даними дренованих компресійних випробувань. |
|
ln S |
|
|
|
|
|||||
|
Для визначення δ1 після завершення фільтрацій- |
|
|
ph |
|
|
|
|
|
||
ної консолідації (починаючи з моменту часу tf.c) будують |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
лінійний графік, поданий на рис. 10.28 (де s |
– швидкість |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
осідання (s = ∆s / ∆t ); p – тиск; h – товщина шару, що |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
деформується). Тангенс кута нахилу його до осі абсцис і |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
буде δ1: δ1=tgψ. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
мулою |
Параметр повзучості δ можна визначати за фор- |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
δ =δ1mv′′ / mv′ , |
(10.94) |
|
|
|
|
ψ |
|||||
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
де mv′′ і mv′ – коефіцієнти відносної стисливості відпо- |
|
|
tgψ=δ1 |
|
|
tx |
|
||||
відно внаслідок повзучості ґрунту, які визначають на кі- |
|
|
|
|
|
|
|||||
нець досліду, та у результаті пружних деформацій зразка |
0 |
|
|
|
|
|
t |
||||
й фільтраційної консолідації. |
|
|
Рис. 10.28. Графік для визна- |
||||||||
|
′ |
|
|
||||||||
|
Величину mv знаходять за формулою |
|
чення коефіцієнта згасання пов- |
||||||||
|
m |
f |
(10.95) |
зучості δ 1 |
після завершення |
||||||
де mm |
mv′ = mv |
+ mv , |
фільтраційної консолідації |
||||||||
і m f – коефіцієнти відносної стисливості відпо- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
v |
v |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
відно за період пружних деформацій та фільтраційної консолідації.
Коли деформації повзучості в період фільтраційної консолідації – незначні, то
m' |
= mm + m f |
=( s |
m |
+ s |
f .c |
) /( hp ), |
(10.96) |
|
v |
v |
v |
|
|
|
|
||
де sm та sf.c визначають за графіками (рис. 10.26); h – висота зразка; p – тиск на нього. Значення mv′′ установлюють за формулою
′′ |
en |
′ |
−δ1ten |
), |
(10.97) |
mv |
=( mv |
−mv ) /(1−e |
|
де mven – коефіцієнт відносної стисливості ґрунту при умовній стабілізації зразка ґрунту за
період часу ten (на кінець досліду).
Отже, за результатами дослідів визначають усі параметри, необхідні для знаходження відносної деформації повзучості однофазного ґрунту, що дає можливість складати прогноз деформацій повзучості ґрунтів.
Зазначимо, що для наближених розрахунків осідань у часі відносно добре фільтруючих ґрунтів (як-от: суглинки й глини з прошарками піску) використовують роздільне визначення розвитку осідань у часі через витиснення порової води, фільтраційної консолідації та повзучості із застосуванням графіка розвитку деформацій у часі (див. рис. 10.26). У цьому випадку криву зростання осідання в період деформацій повзучості заміняють прямою, починаючи з точки 2.
Таким чином, для розрахунку осідань споруд у часі з урахуванням повзучості ґрунтів необхідно спочатку вибрати ту чи іншу теорію їх деформування. На цей вибір значною мірою впливають два чинники: природна ущільненість і коефіцієнт водонасичення ґрунтів.
10.8. ПРОГНОЗ РОЗВИТКУ ДЕФОРМАЦІЙ ОСНОВИ З ЧАСОМ ЗА ДАНИМИ ІНСТРУМЕНТАЛЬНИХ СПОСТЕРЕЖЕНЬ ЗА НИМИ
Для водонасичених ґрунтів осідання фундаментів та їх нерівномірності у часі t у загальному випадку ще на стадії проектування звичайно визначають за допомогою відомого рішення теорії фільтраційної консолідації (див. п. 10.6). Для основ, складених ґрунтами з реологічними властивостями, з цією ж метою використовують рішення прикладної теорії повзучості ґрунтів (див. п. 10.7).
