WWW.PDF.KNIGI-X.RU
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - Разные материалы
 

«Аннотация В статье рассматриваются термины «показатель текучести» и «показатель консистенции». Приводятся способы применения лабораторного пенетрометра ...»

ПОКАЗАТЕЛИ ТЕКУЧЕСТИ И КОНСИСТЕНЦИИ - ОСНОВНЫЕ ФИЗИКОХИМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СОСТОЯНИЯ ГРУНТОВ

ЗДОБИН Д.Ю.

Старший научный сотрудник лаборатории географии почв биолого-почвенного факультета СанктПетербургского государственного университета, ученый секретарь Охотинского общества

грунтоведов, к.г.-м.н., г. Санкт-Петербург

zdobin_soil@mail.ru

СЕМЕНОВА Л.К.

Начальник грунтовой испытательной лаборатории ОАО «Трест геодезических работ и

инженерных изысканий» (Трест ГРИИ), г. Санкт-Петербург trestgrii_lab@mail.ru Аннотация В статье рассматриваются термины «показатель текучести» и «показатель консистенции».

Приводятся способы применения лабораторного пенетрометра Бойченко для определения показателя консистенции, пределов пластичности грунтов и выбора вертикальных нагрузок для определения их прочностных свойств при срезных испытаниях. Предлагается актуализация общефедерального регламента «Грунты. Методы лабораторного определения физических свойств» с добавлением разделов «Определение консистенции грунта» и «Определение пределов пластичности грунта методом пенетрометра»

Ключевые слова Грунт; показатель текучести; показатель консистенции; физико-химические свойства; конус Бойченко Введение Показатель текучести наряду с гранулометрическим составом, естественной (природной) влажностью, плотностью грунта, плотностью частиц грунта, числом пластичности является важнейшим классификационным показателем грунта, свойством грунта I порядка, объективным критерием его естественно-исторического образования, существующим вне зависимости от метода определения.

В настоящее время как в теоретическом грунтоведении, так и в практике лабораторных исследований грунтов для целей инженерных изысканий широко используется показатель текучести IL, д.е., - показатель состояния (консистенции) глинистых грунтов, который определяют по формуле (в соответствии с п. А17 приложения А актуализированного ГОСТ 25100-2011 «Грунты.

Классификация» [3]):

W WP IL, (1) IP где W - естественная влажность, %; Wp - влажность на границе раскатывания, %; Ip - число пластичности, %.

Согласно ГОСТ 25100-2011 [3] в соответствии с частной инженерно-геологической классификацией все связные дисперсные минеральные грунты подразделяются по IL на группы так, как показано в табл. 1.

Табл. 1 Классификация глинистых грунтов по показателю текучести IL (по табл. Б19 [3]) IL, Грунты безразм.

твердые 0 Супеси пластичные 0--1,00 текучие 1,00 твердые 0 полутвердые 0--0,25 Суглинки тугопластичные 0,25--0,50 и глины мягкопластичные 0,50--0,75 текучепластичные 0,75--1,00 текучие 1,00 Но необходимо отметить, что показатель IL расчетный, он характеризует грунты в нарушенном сложении и поэтому не дает правильного представления об их состоянии в естественном (природном) сложении. Кроме этого, пределы пластичности определяются с некоторой лабораторной погрешностью, что влечет за собой неправильное представление о показателе текучести грунтов даже нарушенной структуры.

Поэтому ученик В.В. Охотина, заведующий кафедрой грунтоведения Ленинградского государственного университета Павел Онуфриевич Бойченко в 1964 году теоретически обосновал и ввел в научный оборот совершенно определенный термин - показатель консистенции (СB) грунта ненарушенной структуры [2]. Это интеграционный показатель, зависящий от естественной влажности, плотности, особенностей текстуры и микростроения грунта, и в конечном итоге его величина определяется прежде всего типами контактов между отдельными элементами грунтовой системы, а также площади этих контактов. Следовательно, СB по определению объективен (является показателем состояния грунта - свойством грунта первого порядка) и определяет природное (исходное) состояние грунта в естественном сложении первоначальное фациально-генетическое состояние грунтовой системы.

