при инженерно-геологических изысканиях для строительства на набухающих грунтах, в частности для определения давления набухания грунтов. Техническим результатом изобретения является повышение точности и достоверности определения давления набухания грунта, сокращение трудозатрат и времени испытаний. Технический результат достигается тем, что способ определения давления набухания грунта заключается в замачивании образца грунта и приложении давления, выдержке приложенного давления до стабилизации деформации образца грунта и регистрации значений деформации образца грунта и действующего давления, при этом испытания проводят на одном образце грунта, а приложение давления производят микроступенями, равными 12,5 кПа, при каждом проявлении деформации набухания образца грунта, равной 0,005 мм, до достижения нулевого значения стабилизированной деформации образца грунта, при этом регистрацию значений деформации образца грунта и действующего давления производят через каждые 0,005 мм деформации образца грунта, а давление набухания грунта определяют как сумму всех микроступеней давления, приложенных на образец грунта, при которых достигнуто нулевое значение стабилизированной деформации образца грунта. 2 ил.

 

Способ относится к строительному грунтоведению и применяется при инженерно-геологических изысканиях для строительства на набухающих грунтах, в частности, для определения давления набухания грунтов.

Известен способ определения относительной деформации набухания и давления набухания грунтов методом одной кривой, заключающийся в том, что несколько образцов одного и того же грунта нагружают в компрессионных приборах разным давлением с выдерживанием до стабилизации деформации: первый образец нагружают давлением 0,0025 МПа, второй - 0,025 МПа, третий - 0,05 МПа, четвертый - 0,1 МПа, пятый 0,2 МПа и т.д. до необходимого давления в соответствии с программой испытаний. Затем каждый из образцов грунта замачивают, выдерживают до стабилизации деформации и регистрируют полученные значения деформации набухания. По данным испытаний всех образцов грунта строят график зависимости деформации набухания от давления и определяют давление набухания, как давление, при котором деформация набухания образца грунта равна нулю [1. Рекомендации по лабораторным методам определения характеристик набухающих грунтов (п. 3, с. 10-11). - М.: Стройиздат, 1974. - 19 с; 2. ГОСТ 12248-2010 Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости (п. 5.6, с. 25-28). - М.: Стандартинформ, 2011. - 82 с.].

Недостатками известного способа являются:

- потребность для испытания нескольких образцов одного и того же грунта (не менее 6), для получения которых необходимо из горных выработок производить отбор больших монолитов, что повышает трудовые и материальные затраты на подготовку образцов грунта для испытания;

- необходимость длительного одновременного или последовательного использования нескольких компрессионных приборов, увеличивающая длительность и стоимость испытания;

- низкая точность и достоверность результатов определений ввиду получения при испытании каждого образца только одного значения стабилизированной деформации.

Известен способ определения давления набухания грунтов прямым методом, заключающийся в замачивании образца грунта, размещенного в одометре, приложении на образец грунта через месдозу, протарированную на компрессионном приборе, давления до резкого увеличения электростатического сопротивления пленки масла в месдозе и выдержке приложенного давления до стабилизации деформации образца грунта, за которую принимают изменение давления не более чем на 0,1 кгс/см в течение 15 ч. По величине гидростатического давления в месдозе, возникающего при этом, определяют предварительное значение давления набухания грунта, а за расчетную величину давления набухания грунта принимают среднее арифметическое давлений, полученных при испытании не менее шести образцов одного и того же грунта [Рекомендации по лабораторным методам определения характеристик набухающих грунтов (п.4, с. 11-12). - М.: Стройиздат, 1974. - 19 с. (прототип)].

Недостатками известного способа являются:

- потребность для испытания нескольких образцов одного и того же грунта (не менее 6), для получения которых необходимо из горных выработок производить отбор больших монолитов, что повышает трудовые и материальные затраты на подготовку образцов грунта для испытания;

- необходимость длительного одновременного или последовательного использования нескольких компрессионных приборов, увеличивающая длительность и стоимость испытания;

- низкая точность и достоверность результатов определений ввиду получения на каждом образце только одного значения стабилизированной деформации;

- косвенное определение давления набухание грунтов, что снижает точность и достоверность результатов.