Але для практичного визначення часу стабілізації осідань фундаментів і прогнозу значень цих осідань у різноманітних ґрунтових умовах, для яких характерні процеси розвит-
265
ку деформацій із часом, можливе використання деяких апробованих феноменологічних залежностей між осіданнями та часом їх розвитку. При цьому використовують дані нетривалих інструментальних спостережень за осіданнями споруд, що зводять чи експлуатують. Мінімальна кількість послідовних спостережень для прогнозу і визначення параметрів згасаючої деформації обмежена трьома. Для гарантії надійності прогнозу часу розвитку осідань і величин стабілізованих осідань бажано мати не менше від шести точок спостережень. У першому циклі спостережень початковий відлік умовно приймають рівним нульовим переміщенням. У наступних циклах вимірів установлюють переміщення елементів будівель наростаючим підсумком.
Так, метод Терцагі–Фреліха оснований на припущенні, що стан ущільнення на момент закінчення будівництва tc такий же, нібито тиск на основу Pt діяв протягом проміжку t/2. По закінченні проміжку, після миттєвого прикладання тиску Pt, осідання дорівнює
St = S′Pt Pc , |
(10.98) |
де S′ – осідання на момент часу t/2, викликане ущільненням ґрунту тиском Pc від загальної ваги споруди, прикладеним миттєво в момент t=0; Pt – тиск на основу в момент часу t.
У методі професора С. М. Сотникова використовується вираз, який виведено на основі відомих рішень теорії консолідації
t2 − t1 |
= |
ln( S∞ − S1 ) − ln( S∞ − S2 ) |
|
, |
(10.99) |
|
t3 − t2 |
ln( S∞ − S2 ) − ln( S∞ − S3 ) |
|||||
|
|
|
||||
де S1, S2, S3 – заміряні осідання у період часу t1, t2, t3 (після завершення будівництва об’єкта);
S∞ – кінцеве осідання, причому t1<t2<t3, а S1<S2<S3<S∞.
Виконавши нескладні перетворення (Винников Ю. Л., Сєров М. І., 1996), рівняння (10.99) можна звести до вигляду
( S |
∞ |
− S |
2 |
)t3 −t1 |
=( S |
∞ |
− S )t3 −t2 |
( S |
∞ |
− S |
3 |
)t2 −t1 . |
(10.100) |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
Було запропоновано фіксувати осідання тричі через рівні проміжки часу (t2-t1=t3-t2). Тоді кінцеве осідання визначають як
S |
∞ |
=( S S |
3 |
− S2 |
) /( S − 2S |
2 |
+ S |
3 |
). |
(10.101) |
|
1 |
2 |
1 |
|
|
|
До речі, при цьому S1 може дорівнювати нулю.
Якщо ж перший проміжок часу (t2-t1) удвоє менше від другого (t3-t2), то кінцеве осідання дорівнює
|
|
|
|
|
|
|
|
|
− S2 |
− 2S S |
3 |
+ 3S2 |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
1 |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
S |
2 |
+ 2S S |
|
− 3S |
2 |
|
|
2S |
− 3S |
2 |
+ S |
3 |
|
|
S |
2 |
S |
|
− S |
3 |
|
|
|
|||
|
|
3 |
2 |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
S∞ = |
1 |
1 |
|
+ |
|
|
|
|
|
|
|
− |
|
1 |
|
3 |
|
2 |
. |
(10.102) |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
2S1 |
|
|
|
|
|
||||||||
|
4S1 − 6S2 + 2S3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
− 3S2 + S3 |
|
|||||||||||||||
У методі професора В. І. Федорова для розрахунку часу стабілізації осідань основи та значень цих осідань при відомому чи невідомому часі початку затухаючої повзучості використовують відповідно залежності:
S = β ln( t / t0 ); |
(10.103) |
S = β ln(1+t / t0 ); |
(10.104) |
де t – час від моменту прикладання навантаження, що викликає осідання S; β – постійний коефіцієнт; t0 – умовна різниця в часі з моменту прикладання навантаження до початку деформації основи внаслідок його дії. Параметри β і t0 визначають за короткочасними спостереженнями методом найменших квадратів.
При відомому часі початку затухаючої повзучості величини t та t0 відраховують від моменту завершення кінцевого навантаження на ґрунт основи. Наприклад, відлік часу при зведенні будинків і споруд слід вести від моменту закінчення мурування або монтажу стін останнього поверху, при влаштуванні насипу – від моменту відсипання насипу на повну висоту.
Ці методики раціонально застосовувати для контролю розвитку осідання фундаментів
` |
266 |
споруд, попереднього визначення строків початку монтажу технологічного обладнання тощо.
