способ определения границы раскатывания глинистых грунтов

Формула изобретения

Способ определения границы раскатывания (пластичности) глинистых грунтов, включающий отбор пробы глинистого грунта, его измельчение, выделение фракций размером менее 1 мм путем протирания сквозь сито при естественной влажности глинистого грунта или просеивания в воздушно-сухом состоянии, и их увлажнение до состояния густой пасты, отличающийся тем, что определяют влажность пробы глинистого грунта инструментальным способом и дополнительно определяют границу текучести W_L, по полученному значению W _L для исследуемой пробы определяют влажность на границе раскатывания, а границу раскатывания W_P рассчитывают по формуле

W_P=k _P·W_L+0,06,

где W _P - граница раскатывания (пластичности), дол. единицы;

k_P=0,45 - коэффициент пропорциональности;

W_L - граница текучести, дол. единицы.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области строительства, грунтоведения и может быть использовано при производстве инженерно-геологических изысканий, в частности для установления разновидности глинистых грунтов, кроме содержащих органические вещества, а также при необходимости быстро оценить влияние разновидности грунтов на строительные показатели, например при производстве геотехконтроля.

Для оценки новизны и изобретательского уровня заявленного решения рассмотрим ряд известных технических средств аналогичного назначения.

Известен способ определения характеристик пластичности неводонасыщенных дисперсных грунтов, включающий отбор пробы грунта, определение его влажности, приготовление образца, определение параметров пластичности грунта (Авторское свидетельство СССР №1739289, кл. G01N 33/24, опубл. 1992). В данном способе приготовленный образец кубической формы помещают на сетке прибора в воду для размокания, определив предварительно его вес, фиксируют время опыта, устанавливают вес провалившейся через решетку за это время части грунта и определяют удельное время размокания по формуле

где t - время опыта на размокание образца, с;

- начальная влажность грунта, дол.единицы;

G - вес образца, г;

- вес провалившейся сквозь решетку части образца, дол.единицы,

а характеристики пластичности грунта определяют исходя из зависимостей

_P=0,18+0,175 lg ( );

_L=0,215+0,0737 lg ( );

I_P=0,035+0,0562 lg ( ),

где _P, _L - влажность грунта соответственно на границах раскатывания и текучести, дол. единицы;

I _P - число пластичности грунта, дол. единицы.

Основным недостатком способа-аналога является то, что при определении удельного времени размокания учитывается только начальная влажность грунта и не учитывается плотность образца, т.е. при одинаковых значениях начальной влажности, но различной плотности время размокания будет различным, следовательно, характеристики пластичности будут также различными для одного и того же грунта.

Кроме того, данный способ разработан только для неводонасыщенных дисперсных грунтов и может быть использован в основном для быстро размокающих грунтов - супесей, лессовидных суглинков. Для не полностью размокающих грунтов (глин, суглинков) трудно точно определить вес провалившейся сквозь решетку части образца и при этом значительно увеличивается длительность определения характеристик пластичности. Поэтому способ не может быть использован для полностью водонасыщенных грунтов - высокодисперсных глин и суглинков, которые практически не размокают в воде.

Известен конусный метод определения границы раскатывания грунта, заключающийся в нахождении значения влажности, при котором конус массой 0,076 кг и углом при вершине, равным 30°, должен погружаться на глубину 0,4 см (Методическое пособие по инженерно-геологическому изучению горных пород: - МГУ, т.2, 1968, С.370).

Недостатком конусного метода является необходимость подбора влажности грунта, при которой конус погружается на определенную глубину. При влажности, близкой к границе раскатывания, образец грунта не представляет собой однородную водонасыщенную пасту, а рассыпается на комочки различной величины и прочности (Ермолаева А.Н. Влияние структуры связных грунтов на их водопроницаемость: - СПб // Известия ВНИИГ им. Б.Е.Веденеева, 1973, т.101, С.216-221). При загрузке такого комковатого грунта в стаканчик, для того чтобы добиться полного водонасыщения образца, необходимо приложить большое силовое воздействие. Если же не достигать полного водонасыщения, то поверхность образца грунта в стаканчике будет не ровной, а в виде комочков и полостей между ними. Плотность грунта в объеме стаканчика останется также не однородной в зависимости от усилия, приложенного при загрузке. Точность определения глубины погружения конуса в такой образец существенно зависит от опыта исполнителя и носит субъективный характер, а сам метод не получил широкого распространения при определении границы раскатывания W _P.

Наиболее близким к заявляемому по совокупности существенных признаков является принятый нами за прототип способ определения границы раскатывания, включающий отбор пробы глинистого грунта, его размельчение в фарфоровой ступке и выделение фракции размером менее 1 мм путем протирания сквозь сито при естественной влажности грунта или просеивания в воздушно-сухом состоянии и их увлажнение до состояния густой пасты (ГОСТ 5180-84. Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик: Изд.стандартов, 1986, С.23, 24). Небольшой комок грунтовой пасты раскатывают ладонью на стекле до образования жгута диаметром 3 мм. Если при этой толщине жгут сохраняет связность и пластичность, его собирают в комок, подсушивают и вновь раскатывают до образования жгута диаметром 3 мм. Просушивание и раскатывание продолжают до тех пор, пока жгут не начнет рассыпаться на кусочки длиной около 10 мм. Достигнутая влажность пробы глинистого грунта и принимается за границу раскатывания грунта W_P.

