Суттєвого руйнування агрегатів не спостерігають. Крім того, концентрація ґрунту в суспензії у 30-40 разів вища, ніж при гранулометричному аналізі. У процесі відстоювання йде лише кількісний перерозподіл вмісту глинистої та грубодисперсної складової частини за глибиною осадку без зміни їх якісного складу.

Подана вище методика дає змогу з одного ґрунту отримати його різновиди і для випробувань на ущільнення. Згідно з необхідною для випробувань масою кожного різновиду розраховують вихідну кількість природного ґрунту й води для суспензії.

Після випробувань як мінімум двох різновидів отримують “пучок”, подібний до зображеного на рис. 11.6 із координатами Wopt.m і σmax.m, які є параметрами залежностей (11.16), (11.17) та водночас індикаційними показниками ущільнення ґрунту.

Склад обмінного комплексу суттєво впливає на пластичні властивості глинистих ґрунтів. При насиченні обмінного комплексу різними за активністю катіонами змінюється кількість глинистих частинок, котрі знаходяться у вільному стані, що для одного і того ж речового складу дає різні показники пластичності, але не приводить до зміни індикаційних показників.

11.2. СТАНДАРТНИЙ МЕТОД УЩІЛЬНЕННЯ ҐРУНТІВ

Для визначення максимально можливої щільності сухого ґрунту ρdmax та оптимальної вологості Wopt, при якій досягається ця максимальна щільність, нормативні документи пропонують використовувати стандартний метод. У якості стандартного прийнятий метод ущільнення зразків ґрунту з використанням приладів СоюздорНИИ або ЦНИИС. Схеми приладів наведені на рис. 11.8 і 11.9, технічні характеристики – у табл. 11.1.

Таблиця 11.1. Характеристики стандартного методу ущільнення

Прилад СоюздорНИИ використовують для випробування ґрунтів зі вмістом до 5 % частинок розміром більше ніж 5 мм, прилад ЦНИИС – для прискорених випробувань ґрунтів, які містять у собі до 5 % частинок розміром більше ніж 2 мм.

Досліджуваний ґрунт ущільнюють 4-6 разів, систематично збільшуючи вологість. Ущільнення доцільно починати при вологості, дещо більшій, ніж вологість у повітряносухому стані, але яка відрізняється не менше ніж на 8-10% від оптимальної, котру орієнтовно приймають рівною: для пісків – 8÷13%; супісків – 9÷15%; суглинків – 12÷22%; глин –

16÷26%.

Кількість води Q, необхідну для одержання потрібної вологості ґрунту, визначають за формулою

де P – маса ґрунту, що належить ущільнити, г; Wn та W0 – відповідно потрібна і початкова

275

г/см3 й оптимальна вологість у % відсіяного ґрунту з частинками, меншими, ніж 5 мм; Κ ρd і Κwopt – поправочні коефіцієнти, які приймають за табл. 11.2.

При проектуванні процесу ущільнення потрібну щільність ґрунту призначають через коефіцієнт ущільнення

де ρd – потрібна щільність сухого ґрунту, г/см3; ρd max st – максимальна щільність сухого ґрунту г/см3, отримана за результатами стандартного ущільнення.

Таблиця 11.2. Коефіцієнти урахування вмісту частинок, більших, ніж 5 мм

11.3. ДИНАМІЧНИЙ МЕТОД УЩІЛЬНЕННЯ ҐРУНТІВ

Розглянутий вище стандартний метод ущільнення дає значення оптимальної вологості і максимальної щільності сухого ґрунту, які рекомендують, відповідно до нормативних документів використовувати для всіх без винятку ґрунтоущільнюючих механізмів. У той же час отримані оптимальні характеристики є лиш окремими значеннями залежностей (11.11), (11.12) для параметрів приладів стандартного ущільнення. Використання стандартного методу приводить до того, що у деяких випадках неможливо досягти закладених у проект значень ρd max, в інших – призводить до нераціонального використання міцності ґрунтів і можливостей ущільнювачів. Неможливо дослідити й сам процес зміни характеристик ґрунту в процесі ущільнення.