Приклад 10.3. Осідання однієї з поверхневих марок багатоповерхової будівлі після введення її до експлуатації склало при часі замірювання рівня позначок: t1=0, S1=0; t2=141 доба, S2=37 мм; t3=282 доби, S3=59 мм. Визначити кінцеве осідання S∞ цієї марки.
Проміжки часу, через які фіксувались осідання t2-t1=t3-t2. За (10.101) маємо
S∞ = |
0 59 |
− 37 |
2 |
= 91,27 мм. |
||
0 − 2 |
37 |
+ 59 |
||||
|
|
|||||
Додамо лише, що фактичне виміряне осідання цієї марки за майже десять років експлуатації перевищило розраховане S∞ лише на 10%.
11. ОСНОВИ ТЕОРІЇ УЩІЛЬНЕННЯ ҐРУНТІВ
11.1. ЗАГАЛЬНІ ПОНЯТТЯ ПРО УЩІЛЬНЕННЯ ҐРУНТІВ ТА ЇХ ОПТИМАЛЬНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ
У термінології з механіки ґрунтів зменшення кількості пор у одиниці об’єму ґрунту називають консолідацією, ущільненням, денсифікацією, або іншими термінами. Суттєва різниця між першими двома термінами полягає у тому, що консолідацією звичайно називають відносно повільне зменшення пористості у часі під дією статичного навантаження, котре може супроводжуватися витискуванням води із пор. Як приклад можна навести зменшення пористості ґрунту під дією ваги споруди. При цьому розглядають одноразове завантаження без обмеження його дії у часі, що дозволяє повністю реалізувати потенціал діючих зовнішніх сил. Ущільненням можна назвати відносно швидке зменшення пористості, виконане механічними засобами за декілька циклів прикладання зовнішнього навантаження, котре, як правило, має динамічний характер дії на ґрунт. Прикладом може бути ущільнення основи трамбівками. Ущільнення ґрунтів розглядають під час використання ґрунту як матеріалу для зведення споруд (зворотні засипання, земляні насипи та ін.), штучного поліпшення властивостей основ, улаштування фундаментів без виймання ґрунту тощо.
Метою ущільнення є створення нової структури й текстури ґрунту, які дають змогу підвищити міцність, зменшити деформативність і фільтрацію, ліквідувати небажані природні властивості, забезпечити надійність довгострокової експлуатації.
Ґрунти являють собою складні динамічні фазові системи, які включають взаємодіючі між собою тверду, рідку та газоподібну фази. Зміна однієї з фаз викликає зміну фізико - механічних властивостей усієї системи ґрунту в цілому (див. розділ 4).
Співвідношення об’ємів трифазного ґрунту відображають таким чином:
|
|
ρd |
|
|
|
Wρd |
|
′ |
(11.1) |
||
|
|
|
|
|
|||||||
1 |
= |
ρs + |
|
|
ρw +V |
||||||
|
|
|
|||||||||
або |
|
|
ρd |
|
|
|
Wρd , |
|
|
||
|
1 = |
|
+ |
|
(11.2) |
||||||
|
ρs |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
ρwSr |
|
|
||||
де ρd/ρw – відносний об’єм сухого ґрунту; Wρd/ρs – відносний об’єм води; V′=Va/Vs – відносний об’єм повітря; Va – об’єм повітря; Vs – об’єм ґрунту.
У результаті взаємодії трифазного ґрунту із зовнішнім навантаженням змінюється об’єм кожного з компонентів, що приводить до зміни фізико-механічних властивостей усієї системи ґрунту в цілому.
Тверді частинки взаємодіють із рідкою фазою – водою. Найближчі молекули води міцно утримуються на поверхні твердих частинок та утворюють міцно зв’язану воду. Вільна вода й різні види зв’язаної відрізняються своїми властивостями, тому характер взаємодії рід-
267
кої фази з іншими визначається не тільки кількісним, але і якісним змістомрізних формв о- ди.
Ущільнення трифазного ґрунту проходить унаслідок стиснення всієї системи та зміни співвідношення компонентів.
Зовнішнє навантаження спочатку стискує повітря, яке найбільш рухоме, і видаляє його через пори ґрунту. Опір стисненню повітря незначний, тому майже відразу після прикладання навантаження головна його частина передається на скелет ґрунту.
