Приложение 4. Метод экспериментального определения показателей пучения и осадки грунта

Приложение 4

Метод экспериментального определения показателей пучения и осадки грунта

Испытания следует проводить на той же пробе грунта, на которой были установлены показатели капиллярных свойств (см. прил. 2 настоящего Пособия).

Для определения значений плотности, влажности и пучения грунта, которые следует ожидать в процессе эксплуатации дороги, надо иметь кривую зависимости коэффициента пучения грунта от его плотности (см. рис. 11 Пособия). Ее нужно устанавливать по данным испытаний грунта на морозное пучение. Эту кривую следует проводить таким образом, чтобы она огибала полученные максимальные значения коэффициента пучения грунта.

Коэффициент уплотнения образцов грунта, предназначенных для испытания на морозное пучение, должен составлять 1,05; 1; 0,95; 0,9. Для песка, из которого предполагается устраивать морозозащитный (дренирующий) слой, нужно испытывать образцы грунта только при коэффициенте, равном единице по методу стандартного уплотнения.

При устройстве конструкций земляного полотна с повышенной плотностью нужно дополнительно испытывать на морозное пучение образец грунта при плотности не менее 1,01 проектной. Величина повышения плотности образца грунта устанавливается исходя из того, чтобы этот образец прошел не менее трех циклов промерзания-оттаивания до того, как его плотность станет равной проектному значению.

Испытание грунта на морозное пучение следует проводить при его водонасыщении без напора в условиях, когда не происходит усадки грунта при промерзании. Для выполнения этих требований промораживание грунта нужно проводить при температуре минус 20°С при подтоке воды к нижней поверхности образца грунта толщиной 50 мм.

Испытания проводят в приборе для определения пучения и осадки грунта (рис. 1). Образцы грунта помещают в четыре стакана, состоящие из разъемных колец с пазами.

При испытании грунта без нагрузки вместо груза устанавливают опорный диск на стержне. Стаканы (внутренним диаметром 70 мм и общей высотой 50 мм) помещают в гнездо платформы, установленной в корпусе из теплоизолирующего материала, чтобы образцы грунта промораживались и оттаивали только сверху. Вода к образцам подается из расходной камеры по трубопроводам через дырчатое дно стаканов.

Для предотвращения замерзания воды камеры помещены в водяную баню с нагревателем, регулируемым контактным термометром. Прибор работает в комплексе с потенциометром КСП-4, позволяющим автоматически записывать температуру одновременно в четырех образцах.

Вместо индикаторов часового типа можно применять специальную приставку, при помощи которой на той же ленте потенциометра одновременно регистрируют пучение четырех образцов грунта. В приставку входят четыре датчика перемещения, схема питания датчиков и выделения полезного сигнала, блок питания приставки. Датчик состоит из двух обмоток, выполненных на двухсекционном каркасе, внутри которого свободно перемещается сердечник из магнитомягкого материала. Электронная схема состоит из генератора низкой частоты, стабилизатора, усилителя мощности, детектора полезного сигнала. При перемещении сердечника внутрь каркаса индуктивность одной катушки возрастает, а другой уменьшается.

В результате на выходе схемы возникает напряжение, пропорциональное перемещению сердечника.

Подготовка грунта к испытаниям ведется так же, как при определении оптимальной влажности и максимальной плотности. Образцы формуют в металлических разъемных формах при помощи ударника. Затем их выдавливают в стакан. Подготовка прибора к измерениям заключается в заполнении расходных камер дистиллированной водой до ее появления в гнездах. Туда помещают стаканы с грунтом и устанавливают штампы и индикаторы. Прибор в таком положении находится до полного водонасыщения образцов, что определяют по показаниям индикаторов и указателей уровня воды в расходных камерах. После этого прибор помещают в холодильную камеру, позволяющую поддерживать температуру минус 20°С и имеющую окно для замеров по индикаторам в случае их применения вместо приставки.

В приборе испытывают одновременно четыре образца одного грунта при одной плотности скелета. Два из них находятся под нагрузкой 9,8 кПа, а два без нагрузки. Все образцы грунта испытывают при пяти циклах промораживания и оттаивания.

По испытаниям для каждого цикла промораживания получают графики (рис. 2). Обработку графика начинают с выбора прямолинейного участка на кривой пучения грунта . Начальный участок кривой в расчет не принимается, чтобы исключить влияние замерзания переохлажденной воды на процесс пучения. Конец прямолинейного участка должен соответствовать переходу температуры через 0°С на нижней поверхности образца грунта. При этом допускается небольшое спрямление кривой.

Для прямолинейного участка записывают размеры пучения грунта и температур на нижней и верхней поверхностях образца грунта на моменты и , соответствующие началу и концу этого участка. По этим данным определяют интенсивность пучения грунта как отношение величины пучения за интервал времени к продолжительности этого интервала.

Для установления коэффициента пучения грунта необходимо, кроме того, определить по табл. 12 значения , , , , . Затем вычисляют глубину промерзания от верхней поверхности образца и глубины и расположения изотерм и от верхней поверхности образца грунта на моменты времени и . Расчет проводят по формулам:

; (1)

; (2)

, (3)

где - высота образца грунта на рассматриваемый момент времени с учетом пучения, м; , - температура (со своим знаком) соответственно сверху и снизу образца грунта на рассматриваемый момент времени, °С.

После этого на моменты времени и определяют градиенты незамерзшей пленочной воды на глубине промерзания по формулам (49) - (50) при среднем за время опыта значении плотности скелета грунта:

, (4)

где - плотность скелета грунта перед промерзанием, ; - высота образца грунта перед промерзанием, м; - пучение грунта на момент перехода температуры через 0°С на нижней поверхности образца грунта, м.

По полученным данным устанавливают среднеарифметическое значение градиента незамерзшей воды. Затем для образцов грунта без нагрузки вычисляют коэффициент пучения:

, (5)

где - интенсивность пучения водонасыщенного грунта без нагрузки, м/с; - средний градиент незамерзшей пленочной воды на глубине промерзания в образце грунта без нагрузки, безразмерная величина.

При полученном устанавливают коэффициент , учитывающий влияние нагрузки на интенсивность пучения

, (6)

где - интенсивность пучения водонасыщенного грунта под нагрузкой, м/с; - средний градиент незамерзшей пленочной воды на глубине промерзания в образце грунта под нагрузкой, безразмерная величина.

По этим данным нужно установить кривую зависимости величины от коэффициента уплотнения грунта перед промерзанием. Эту кривую следует проводить таким образом, чтобы она огибала полученные минимальные значения коэффициента .