Поэтому уравнивание терминов «показатель текучести» и «показатель консистенции», на взгляд авторов настоящей статьи, недопустимо, ибо это принципиально разные, по сути, показатели физико-химического состояния грунтов.

Определение консистенции грунта в естественном сложении Показатель консистенции СB для грунтов ненарушенной структуры определяется при помощи конуса Бойченко методом лабораторной пенетрации (рис. 1). Конус имеет угол раскрытия 30° и вес 300 г (конус постоянного веса). Образец грунта загружают в металлическое кольцо и устанавливают на основание пенетрометра. Конус опускают до соприкосновения с зачищенной поверхностью грунта, чтобы он слегка его касался и прочерчивал тонкую линию, нажимают кнопку стопора, дают возможность пенетрометру погрузиться в грунт под действием собственного веса и через 5 с снимают отсчет с точностью до 0,1 мм. Определяют глубину погружения конуса в грунт h, мм (3--5 раз). В качестве результата опыта принимают среднее арифметическое глубины погружения конуса, которое и используют для определения показателя консистенции по специальной табл. 2. В графическом виде зависимость СB от глубины погружения конуса в грунт h показана на рис. 2. Грунты ненарушенного сложения подразделяются на группы по величине СB согласно табл. 3.

Рис. 1. Пенетрометр (конус) П.О. Бойченко. Общий вид

–  –  –

Значения показателя текучести грунтов нарушенного сложения IL, как правило, отличаются от величин показателя их консистенции СB в ненарушенном сложении. Классификация их состояния (консистенции) по IL при нарушенном сложении и СB при ненарушенном сложении представлена в табл. 4 (по ней можно оценить также соотношение этих показателей).

–  –  –

По это простому показателю грунты можно разделить на три группы: (1) структурно устойчивые (Ксп 0); (2) структурно неустойчивые (Ксп 0); (3) структурно однородные (Ксп = 0).

Таким образом, сравнение показателей IL и СB дает возможность оценить структурную прочность грунта.

Для грунтов, например, г. Санкт-Петербурга и Ленинградской области существует взаимосвязь между показателями IL и СB (рис. 3). Анализируя график, представленный на рис. 3, можно констатировать, что на основании показателя IL грунты в нарушенном сложении характеризуются как менее прочные, чем по СB, характеризующему грунты в естественном сложении.

–  –  –

Св Следовательно, при региональных инженерно-геологических исследованиях территорий со сложным геологическим строением при наличии достаточной базы данных по физикомеханическим свойствам грунтов, зная значения IL и СB и воспользовавшись графиком их взаимной зависимости, можно достаточно уверенно определить генезис грунта. Или, зная значение одного из этих показателей, можно определить или проконтролировать величину другого.

Определение пределов пластичности грунта Важнейшим классификационным показателем глинистых грунтов является число пластичности. Понятно, что пределы пластичности в общем виде характеризуют тип структурных связей между отдельными элементами грунтовой системы. Если верхний предел пластичности (предел текучести) характеризует, по всей вероятности, переход структурных связей в грунте от ближних коагуляционных контактов к преимущественно дальним, то нижний, соответственно, характеризует переход ближних коагуляционных контактов к переходным (частично цементационным). Вопрос о типе микростроения грунта при значениях влажности нижнего и верхнего пределов пластичности и соответствующих типах контактов между его отдельными частицами, по всей видимости, прояснит применение растровой электронной микроскопии с использованием 3D-томографа.

Главным преимуществом применения конуса Бойченко является определение пределов пластичности грунта одним методом (одним усилием), что полностью исключает субъективность лабораторного определения рассматриваемых показателей разными методами (погружения балансирного конуса Васильева в грунт для определения предела текучести и раскатывания грунта в жгут для нахождения предела раскатывания).

Консистенция грунта при погружении конуса Бойченко на 22,5 мм соответствует влажности верхнего предела пластичности, а на 4 мм - влажности нижнего предела пластичности.