Спочатку зближуються окремі агрегати й грудки ґрунту, потім починається взаємне ковзання та зближення твердих частинок у середині агрегатів. При цьому змінюється орієнтація частинок, збільшується ступінь заповнення пор ґрунту водою. Під навантаженням переміщуються тільки ті частинки, для переміщення яких достатньо величини прикладеного навантаження. Одночасно зі скелетом у більш стійке положення переміщується і рідка фаза, причому за рахунок руйнування агрегатів збільшується сумарна активна поверхня частинок та кількість зв’язаної води. Повітря дає суттєвий опір витисненню тільки на останній стадії ущільнення, коли воно затискується у порах ґрунту. Система із трифазної наближається до двофазної. Повне видалення повітря із пор неможливе, завжди незначний об’єм повітря наявний у вигляді затисненого у порах, тому чітку межу між двофазним і трифазним ґрунтом установити важко.
Об’єм витісненого повітря при ущільненні трьохфазного ґрунту приблизно дорівнює зменшенню всього об’єму ґрунту, дуже незначна частина зменшення об’єму ґрунту може бути віднесена за рахунок стиснення затисненого повітря або його розчинення у воді.
Зближення частинок, витіснення і стиснення повітря продовжується до тих пір, поки вони не розташовуються максимально компактно і не встановлюється рівноважний стан між ущільнюючим зусиллям та сумісним опором ущільненню усіх фаз ґрунту. Цей опір може бути поділений на три складові частини.
Перша складова залежить від величини деформації ґрунту під навантаженням і сил тертя та зчеплення у зонах контакту між частинками й агрегатами.
Друга складова залежить від швидкості деформування ґрунту при ущільненні і збільшується зі зростанням швидкості деформування. Її називають в’язким опором, що виникає внаслідок опору витиснення плівок води із зон контактів між мінеральними частинками й агрегатами, а також динаміки ущільнення. При ущільненні збільшується маса кожного елементарного об’єму ґрунту і змінюється швидкість його руху, тобто змінюється кількість руху кожного елементарного об’єму та ґрунту в цілому. Згідно із законом механіки зміна кількості руху за одиницю часу дорівнює імпульсу сили, якою є сила опору ґрунту ущільненню.
Третя складова опору ґрунту ущільненню визначається силами інерції і дорівнює добутку маси ґрунту на прискорення.
Головними складовими опору ґрунту ущільненню є перші дві. Величина інерційного опору порівняно з ними невелика.
Головним показником ущільнення можливо вважати приріст щільності сухого ґрунту в одиниці об’єму за фіксований час, який у загальному вигляді визначається рівнянням
ρd = Kσmaxt , |
(11.3) |
де К – коефіцієнт, що характеризує опір ґрунту ущільненню; σmax – максимальний контактний тиск у межах зони деформацій; t – тривалість дії зовнішнього тиску.
Аналізуючи вираз (11.3), можна бачити, що збільшення щільності сухого ґрунту в процесі ущільнення є змінною величиною, яка залежить від властивостей ґрунту і характеристик ущільнення. Потрібний приріст щільності може бути досягнутий:
а) зменшенням опору ґрунту ущільненню; б) за рахунок збільшення максимального контактного тиску; в) збільшенням часу дії ущільнювача.