Задачей изобретения является усовершенствование способа определения давления набухания грунта, позволяющее повысить его эффективность.

Технический результат изобретения - повышение достоверности и точности определения давления набухания грунта, сокращение времени испытаний и трудозатрат.

Технический результат достигается тем, что в способе определения давления набухания грунта, заключающемся в замачивании образца грунта и приложении давления, выдержке приложенного давления до стабилизации деформации образца грунта и регистрации значений деформации образца грунта и действующего давления, согласно изобретения, испытания проводят на одном образце грунта, а приложение давления производят микроступенями, равными 12,5 кПа, при каждом проявлении деформации набухания образца грунта, равной 0,005 мм, до достижения нулевого значения стабилизированной деформации образца грунта, при этом регистрацию значений деформации образца грунта и действующего давления производят через каждые 0,005 мм деформации образца грунта, а давление набухания грунта определяют как сумму всех микроступеней давления, приложенных на образец грунта, при которых достигнуто нулевое значение стабилизированной деформации образца грунта.

Нагружение замоченного образца грунта микроступенями давления, равными 12,5 кПа, до достижения нулевого значения стабилизированной деформации образца грунта, повышает точность и достоверность определения давления набухания грунтов, позволяет проводить испытания на одном образце грунта и, соответственно, сокращает размеры монолитов, отбираемых из горных выработок для испытаний.

Регистрация значений деформации образца грунта и приложенного давления через каждые 0,005 мм деформации образца грунта повышает точность результатов испытаний и позволяет получать большой массив данных, обеспечивающий возможность оценки погрешности определения характеристик набухания грунта при испытании одного образца грунта.

Таким образом, совокупность указанных отличительных признаков обеспечивает новый положительный эффект и является сущностью изобретения.

Вышеизложенное позволяет утверждать, что предложенное техническое решение соответствует критериям изобретения «новизна» и «изобретательский уровень».

Пояснения к заявляемому способу определения давления набухания грунта и один из вариантов устройства для реализации этого способа схематично приведены на чертеже, где на:

фиг. 1 - принципиальная блок-схема устройства для реализации способа определения давления набухания грунта;

фиг. 2 - график изменения деформации замоченного образца грунта при нагружении микроступенями давления до достижения нулевой стабилизированной деформации.

Устройство для реализации способа определения давления набухания грунта состоит из рабочей камеры 1, размещенной на столе-основании 2, датчика 3 деформации образца грунта, датчика 4 величины приложенного давления, нагрузочного механизма 5, замачивателя 6 образца грунта и блока управления 7.

Рабочая камера 1 выполнена в виде одометра компрессионного прибора и состоит из разборного корпуса с подводом 8 воды и указателем 9 уровня воды, жесткого рабочего кольца 10, неподвижного перфорированного штампа 11 и подвижного перфорированного штампа 12. В рабочей камере 1 размещают испытываемый образец грунта 13.

Датчик 3 деформации образца грунта предназначен для измерения знакопеременных линейных перемещений подвижного штампа 12 (деформации образца) с погрешностью не более 0,005 мм и может быть выполнен, например, в виде растрового фотоэлектронного преобразователя линейных перемещений.

Датчик 4 величины приложенного давления предназначен для измерения приложенного давления при нагружении или разгрузке образца грунта и может быть выполнен, например, в виде динамометра сжатия с растровым фотоэлектронным преобразователем линейных перемещений.

Нагрузочный механизм 5 предназначен для нагружения образца грунта до заданного давления с постоянной скоростью, задаваемой блоком управления 7 в зависимости от физических свойств грунта.

Замачиватель 6 образца грунта предназначен для подачи воды в рабочую камеру 1 и поддержания в ней уровня воды выше высоты образца грунта 13 в течение его испытания.

Блок управления 7 предназначен для задания программы испытаний и управлением работой устройства в процессе ее выполнения, в частности, для: включения замачивателя 6 для замачивания образца грунта; включения нагрузочного механизма 5 и приложения микроступеней давления, равных 12,5 кПа; контроля за стабилизацией деформации образца грунта; регистрации в электронной памяти значений деформации образца и действующего давления через каждые 0,005 мм при замачивании и нагружении образца грунта; выдачи результатов испытания на дисплей блока управления 7 и внешнее ЭВМ.