Одну пенетрацию следует проводить при влажности грунта, соответствующей погружению конуса от 3 до 6 мм, а вторую -от 18 до 25 мм, так как зависимость между глубиной погружения конуса и влажностью грунта, построенная в логарифмическом масштабе, близка к линейной.

Грунт для определения нижнего предела пластичности методом Бойченко увлажняют, если он находится в твердой или полутвердой консистенции, или подсушивают, если он слишком влажный. Затем укладывают слоями с послойным трамбованием в стандартное срезное кольцо диаметром 50 мм и высотой 20 мм. Кольцо устанавливают на основание пенетрометра и подводят конус к поверхности грунта и дают возможность конусу внедриться в грунт в течение 5 с.

Проводят 3--5 измерений. Глубина погружения конуса должна находиться в диапазоне от 3 до 6 мм. После проведения пенетрации грунт из кольца отбирают для определения влажности.

Для определения верхнего предела пластичности методом Бойченко грунт протирают через сито с размером ячейки 1 мм, увлажняют, тщательно перемешивают и укладывают в кольцо диаметром 50 мм и высотой 30 мм. Производят пенетрацию. Глубина погружения конуса должна находиться в интервале 18--25 мм. Отбирают грунт для определения влажности.

Последующая обработка результатов пенетрационных испытаний: строится простая зависимость lg W = f(lg h) (рис. 4). На номограмме Бойченко в координатах «W--h» ставятся точки, соответствующие полученным данным, и соединяются прямой линией. В местах пересечения линии с абсциссами hA (4 мм) и hB (22,5 мм) находят значения влажности, соответствующие верхнему (WL) и нижнему (Wp) пределам пластичности (lg WL = f(lg22,5) и lg WP = f(lg4)).

Рис. 4. Графический способ установления численных значений пределов пластичности по логарифмической сетке (по П.О. Бойченко [2]): W - влажность грунта, %; h - глубина погружения конуса Бойченко в грунт, мм; hA - глубина погружения конуса при нижнем пределе пластичности (4 мм); hB - глубина погружения конуса при верхнем пределе пластичности (22,5 мм) Конус Бойченко незаменим при определении показателя консистенции грунта в полевых условиях. Это, по существу, единственный объективный показатель состояния грунта при работе с водонасыщенными, тиксотропными и скрытотекучими грунтами, то есть с теми отложениями, которые могут менять (и меняют) свое исходное состояние при транспортировке образцов в стационарную грунтовую лабораторию.

Применение конуса Бойченко снимает многие (если не все) вопросы исходного состояния грунта. Порой это единственный аргумент в бесконечных (и бессмысленных) спорах с проектировщиками, исповедующими устаревшие представления о механических свойствах грунта и пытающимися диктовать изыскателям необходимость использования консолидированнонедренированной (КН) и консолидированно-дренированной (КД) схем проведения испытаний водонасыщенных глинистых и пылевато-глинистых грунтов с учетом так называемого бытового давления.

Применение конуса Бойченко избавит отчеты некоторых испытательных грунтовых лабораторий от некорректных чисел, которых в реальной природной обстановке просто не существует.

Установление вертикальных нормальных нагрузок при определении прочностных свойств грунта И, наконец, третьим (по счету, но не по важности) преимуществом показателя СB является методологически правильный, учитывающий естественное сложение грунта выбор нормальных давлений 1 для определения прочностных свойств грунтов (удельного сцепления с и угла внутреннего трения ) при производстве одноплоскостных срезных испытаний по неконсолидированно-недренированной схеме.