Одночасне врахування всіх факторів, котрі впливають на процес ущільнення, майже неможливе, тому для вивчення закономірностей приросту щільності сухого ґрунту потрібно у виразі (11.3) приймати дві з трьох перемінних величин постійними і визначати вплив кож-
` |
268 |
При оптимальній вологості найбільш |
lgn |
|
Sr=1 |
|
|
|
|
|||
повно й ефективно реалізуються мож- |
lgn1 |
|
|
1' |
|
|
||||
ливості ущільнювача. |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
σmax.1< σmax.2< |
|
|||||
|
Вирази (11.6) та (11.7) характе- |
|
|
|
|
|
||||
ризують процес ущільнення при пос- |
lgn2 |
|
2' |
< σmax.3< σmax.4 |
|
|||||
тійній величині роботи ущільнювача у |
|
|
|
|
|
|
|
|||
межах одного циклу і зміні загальної |
lgn3 |
3' |
|
W0=const≥ Wcon |
||||||
роботи ущільнення за рахунок збіль- |
|
|
arctg 1/m1 |
|
||||||
шення кількості дій. Таким чином, ці |
|
|
|
|
|
|||||
залежності є окремими випадками за- |
|
|
|
|
|
|
|
|||
гального виразу (11.3) й характеризу- |
lgn4 |
4' |
|
|
|
|
||||
ють вплив часу (кількості дій) на про- |
|
|
|
|
|
1 |
|
|||
цес |
ущільнення |
для |
випадку |
|
|
|
|
2 |
|
|
σmax=const. |
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
Розглянемо тепер вплив макси- |
|
|
|
|
4 |
|
|
||
мальних контактних тисків на резуль- |
|
|
|
|
|
|
|
|||
тати ущільнення, зафіксувавши у ви- |
|
|
1/ρd max.3, 4 1/ρd max.2 1/ρd max.1 |
1/ρd, м3/г |
||||||
разі (11.3) перемінну К, що характери- |
Рис. 11.2. Схема впливу максимального контактного |
|||||||||
зує опір ґрунту ущільненню. |
|
тиску на результати ущільнення |
|
|
||||||
|
На рис. 11.2 показано схему |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
ущільнення ґрунту постійної вологості (W0=const) ущільнювачами з різними максимальними |
||||||||||
контактними тисками, які пропорційні величині роботи протягом одного циклу. |
|
|
||||||||
|
Точки 1′, 2′, 3′, 4′ відповідають кінцевій фазі ефективного ущільнення, при котрих до- |
|||||||||
сягаються значення питомого об’єму сухого ґрунту відповідно 1/ρdmax.1, 1/ρdmax.2, 1/ρdmax.3. Як- |
||||||||||
що максимальний контактний тиск незначний, то навіть необмежене збільшення кількості |
||||||||||
дій ущільнювача не приведе до досягнення двофазного стану. Ґрунт стає пружно- |
||||||||||
деформованим ще у трифазному стані. Збільшуючи максимальний контактний тиск, підви- |
||||||||||
щуємо |
інтенсивність |
ущільнення, |
що |
характеризується |
кутовим |
коефіцієнтом |
1/m |
|||
(1/m3>1/m2>1/m1). Якщо вологість ґрунту W0 |
буде меншою, ніж максимальний уміст зв’язаної |
|||||||||
води Wcon, то досягти двофазного стану взагалі практично неможливо, тому що зв’язана вода |
||||||||||
міцно утримується частинками ґрунту і в зонах контакту створює значний опір ущільненню. |
||||||||||
Якщо вологість ґрунту буде більшою, ніж вологість на межі текучості WL, то ґрунт може на- |
||||||||||
бувати двофазного стану від дії власної ваги або зовсім незначного зовнішнього тиску. Та- |
||||||||||
ким чином, межами доцільного ущільнення слід вважати вологість від WL до Wcon. Шляхом |
||||||||||
збільшення максимального контактного тиску можна отримати таке мінімальне значення σmax |
||||||||||
яке дає змогу досягти двохфазного стану. Отримана щільність сухого ґрунту (питомий об’єм |
||||||||||
сухого ґрунту) набуває максимально можливого для даної вологості значення. Максимально |
||||||||||
реалізуються можливості ущільнювача і для таких характеристик σmax, а вологість ґрунту |
||||||||||
можна вважати оптимальною. |
|
|
|
lgAcom |
|
|
|
|
||
|
Подальше збільшення максимального ко- |
|
|
|
|
|||||
нтактного тиску до σmax.4 зменшить кількість дій |
Sr=1 |
W0=const≥Wcon |
|
|||||||
ущільнювача для досягнення двофазного стану, |
σmax.i<σmax.opt |
|
||||||||
але граничне значення щільності сухого ґрунту |
|
|
|
|||||||
не зміниться 1/ρdmax.3=1/ρdmax.4. При цьому зага- |
|
|
|
|
|
|||||
льна робота ущільнення практично не змен- |
|
|
|
|
|
|||||
шиться. Загальну роботу ущільнення визначимо |
|
|
|
|
|
|||||
як добуток роботи ущільнювача за один цикл на |
|
|
arctg 1/m' |
|
|
|||||
кількість дій ущільнювача (Acom=A1n). |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
У координатах “lgAcom-1/ρd” для всіх зн а- |
1 |
1/ρd.max |
|
1/ρd, см3/г |
|||||
чень σmax, більших ніж σmax.opt=σmax.3, буде побу- |
Рис. 11.3. Схема залежності між |