Метод динамічного ущільнення базується на систематичному визначенні щільності сухого ґрунту під час ущільнення та побудові графіків залежностей (11.6) між питомим об’ємом ґрунту і кількістю ущільнюючих дій. Основи методу були запропоновані В. Ф. Разорьоновим, який сумісно з В. Г.Хілобоком розробив лабораторні й польові варіанти цього методу.

Таблиця 11.3. Технічні характеристики приладів для динамічного ущільнення

277

279

де ρw – щільність води (1г/см3).

Значний практичний та науковий інтерес мають закономірності зміни залежності (11.6) у межах основної фази ущільнення.

Щоб дослідити вплив одного з факторів багатофакторної системи на будь-який з інших, необхідно обмежити число змінних, наприклад двома. Закономірності ущільнення ґрунтів залежать від щільності, вологості, речового складу, характеристик ущільнювача і т. п. Розглянемо можливі варіанти схем динамічного ущільнення за умови постійності характеристик ущільнювача в межах одного удару й зміни загальної роботи ущільнення. Тоді головними факторами, що впливають на інтенсивність ущільнення, будуть початкова вологість, початковий питомий об’єм сухого ґрунту, кількісний і речовий склад глинистої та грубодисперсної фракцій ґрунту.

Речовий склад зразків під час досліду незмінний, тому залежно від значень початкової вологості й початкового питомого об’єму сухого ґрунту процес ущільнення може йти за однією з трьох основних схем (рис. 11.14, 11.15).

Схема 1 (W0=const, 1/ρd0≠const) дозволяє вивчити вплив початкового питомого об’єму сухого ґрунту на інтенсивність і кінцеві результати ущільнення. При постійній вологості та різному початковому питомому об’ємі сухого ґрунту більш високий опір переміщенню частинок під дією зовнішнього навантаження буде відповідати більш щільному їх упакуванні. Таким чином, зменшення початкового питомого об’єму сухого ґрунту викликає зменшення інтенсивності ущільнення, яку можна характеризувати значенням кутового коефіцієнта

лькості ущільнюючих дій відповідає двофазному станові ґрунту (Sr≈0,95). Для заданої постійної вологості кінцеві результати ущільнення не залежать від початкового питомого об’єму ґрунту і визначаються тільки початковим значенням вологості. Коли досягнуто значення 1/ρd0 (рис. 11.14, а), подальше ущільнення практично неможливе, тому що витіснення води із двофазного ґрунту потребує значного часу, а час дії ущільнювача за один цикл незначний.

281

283

різновидам із меншим числом пластичності, яке побічно характеризує глинистість ґрунту. Мінеральний склад глинистої фракції також впливає на властивості ґрунту при взає-

модії з водою. Найбільшу поверхневу активність і гідрофільність мають глинисті мінерали з рухомою кристалічною решіткою, які мають змогу втримувати воду не тільки на поверхні, але й у міжпакетному просторі кристалічної решітки. Тому при однаковому кількісному вмісті глинистої фракції найбільші значення оптимальної вологості будуть мати ґрунти з монтморилонітовою глинистою складовою, найменші – каолінітові ґрунти. Проміжне положення займають ґрунти з гідрослюдистою складовою.

Як було відмічено раніше, ґрунти одного літолого-генетичного типу, що вирізняються кількісним умістом глинистої фракції незмінного мінерального складу, характеризуються наявністю залежності (11.14) між числом пластичності та вологістю на межі текучості. У той же час величина кутового коефіцієнта 1/m01 для різних схем ущільнення (див. рис. 11.15) не залежить від початкового фізичного стану і визначається тільки речовим складом ґрунту. Тому для величини 1/m01, пов’язаної з IP, також можливо отримати подібну залежність.

У координатах “1/ρd-lgn” для ґрунтів однієї літології і генезису з різним кількісним умістом глинистої фракції буде спостерігатися система прямих, що перетинаються у точці з координатами 1/ρdm та lgnm (рис. 11.16, а).