В 1975 году профессор кафедры грунтоведения Ленинградского университета И.П. Иванов разработал теорию естественной прочности грунта (ЕП): грунт реагирует на внешние воздействия начиная (и заканчивая также) с какой-то определенной величины. И эта величина зависит прежде всего от исходного состояния грунта [9]. Сущность метода определения естественной прочности заключается в правильном выборе нормальных давлений, значения которых должны находиться в строго определенном для данного грунта интервале и не вызывать, с одной стороны, растягивающих напряжений, а с другой - доуплотнения грунта или появления порового давления. Величина нормальных давлений должна находиться в диапазоне от min до max. При нормальных давлениях менее min возникают растягивающие напряжения, что занижает сопротивление сдвигу. При давлениях более max изменяется исходное физическое состояние грунта. Неводонасыщенный грунт доуплотняется, что приводит к увеличению прочности. У водонасыщенного грунта возникает поровое давление, что приводит к снижению его получаемых прочностных характеристик. Подробно методика выбора нормальных давлений рассмотрена в работах Е.Н. Богданова [1] и Н.П. Иваниковой [6--8].

В общем виде значения нормальных вертикальных давлений, полученные исходя из теории естественной прочности грунта, представлены в табл. 5.

–  –  –

0,251,25 0,250,75?* 1,00 0,5 - 11,3 0,501,00 0,51,5 0,251,00? 0,500,25 мягкопластичная 11,37,4

–  –  –

Знак «?» означает, что имеется возможность выпора грунта из срезного кольца при данном * давлении.

Теория ЕП - теория естественной прочности грунта.

** Показатель консистенции грунта, на взгляд авторов настоящей статьи, полностью вписывается в предложенную В.И. Осиповым [11] «теорию эффективных напряжений в грунтах»

как самостоятельный показатель категории грунта естественного (природного) сложения, являясь некой интегральной характеристикой гранулометрического состава, естественной влажности, плотности, микростроения, типов контактов и их прочности.

Необходимо отметить, что определение величины СВ для грунта в естественном сложении широко применяется в практике лабораторных испытаний грунтов в г. Санкт-Петербурге (Ленинграде) с середины 70-х годов ХХ века ведущими изыскательскими организациями (например, ОАО «Трест ГРИИ», ОАО «ЛенТИСИЗ», ОАО «ЛенморНИИпроект»), где этот показатель зарекомендовал себя как очень полезный и информативный со всех точек зрения.

Заключение В данной статье обобщен теоретический и практический опыт петербургской школы грунтоведения по применению конуса Бойченко в лабораторных исследованиях физикомеханических свойств грунтов. Это прежде всего приглашение к широкой дискуссии по данной проблематике специалистов грунтовых лабораторий.

Авторы предлагают на понятийном уровне разделить две характеристики состояния грунта показатель текучести (IL) и показатель консистенции (СВ): IL оставить для грунтов нарушенной структуры, а СВ - для ненарушенной.

При актуализации ГОСТ 5180-84 «Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик» [4] предлагается рассмотреть возможность добавления в этот документ в качестве рекомендуемого метод определения верхнего и нижнего пределов пластичности одним усилием лабораторным пенетрометром системы Бойченко.

В заключение хотелось бы отметить, что финансовые затраты производственных организаций при определении верхнего и нижнего пределов пластичности грунтов с использованием конуса Бойченко будут минимальными, поскольку данный прибор серийно выпускается рядом отечественных компаний по производству лабораторного оборудования.

Авторы искренне благодарят профессора Санкт-Петербургского национального минерально-сырьевого университета «Горный» Ивана Пенковича Иванова, доцента кафедры грунтоведения геологического факультета Санкт-Петербургского государственного университета Надежду Петровну Иваникову и главного специалиста отдела инженерных изысканий ОАО «Трест ГРИИ» Евгения Николаевича Богданова - наших учителей и наставников, заложивших в нас любовь к грунтоведению.

Список литературы Богданов Е.Н. О механических свойствах глинистых грунтов // Грунтоведение. № 1. 2012. С.

1.

62--70.

Бойченко П.О. Определение пределов пластичности и консистенции глинистых грунтов 2.

методом конуса. Л.: Изд-во ЛГУ, 1964. 47 с.

ГОСТ 25100-2011. Грунты. Классификация. М.: Стандартинформ, 2013. 38 с.

3.

ГОСТ 5180-84. Грунты. Методы определения физических характеристик. М., Издательство 4.

