В этой статье вы узнаете, какие бывают виды лилий и сколько сортов насчитывает...
Для грунта, находящегося в трехфазном состоянии (скелет + вода + воздух), без учета его структурных особенностей единичный объем составит:
ρск/ρ+Wρск/100+σ/100=1,
где ρ - плотность грунта, г/см 3 ; W - влажность грунта, %; σ - объем воздуха, остающийся в порах грунта после уплотнения, %; 1-единичный объем грунта (1 см 3); ρск - плотность сухого грунта, г/см 3 .
Отсюда, основную характеристику уплотнения грунта (в сухом состоянии), т. е. его плотность определяют по формуле
ρск =(1-σ) ρ/(100+Wρ).
Плотность грунта, влажность и содержание воздуха зависят от его генезиса, степени дисперсности, природных условий местности, нагрузки от колес автомобилей и ряда других факторов. Плотность пылеватой супеси составляет 2,66 г/м 3 , легкой - 2,68, легкого пылеватого суглинка - 2,69 и тяжелого суглинка - 2,71, пылеватой глины -2,72 и жирной глины -2,71. В зависимости от зернистости грунтов изменяется и содержание воздуха: в песчаных грунтах - 8-10 %, в супесчаных -6-8 %,
в суглинках, в том числе и черноземных, - 4-5 % и в жирных глинах - 4-6 %.
Влияние влажности значительнее для более дисперсного грунта. Высокодисперсные грунты широко распространены в СССР. Такие грунты обладают большой удельной поверхностью, высоким значением влагоемкости и морозного пучения и т. д. (гл. 7.2).
Оптимальная влажность Wо - влажность, соответствующая максимальной плотности грунта ρmax при наименьшей затрате энергии на уплотнение. При такой влажности вода в порах грунта находится в адсорбированном состоянии и пористость соответствует объему воды, находящейся в ней, т. е. грунт представляет собой, согласно механике грунтов, грунтовую массу (см. рис. 11.2).
Рис. 11.2. Зависимость между влажностью и плотностью сухого грунта
Зоны; А - с влажностью менее оптимальной; Б - с оптимальной влажностью; С - с влажностью выше оптимальной
В СССР разработан стандартный метод определения значений Wо и ρmax, подробно рассматриваемый в курсе грунтоведения и механики грунтов. Характерные для стандартного уплотнения графики зависимости плотности сухого грунта от влажности представлены на рис. 11.3.
Рис. 11.3. Влияние уплотняющей энергии и влажности на плотность сухого грунта
1 - метод стандартного уплотнения (СССР); 2 - усиленное уплотнение по модернизированному методу Проктора (США); 3 - линия с грунтовыми порами, заполненными капиллярной водой (грунтовая масса)
Если затратить больше энергии на уплотнение, то снизится объем защемленного воздуха и воды, а потому повысится плотность грунта. Кривые зависимости между плотностью и влажностью будут располагаться ближе к верхнему левому углу графика. Соединив между собой точки наибольших значений плотности сухого грунта рек, получим прямую под углом а к горизонтали, характеризующую ход изменения оптимальной влажности (см. рис. 11.3). Для повышения модуля упругости грунтов во многих странах стремятся повысить требования к плотности. В частности, в США грунты уплотняют при меньшем значении оптимальной влажности, чем в СССР, за счет большей затраты энергии на уплотнение (кривая 2). Но при увеличении влажности выше оптимального значения резко снижается плотность сухого грунта, причем характер снижения совершенно одинаков независимо от энергии, затраченной на уплотнение (кривые 3).
Максимальная плотность грунта по методу стандартного уплотнения . Критерий «максимальная плотность» соответствует механическому уплотнению, например, связанных грунтов, когда вся вода в них находится в адсорбированном состоянии и пористость соответствует объему поровой воды. Из анализа рис. 11.3 видно, что метод стандартного уплотнения является условным. Прочностные характеристики (модуль упругости грунта E0, трение φ и сцепление С, установленные при плотности, соответствующей методу стандартного уплотнения, значительно ниже, чем, например, по модернизированному методу Проктора *, применяемому в США и других странах (рис. 11.4). Согласно этому методу грунт уплотняют при значительно большей затрате энергии, чем у нас.
Рис. 11.4. Влияние влажности и метода уплотнения на прочностные характеристики связных грунтов
1 - метод уплотнения, принятый в США (модернизированный метод Проктора); 2-метод стандартного уплотнения (СССР); ϕ - трение; с - сцепление; Е0 -модуль упругости грунта
Коэффициент уплотнения связного грунта по модернизированному методу, равный, предположим, Ко=1, соответствует методу стандартного уплотнения Ко=1,1 т. е. требования к плотности грунтов более жесткие, чем в СССР.