Способ определения давления набухания грунта осуществляется следующим образом.

Образец грунта 13 естественной влажности загружают в рабочее кольцо 10, помещают на неподвижный штамп 11 в рабочей камере 1, накрывают подвижным штампом 12 и устанавливают на столе-основании 2. К подвижному штампу 12 подводят датчик 3 деформации образца грунта, датчик 4 величины приложенного давления и нагрузочный механизм 5, а к подводу 8 подсоединяют замачиватель 6, который заполняют водой, и включают устройство в работу.

При включении устройства в работу датчик 3 деформации образца грунта и датчик 4 величины приложенного давления обнуляют, включают замачиватель 6 и производят замачивание образца грунта 13.

В процессе замачивания образца грунта 13 производят контроль деформации образца грунта при постоянном давлении и ее регистрацию через каждые 0,005 мм деформации образца грунта.

При появлении деформации замоченного образца грунта, равной 0,005 мм (участок 0а фиг.2), включают нагрузочный механизм 5 и производят нагружение образца грунта 13 микроступенями давления, равными 12,5 кПа (участок 0b=Δp₁ фиг. 2), до достижения нулевого значения деформации образца грунта (точка b фиг. 2). При достижении нулевого значения деформации образца грунта включают контроль за стабилизацией деформации образца грунта. Если до наступления стабилизации деформации образца грунта вновь появляется деформация образца грунта, равная 0,005 мм (участок ba₁ фиг. 2), то вновь включают нагрузочный механизм 5 и производят нагружение образца грунта микроступенями давления, равными 12,5 кПа (участок bb₁=Δр₂ фиг. 2), до достижения нулевого значения деформации образца грунта (точка b₁ фиг. 2) и включают контроль за стабилизацией деформации образца грунта. Аналогичным образом при каждом проявлении деформации набухания замоченного образца грунта, равной 0,005 мм (точки а₂, … a_i фиг. 2), производят нагружение образца грунта микроступенями давления, равными 12,5 кПа, до достижения нулевого значения стабилизированной деформации образца грунта (точки b₂, …b_i фиг. 2).

После достижения нулевого значения стабилизированной деформации замоченного образца грунта (точка b_i фиг. 2) нагрузочный механизм 5 отключают, а результаты испытания выдаются на дисплей блока управления 7 и внешнее ЭВМ.

За давление набухания грунта принимают сумму всех микроступеней давления приложенных на образец грунта (Δp₁+Δp₂+…+Δp_i фиг. 2), при которых достигнуто нулевое значение стабилизированной деформации замоченного образца грунта

В качестве устройства для определения давления набухания грунта могут использоваться любые известные устройства, обеспечивающие проведение испытаний образца грунта в соответствии с описанным способом определения давления набухания, например, автоматический компрессионный прибор АКП-6Н для испытания грунтов постоянно возрастающей нагрузкой [Денисенко В.В., Ляшенко П.А. Автоматический компрессионный прибор АКП-6Н для испытания грунтов постоянно возрастающей нагрузкой // Научные труды Кубанского государственного технологического университета, 2016, №6. - С. 156-169. - URL: http://ntk.kubstu.ru/file/1014], что подтверждает соответствие изобретения критерию «промышленная применимость».

Таким образом, изобретение сокращает количество испытываемых образцов до одного, уменьшает размеры монолитов, отбираемых из горных выработок для испытаний, повышает достоверность и точность определения давления набухания грунта, сокращает трудозатраты и время испытаний.

Способ определения давления набухания грунта, заключающийся в замачивании образца грунта и приложении давления, выдержке приложенного давления до стабилизации деформации образца грунта и регистрации значений деформации образца грунта и действующего давления, отличающийся тем, что испытания проводят на одном образце грунта, а приложение давления производят микроступенями, равными 12,5 кПа, при каждом проявлении деформации набухания образца грунта, равной 0,005 мм, до достижения нулевого значения стабилизированной деформации образца грунта, при этом регистрацию значений деформации образца грунта и действующего давления производят через каждые 0,005 мм деформации образца грунта, а давление набухания грунта определяют как сумму всех микроступеней давления, приложенных на образец грунта, при которых достигнуто нулевое значение стабилизированной деформации образца грунта.