стандартов, 1985. 24 с.

ГОСТ 12248-96. Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и 5.

деформируемости. М.: Стандартинформ, 2011. 78 с.

Иваникова Н.П. Методы исследования механических свойств грунтов. СПб.: Изд-во СПбГУ, 6.

1996. 93 с.

Иваникова Н.П. Исследование гранулометрического состава и физико-механических свойств 7.

засоленных грунтов. СПб.: Изд-во СПбГУ, 1997. 24 с.

Иваникова Н.П. Физико-химические свойства грунтов и методы их исследования. СПб.: Издво СПбГУ, 1999. 67 с.

Иванов И.П. Определение показателей сопротивления сдвигу грунтов, характеризующих их 9.

естественную прочность // Вестник ЛГУ. 1975. № 6. С. 73--79.

10. Иванов И.П., Руднева И.Е., Богданов Е.Н. Применение пенетрации при сдвиговых испытаниях грунтов естественной прочности // Современные методы определения механических характеристик слабых грунтов. Л.: ЛДНТП, 1979. С. 52--56.

11. Осипов В.И. Физико-химическая теория эффективных напряжений в грунтах // Геоэкология.

2013. № 1. С. 2--24.

Выходные данные: Журнал «Инженерные изыскания», №5/2013, С. 28-33



Похожие работы:

«Интернет-проект «Удивительный мир физики» 2012/2013 учебного года 2 тур, апрель 2013 г. возрастная категория «11 класс» Игровой номер 13f1369 Экспериментальное задание 1.Теоретическое обоснование: вода отдает теплоту льду, лёд нагревае...»

«Андреев Юрий Александрович ИДЕНТИФИКАЦИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЛИХЛОРФЕНОЛОВ В ВОДЕ ГАЗОХРОМАТОГРАФИЧЕСКИМ МЕТОДОМ 02.00.02 – аналитическая химия Диссертация на соискание учёной степени кандидата химических наук Научный руководитель: д.х.н., профессор Черновьянц М.С. Ростов-на-Дону – 2014 Содержание ВВЕДЕНИЕ Глава 1. Обзор литературы 1.1 Области применени...»

«Простые методы поиска изображений по содержанию © Пименов В.Ю. Санкт-Петербургский Государственный университет, факультет Прикладной математики процессов управления vitaly.p...»

«Амир Д. Ацель Почему наука не отрицает существование Бога? О науке, хаосе и пределах человеческого знания Издательский текст http://www.litres.ru/pages/biblio_book/?art=9094630 Почему наука не отрицает существование Бога?: К...»

«КОМПЬЮТЕРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И МОДЕЛИРОВАНИЕ 2015 Т. 7 № 1 С. 334 МАТЕМАТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ЧИСЛЕННЫЕ МЕТОДЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ УДК: 51-71,51-72,531.19 Согласование теории относительности, ЭПР-эффекта и неравенств Белла через индивидуальное состояние кванто...»

«Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН Институт проблем переработки углеводородов СО РАН Научный совет по катализу ОХНМ РАН VI РОССИЙСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ “НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ ПРИГОТОВЛЕНИЯ И ТЕХНОЛОГИИ КАТАЛИЗАТОРОВ” V РОССИЙСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ “ПРОБЛЕМЫ ДЕЗАКТИВАЦИИ КАТАЛИЗАТОРОВ” 4 – 9 сентября 2...»

«ХИМИЯ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ. 2010. №4. С. 131–133. УДК 615.32:582.998.1:547.29–314.06:543.422.3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИРИДОИДОВ В ТРАВЕ ТАТАРНИКА КОЛЮЧЕГО (ONOPORDUM ACANTHIUM L., РОД ONOPORDUM) Л.Р. Иванова, Л.И. Бутенко*, Л.В. Лигай, В.Г. Сбежнева © Пятигорская государственная фармацев...»







 
2017 www.pdf.knigi-x.ru - «Бесплатная электронная библиотека - разные матриалы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.