* Модернизированный метод широко применяют во многих странах. От нашего метода стандартного уплотнения он отличается тем, что грунт уплотняют хотя и в таком же металлическом стакане, но гирей массой 4,55 кг в 5 слоев с общим количеством ударов 125. У нас же сбрасывают гирю массой всего 2,5 кг и уплотняют грунт в 3 слоя.
Зная величины ρ , ρ s и W можно вычислить ряд производных характеристик грунта:
Плотность сухого грунта ρ d – отношение массы скелета грунта (исключая воду в порах) m s к объему этого грунта V о:
, т/м 3; где: ρ – плотность грунта, г/см 3 ; w – влажность грунта, %.
Пористость грунта
n
– отношение объема пор V пор к объему всего грунта V 0: 
;
где: ρ – плотность грунта, г/см 3 ; ρ d – плотность сухого грунта, г/см 3 ; ρ s – плотность частиц грунта, г/см 3 ; w – влажность грунта, %.
Коэффициент пористости е – отношение объема пор V пор к объему частиц грунта V 0:
Песчаные грунты по плотности их сложения разделяют, в зависимости от коэффициента пористости на: Прочные (плотные) Средней прочности (средней плотности); Малопрочные (рыхлые).
Степень влажности S r – доля заполнения пор грунта водой - отношение влажности W к полной влагоемкости грунтов W sat:
где: ρ w – плотность воды, г/см 3 . По степени влажности грунты бывают: а) маловлажные (0
Оптимальные параметры грунта определяются в приборе предварительного уплатнения грунта. В прибор слоями укладывают грунт и каждый слой уплотняется 30-40 ударами груза, падающего с одинаковой высоты.
Влажность, при которой достигается мах. Возможный эффект уплотнения называется оптимальной влажностью.
Плотность скелета грунта, достигнутая при мах. Влажности, называется оптимальной плотностью грунта.
5.Деформируемость грунтов.Компрессионная зависимость и её анализ.
Сжимаемость грунтов – способность их уменьшаться в объеме (давать осадку) под действием внешнего давления. Степень сжимаемости грунтов зависит от структуры грунта и является важной характеристикой механических свойств грунта, которая используется для расчета осадок зданий и различных сооружений. Сжимаемость грунтов обусловлена изменением их пористости при приложении нагрузки и происходит за счет возникновения взаимных сдвигов частиц. Уменьшения толщины водно-коллоидных пленок отжатия воды в водонасыщенных грунтах и за счет разрушения кристаллизационных связей в сильно структуированных грунтах. В связи с тем, что сжимаемость грунтов связана с уменьшением их пористости, в механике грунтов принято характеризовать сжимаемость грунта зависимостью коэффициента пористости от уплотняющего давления . Эта зависимость называется компрессионной и определяется в лабораторных условиях экспериментально в приборах двух типов:
-одометре (приборе одноосного сжатия с жесткими боковыми стенками обоймы, в которую заключен образец грунта) называемым также компрессионным прибором;
-стабилометре (приборе трехосного сжатия с эластичными боковыми стенками, в которые заключен грунт).
Поскольку при нарушении структурных связей грунта его свойства изменяются, необходимо изучать состояние грунта при ненарушенной структуре. Для этого в процессе инженерно-геологических изысканий из шурфов и скважин отбирают монолиты - большие образцы грунта ненарушенной структуры. Из этих монолитов в лабораторных условиях берут меньшие образцы и экспериментально определяют три основные характеристики:
· плотность (объемную массу) грунта ρ естественной (ненарушенной) структуры, равную отношению массы образца грунта к его объему;
· плотность (объемную массу) твердых частицгрунта ρ s равную отношению массы твердых частиц к их объему;
· природную весовую влажность грунта ω, равную отношению массы содержащейся в нем воды к массе твердых частиц.
Рис. 1.3. Схема составных частей (компонентов) образца грунта
Выделим из грунта образец объемом V = 1 см 3 и мысленно разделим его на две части: одну, занятую твердыми частицами, объемом V 1 , и другую, занятую порами, расположенными между этими частицами, объемом V 2 (рис. 1.3). Пространство, занятое порами, можно разделить в общем случае также на две части, одна из которых занята водой, другая - воздухом. Пусть масса твердых частиц в объеме V будет g 1 , а масса воды - g 2 (масса воздуха не оказывает влияния на результаты расчетов).