Основной недостаток способа-прототипа заключается в субъективности результатов опытов различных исполнителей и трудоемкости получения жгута толщиной 3 мм, подбора и нахождения влажности, при которой жгут начинает крошиться на отдельные куски длиной 3-10 мм.

Изобретением решается задача повышения достоверности и точности определения границы раскатывания глинистых грунтов и снижения трудоемкости способа.

Для достижения названного технического результата в предлагаемом способе, включающем отбор пробы глинистого грунта, его измельчение, выделение фракций размером менее 1 мм путем протирания сквозь сито при естественной влажности глинистого грунта или просеивания в воздушно-сухом состоянии и их увлажнение до состояния густой пасты, готовят пробы различной влажности водонасыщенной пасты глинистого грунта, опробуют их инструментальным способом и дополнительно определяют границу текучести W _L, а границу раскатывания W_P рассчитывают по формуле

W_P=k_P -W_L+0,06,

где W_P - граница раскатывания и/или пластичности, дол. единицы,

k_P=0,45 - коэффициент пропорциональности,

W_L - граница текучести, дол. единицы.

Отличительными признаками предложенного способа являются определение границы текучести W_L и границы раскатывания W_P по приведенной выше формуле. Это позволяет быстро, достоверно и наиболее точно определять влажность глинистых грунтов на границе раскатывания по значению влажности W _L, которую определяют инструментальным способом (ГОСТ 5180-84) с помощью балансирного конуса.

Предлагаемый способ поясняется графиком зависимости для определения границы раскатывания глинистых грунтов W_P по влажности на границе текучести W_L.

Способ осуществляется следующим образом.

Отбирают пробу водонасыщенной пасты глинистого грунта и определяют ее влажность. Перед испытанием влажные глинистые грунты размельчают в фарфоровой ступке, затем выделяют фракции размером менее 1 мм путем протирания сквозь сито при естественной влажности глинистого грунта или просеивают воздушно-сухую измельченную пробу сквозь сито, которую увлажняют дистиллированной водой до состояния густой пасты, и в соответствии с ГОСТ 5180-84 определяют влажность на границе текучести W_L.

По полученному значению W_L определяют для исследуемой пробы глинистого грунта влажность на границе раскатывания по приведенной выше формуле.

Предлагаемая зависимость получена опытным путем на основе исследования и обобщения более 500 характерных глинистых грунтов (таблица 1) в широком интервале значений W _L и основных глинистых минералов: гидрослюды, каолинита, монтмориллонита, палыгорскита, галлуазита. По результатам этих исследований построен график зависимости для определения границы раскатывания глинистых грунтов W_p по влажности на границе текучести W_L.

Полученные опытные результаты обработаны общепринятыми методами математической статистики (ГОСТ 20522-96), на этой основе впервые получена предлагаемая зависимость.

Теснота зависимости характеризуется значением коэффициента корреляции 0,94.

Пример.

В отобранной пробе глинистого грунта устанавливают естественную влажность W. Затем пробу глинистого грунта измельчают в фарфоровой ступке и протирают сквозь сито с отверстиями 1 мм. Прошедший сквозь сито глинистый грунт увлажняют дистиллированной водой до состояния густой пасты. В соответствии с ГОСТ 5180-84 определяют влажность на границе текучести W_L.

По формуле W_P=k_P·W _L+0,06 рассчитывают влажность на границе раскатывания W _P.

Результаты сопоставления значений W _P, определенных по установленной зависимости и традиционным способом, приведены в таблице 2.

Таким образом, в предлагаемом способе решается задача повышения достоверности и точности определения влажности на границе раскатывания, при этом достигается резкое снижение трудоемкости, продолжительности и стоимости (в 20-30 раз) испытаний.

Таблица 1
Характеристика испытанных грунтов
Разновидность грунта	Основной глинистый минерал	Объект
1. Супесь	Гидрослюда	Ленинградская обл., г.Санкт-Петербург (Россия); плотина Колымского гидроузла (Россия); дамбы комплекса защиты г.Санкт-Петербурга от наводнений (КЗС) (Россия)
2. Суглинок, в т.ч. лессовидный	Гидрослюда	Ленинградская обл., г.Санкт-Петербург (Россия); дамбы комплекса защиты г.Санкт-Петербурга от наводнений (КЗС) (Россия); плотины Нурекской ГЭС (Таджикистан); Чарвакской ГЭС (Узбекистан); БурейскоЙ ГЭС (Россия); Днестровской ГЭС (Украина); дамбы Прибалтийской ГРЭС (Эстония), Алматинской ТЭЦ, Усть-Каменогорской ТЭЦ (Казахстан)
3. Глины	Гидрослюда	Кембрийские глины, ограждающие дамбы накопителей осадков сточных вод г.Санкт-Петербурга (Россия)
	Каолинит	Линзы каолина, плотина Южно-Украинской АЭС (Украина)
	монтмориллонит с гидрослюдой	Майкопские глины Крымской АЭС (Украина)
	Галлуазит	Плотина Мрича ГЭС (Индонезия)
	гидрослюда с палыгорскитом	Плотина Сарсангского гидроузла (Азербайджан)
	кремнистые соединения	Район Спандарянского гидроузла (Армения)