|
||||||||
довано |
один графік |
залежності 1/ρd=f(lgAcom) |
|
|||||||
(рис. 11.3). |
|
|
|
|
питомим об’ємом сухого ґрунту і |
|
||||
|
|
|
|
загальною роботою ущільнення |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
||||
271
|
Практичне використання виразу (11.12) підтверджує його достатньо високу точність. |
||||||||||||||||||
Вологість, що відповідає максимальному вмісту зв’язаної води Wcon, близька за своїм значен- |
|||||||||||||||||||
ням до вологості на межі розкочування ґрунту WP. У виразі (11.10) приймемо значення воло- |
|||||||||||||||||||
гості, які відповідають вологостям на межах пластичності, та отримаємо залежність |
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
WL −Wp |
= σ max.p |
I p |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
k = σ max.p |
−σ max.L |
−σ max.L . |
|
|
|
(11.13) |
||||||||
|
Із виразу (11.13) видно, що інтенсивність зміни оптимальної вологості пропорційна |
||||||||||||||||||
числу пластичності зв’язних |
ґрунтів. Для різновидів з однаковим |
числом |
пластичності |
||||||||||||||||
k=const. Ґрунти, які включають більший уміст глинистих частинок, мають більшу інтенсив- |
|||||||||||||||||||
ність зміни оптимальної щільності сухого ґрунту за рахунок зміни максимальних контактних |
|||||||||||||||||||
тисків при ущільненні. Наявність будь-якої за- |
|
WL |
|
|
|
|
|
||||||||||||
кономірності |
у |
зміні |
числа |
пластичності |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
зв’язного ґрунту приводить до відповідної зміни |
|
|
|
|
|
|
|
|
arctgKw |
||||||||||
в закономірностях |
оптимальних |
характеристик |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
ущільнення. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ґрунти одного літолого-генетичного ти- |
Wm |
|
|
|
|
|
||||||||||||
пу, які вирізняються кількісним вмістом глинис- |
|
|
|
|
|
||||||||||||||
тих частинок постійного мінерального складу в |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
координатах “IP-WL”, характеризуються наявніс- |
|
|
|
|
|
|
|
|
IP |
||||||||||
тю лінійної залежності між числом пластичності |
|
|
Рис. 11.4. Схема залежності між |
||||||||||||||||
та вологістю на межі текучості (рис. 11.4). |
|
|
|
показниками пластичності |
|||||||||||||||
|
|
WL =Wm + Kw I p , |
|
|
(11.14) |
lgR |
lgRm |
|
|
|
|
||||||||
де Wm – відрізок, що відсікається на осі ординат; |
|
|
|
m |
|
|
|
||||||||||||
Kw – тангенс кута нахилу прямої до осі абсцис. |
|
|
|
|
|
IP1< IP2< IP3< IP4 |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
Використовуючи методику “двох пенет- |
|
|
|
lgRP |
|
|
|
|
|
|||||||||
рацій”, запропоновану В. Ф. Разорьоновим |
та |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
В. Г. Забарою (1961), вологості на межах текучо- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
сті й пластичності (розкочування) визначають як |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
текучі |
координати |
логарифмічної |
|
залежності |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
між питомим опором пенетрації R і вологістю Wi |
|
|
|
lgRL |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
||||||||||
при значеннях R, що дорівнюють відповідно |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
0,0075 та 0,186 МПа. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
За результатами пенетраційних випробу- |
|
|
|
|
Wm |
|
|
|
W |
|||||||||
вань групи водонасичених зразків досліджува- |
Рис. 11.5. Результати пенетрації ґрунтів |
||||||||||||||||||
них різновидів у координатах “W-lgR” (рис. 11.5) |
одного літолого-генетичного типу |
||||||||||||||||||
спостерігається система перетинаючих одна од- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
ну прямих (“пучок”). Рівняння системи має вигляд |
|
|
|
Rm , |
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
W |
|
=W + 0,715 |
I |
p |
|
|
|
|
|
(11.15) |
||
|
|
|
|
|
|
|
L |
m |
|
|
|
R |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
L |
|
|
|
|
|
де Wm та Rm – координати точки перетину системи отриманих прямих. |
|
|
|
||||||||||||||||
|
Перемінною величиною у рівнянні (11.15) є число пластичності IP, тому для величини |
||||||||||||||||||
k (рівн. 11.9), що пропорційне IP та характеризує інтенсивність зміни оптимальної вологості |
|||||||||||||||||||