В соответствии с определениями
Плотность грунта определяют взвешиванием чаще всего по образцу, взятому в режущее кольцо, иногда парафинировавшем или другими методами, в т. ч. путем гамма-каротажа. Плотность твердых частиц находят с помощью пикнометра. Влажность грунта устанавливают взвешиванием образца естественной влажности до и после высушивания (до постоянной массы) при температуре 105°С.
Целью искусственного уплотнения грунтов является повышение их прочности, снижения водопроницаемости и высоты капиллярного поднятия, а также уменьшение неравномерности и ускорение осадок. Уплотнение насыпных грунтов, содержащих в порах воду и воздух, происходит, в основном, не за счет вытеснения воды, а за счет вытеснения воздуха при сближении частиц, поэтому на процесс уплотнения большое влияние оказывает влажность грунта. При повышении влажности до определенного предела плотность грунта увеличивается при одинаковой затрате уплотняющей энергии. При дальнейшем увеличении влажности плотность уменьшается при затрате такого же количества работы (см. рис.5).
За показатель степени уплотнения грунта обычно принимают плотность грунта в сухом состоянии ρ d .
Рис. 6. Зависимость плотности ρ d от количества ударов nпри постоянной влажности
В лабораторных условиях определение оптимальной влажности и соответствующих ей максимальной плотности производится с помощью прибора стандартного уплотнения (рис. 7). Такое стандартное уплотнение соответствует влажности и плотности, получаемым при уплотнении грунтов катками среднего веса в производственных условиях.
Сущность метода стандартного уплотнения состоит в определении оптимальной влажности грунта w opt , при которой достигается наибольшее его уплотнение (максимальное значение плотности грунта в сухом виде ρ d ). В приборе СоюздорНИИ производится серия отдельных испытаний по послойному (в три слоя) трамбованию грунта с последовательным увеличением его влажности w, но при постоянном количестве ударов (120 ударов, т.е. по 40 ударов на каждый из трех слоев) грузов, массой 2,5 кг, свободно падающего с высоты 300мм. Для песчаных и гравийных грунтов первое испытание производится при исходной влажности 4%, а в последующих испытаниях влажность последовательно увеличивается на 1-2%. Аналогично для глинистых грунтов испытания проводятся при исходной влажности 8% с последующим увеличением ее на 2-3%.
Рис. 7. Прибор стандартного уплотнения СоюздорНИИ
Испытание грунта производится в следующем порядке:
– подготовленная проба грунта массой 2,5 кг слоями загружается в цилиндр прибора, причем каждый слой уплотняется 40 ударами груза;
При этом стержень трамбовки удерживается в вертикальном положении (перед укладкой третьего слоя на цилиндр надевается насадка);
– после уплотнения третьего слоя насадка снимается и выступающая часть образца срезается заподлицо с торцом цилиндра;
– определяется плотность влажного образца грунта по формуле:
где m 0 – масса собранного контейнера (цилиндр с поддоном и кольцом) г;
m 1 – масса контейнера с грунтом, г;
V – емкость цилиндра, см 3 ;
– раскрывается цилиндр и из верхней, средней и нижней частей образца отбирается по одной пробе (массой не менее 30г) для определения влажности грунта (см. работу 2).
Затем путем добавления определенного количества воды (см. приложение 2) повышается влажность грунта, и проводятся последующие испытания. Испытания следует считать законченными тогда, когда с повышением влажности пробы последующих двух, трех испытаниях на уплотнение происходит последовательное уменьшение значений плотности уплотненных образцов грунта.
По полученным в результате испытаний значениями плотности и влажности уплотненных образцов определяется плотность грунта в сухом состоянии:
Строится график зависимости плотности сухого грунта от влажности (см. рис. 5), находятся максимум полученной зависимости и соответствующие ему величины максимальной плотности сухого грунта (ρ d мах ) с точностью 0.01 г/см 3 и оптимальной влажности (w opt ) с точностью 0.1%.
Максимальная плотность, получаемая при стандартном уплотнении, принимается за исходную величину при оценке плотности приискусственном уплотнении грунтов.
Отношение плотности сухого грунта к максимальной плотности сухого грунта ρ d мах называется коэффициентом стандартного уплотнения:
Требуемая минимальная плотность насыпи определяется путем умножения на коэффициент К Tab (К Tab =К с) , принимаемый по СНиП 2.05.02-85 в зависимости от расположения слоя грунта по высоте насыпи, типа покрытия, дорожно – климатической зоны и условий насыпи.
Определение оптимальной влажности и максимальной плотности обязательно при работах: по воздействию насыпей; окончательной отделке земляного полотна; устройству дорожных одежд и грунтовых подушек в основаниях сооружений.
В лаборатории преподавателем проводится демонстрационный опыт по уплотнению грунта при одном значении влажности. Для построения зависимости ρ d =f(w) используется данные таблицы 13.
1. По указанию преподавателя по данным непосредственного определения по описанной выше методике (см. приложение 2) или по заданным в табл. 13 значениями массы контейнера с грунтом m 1 и влажности w для серии из шести опытов определить значения плотности грунта в сухом состоянии (формула 23); результаты записать в журнал (форма 13).
2. Построить кривую стандартного уплотнения (форма 14).
3. Определить значения максимальной плотности сухого грунта и оптимальной влажности w opt ; результаты записать в журнал (форма 15).
Таблица 13
Примечание:
Масса собранного контейнера m 0 =3600 г; емкость цилиндра V =1000см 3 .
Уплотнение грунтов с которых сооружается з.п., явл-ся одним из важнейших технических процессов в результате которого достигается расчетная прочность, устойчивость и стабильность дорожной конструкции в целом в процессе будущих эксплуатации. Возведение насыпей без послойного уплотнения допускается только в отдельных случаях:
1) в насыпях на болотах;
2) в насыпях ч/з водослив;
3) при возведении насыпи методом гидронамыва с одномерных мелких барханных песков;
Плотность грунта уплотненного в конструкцию оценивается коэффициентом уплотнения кот. Представляет собой отношение фактической плотности грунта насыпи к максимальной стандартной при оптимальной влажности (метод стандартного уплотнения)
К у= ρ d /ρ max, ρ d = ρ/(1+0,01W)
Требуемая плотность грунтов в насыпи может быть достигнута при оптимальной влажности. Наибольшая плотность грунта может быть достигнута при применении машин и механизмов обеспечивающая максимально допустимое по условиям прочности для данного грунта контактное давление. Для определенияния оптимальной толщины уплотняемого слоя и количество проходов по одному следу следует производить пробное уплотнение или пользоваться эмпирическими зависимостями руководствуясь теоретическими предпосылками:
1) грунтовый массив в насыпи представляет собой 3-х фазную систему;
2) о степени сближения элементов твердой фазы для данного грунта можно судить только по плотности сухого грунта, при уплотнении грунта увеличение плотности может идти только за счет удаления газообразной фазы и частично за счет отжатая жидкой фазы;
3) важным явл-ся вопрос о требуемой плотности(должна обеспечивать не обходимую сопротивляемость грунта воздействию напряжений от нагрузок и погодно климатических факторов);
4) наибольшее распространение получил эмпирический метод назначение требуемой плотности
ρ ск тр =К у ρ ск max
Для определения максимальной плотности проводят испытания грунта в приборе стандартного уплотнения(грунт уплотняется в цилиндре послойно путем тромбования с помощью падающего груза) В результате испытаний получают кривую стандартного уплотнения (зависимость плотности сухого грунта от влажности)
Требуемая минимальная плотность сложения сухого грунта d , г/см 3 , т/м 3 , должна быть такой, чтобы грунт насыпи при воздействии временных поездных нагрузок работал практически в упругой стадии.
Требуемую в земляном полотне для песчаных и глинистых грунтов плотность сложения сухого грунта d определяют по формуле:
где k – минимальный коэффициент уплотнения, для верхней и для нижней частей, см. табл.5.4 стр.297 ;
Максимальная плотность сухого грунта, т/м 3 .
Таким образом:
Плотность грунта насыпи с учётом влажности определяется по формуле:
где: - оптимальная влажность.
Удельный вес грунта насыпи определяется по формуле:
Защитный слой – слой дренирующего грунта, который должен иметь соответствующий коэффициент уплотнения и толщину такую, чтобы под ним не возникали пластические деформации. Защитный слой укладывается под основную площадку для предотвращения пучения.
Согласно СТН Ц-01-95 толщина защитного верхнего слоя h защ для насыпи, отсыпанной супесью составляет 0,5-0,7 м. К расчету принята величина h защ =0,5 м. Защитный слой отсыпается из песчано-гравийной смеси с параметрами: с = 1 кПа; φ=33º.
Максимальная плотность (стандартная плотность) - наибольшая плотность сухого грунта, которая достигается при испытании грунта методом стандартного уплотнения.
Оптимальная влажность - значение влажности грунта, соответствующее максимальной плотности сухого грунта.