також буде одержана подібна залежність. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
У координатах “Wopt-lgσmax” для ґрунтів однієї літології і генезису спостерігають “пу- |
||||||||||||||||||
чок прямих” (рис. 11.6), рівняння якого має вигляд |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
W |
|
=W |
|
+ |
WL −Wcon |
|
lg σmax.m , |
|
|
(11.16) |
||||||
|
|
|
opt.i |
|
opt.m |
|
lg σmax.con − lg σmax.L |
σmax.i |
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
де Wopt та σmax.m – координати сходження прямих у пучку. |
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
З урахуванням граничних умов можна отримати приблизний вираз |
|
|
||||||||||||||||
273
lgσmax |
lgσmax.m |
|
|
|
|
|
lgσmax |
|
WP1 < WP2 < WP3 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
m |
IP1< IP2< IP3< IP4 |
|
lgσmax.lim |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
IP=const |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
3 |
|
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Wopt.m |
|
|
|
Wopt |
|
Wcon.1 Wcon.2 Wcon.3 |
Wopt |
|||
Рис. 11.6. Схема зміни оптимальної во- |
Рис. 11.7. Схема зміни оптимальної воло- |
|||||||||||
логості |
ґрунтів |
одного |
літолого- |
гості |
ґрунтів з однаковим числом плас- |
|||||||
генетичного типу |
|
|
|
|
тичності |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
W |
|
=W |
− WL −Wcon |
lg σ max.m . |
|
(11.17) |
|
|
|
|
|
|
opt.i |
opt.m |
3 |
|
σ max.i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Використання залежностей (11.16), (11.17) дає можливість для вивчення закономірностей ущільнення ґрунтів, що відносяться до одного літолого-генетичного типу, й узагальнення окремих результатів досліджень.
Ґрунти різного походження та мінерального складу можуть мати однакове число пластичності, але відрізнятися між собою значеннями вологостей на межах пластичності WL і WP. Ця відмінність приводить до того, що зміна оптимальної вологості при однаковій інтенсивності відбуватиметься за різними залежностями (див. рис. 11.7).
Граничні значення зміни оптимальних вологостей будуть різними залежно від своїх значень максимального вмісту зв’язаної води.
Для того, щоб використовувати залежності (11.16), (11.17), потрібно бути впевненим, що ґрунти, дослідження яких узагальнюються, відносяться до одного літолого-генетичного типу. Дослідженнями В. Г. Забари та В. І. Коваленка встановлено, що наявність залежності (11.14) ще не гарантує однорідності мінерального й зернового складу сукупності випробуваних ґрунтів. У якості інд икаційних показників, які дають змогу індентифікувати літологогенетичний тип ґрунту, можна використати параметри Wm і Rm залежності (11.5), котрі визначають для одного конкретного ґрунту за такою методикою:
Наважку досліджуваного ґрунту масою приблизно 4 кг переминають, засипають у скляний посуд, заливають дистильованою водою у кількості, що не перевищує у 3-4 рази масу ґрунту, ретельно перемішують до отримання однорідної ґрунтової суспензії. В процесі відстоювання суспензії ґрунт розшаровується за крупністю агрегатів. У нижній частині осадку переважають грубодисперсні частинки, а у верхній частині концентруються глинисті частинки. Коли суспензія відстоїться, воду зливають і відбирають проби з різних частин осадку за висотою, які являють собою різновиди вихідного ґрунту з різним ступенем дисперсності. Відібрані різновиди ґрунту випарюють у водяній бані до отримання твердої консистенції, потім ґрунт роздрібнюють і з кожної проби готують зразки для проведення пенетраційних випробувань. Кількість ґрунту в одній пробі повинна забезпечити наповнення трьох пенетраційних кілець об’ємом 100 см3 кожне. З кожної проби готують і випробовують три зразки різної вологості. Результати випробувань мають вигляд, подібний до наведеного на рис. 11.5. Координати пучка Wm та Rm являють собою необхідні індикаційні показники даного ґрунту.
Наведена методика отримання різновидів досліджуваного ґрунту, що відрізняються між собою за ступенем дисперсності, не приводить до помітного штучного розшарування на складові мінерали як у грубодисперсній, так і в глинистій складовій частині. Це пояснюється тим, що, на відміну від існуючих методів визначення зернового складу, не передбачена спеціальна підготовка суспензії (кип’ятіння з аміаком або добавлення пірофосфату натрію).
` |
274 |