Приложение 2. Метод экспериментального определения показателей капиллярных свойств грунта

Приложение 2

Метод экспериментального определения показателей капиллярных свойств грунта

Определение показателей капиллярных свойств нужно проводить на представительной пробе грунта. Для этого нужно отобрать из карьера не менее одной пробы из каждых 300 грунта. Для проб, относящихся к одной разновидности грунта, выписывают статистический ряд их значений влажности на границе текучести. По этим данным определяют величину влажности на границе текучести грунта при уровне надежности не менее 0,9.

Показатели капиллярных свойств нужно определять на пробе грунта, влажность которого на границе текучести равна или более соответствующей величины при уровне надежности не менее 0,9.

Аналогично нужно отбирать пробу грунта из основания насыпи или выемки. В этом случае отбор проб грунта следует проводить до глубины промерзания, но не менее 2 м от подошвы насыпи или границы рабочего слоя в выемке.

Для некондиционных песков, предназначенных для устройства морозозащитных или дренирующих слоев, нужно отбирать в карьере не менее одной пробы из каждых 50 грунта. Для проб песка, относящихся к одной разновидности, выписывают статистический ряд значений содержания в них пыли и глины. По этим данным устанавливают представительную пробу песка при уровне надежности не менее 0,9.

Показатели капиллярных свойств следует определять для каждой разновидности и плотности грунта с трехкратной повторяемостью. Из них в расчет следует принимать данные испытаний, при которых была получена наибольшая интенсивность впитывания воды в грунт.

Для подбора капиллярной системы необходимо иметь кривую изменения интенсивности впитывания во времени и эпюру влажности грунта от собственно капиллярной воды при движении вниз (рис. 2). Эти данные могут быть получены путем испытаний грунта при оптимальной влажности в приборе, состоящем из разъемных колец, оголовка, поддона и пьезометра (рис. 1).

Колонка из свинчивающихся колец (диаметром и высотой 100 мм) облегчает забивку грунта, а также измерение его послойной влажности. Максимальная высота колонки 100 см. Грунт поддерживается дырчатой металлической пластиной, находящейся в поддоне, в котором имеются отверстия для выхода воздуха. На верхнее кольцо навинчивается оголовок с прозрачной крышкой из оргстекла. В оголовок подается вода, напор которой можно регулировать. Для предотвращения набухания грунта при насыщении его водой оголовок оборудован арретирным винтом.

Интенсивность впитывания определяют с помощью пьезометрической трубки, по которой вода поступает в оголовок. Перед загрузкой в прибор грунт предварительно высушивают на воздухе, размельчают, просеивают через сито с диаметром отверстий 2 мм. Из просеянного грунта берут навеску, необходимую для заполнения в уплотненном состоянии одного кольца. В нее добавляют воду, количество которой определяют исходя из оптимальной начальной влажности грунта. После добавления воды грунт тщательно перемешивают, загружают в кольцо и уплотняют в два слоя трамбовкой; для устранения слоистости каждый слой грунта после уплотнения рыхлят на глубину около 1 см. Кольца свинчивают по мере их загрузки. Для контроля влажности грунта при загрузке из каждой навески грунта берут среднюю пробу.

Следующая операция - заполнение оголовка водой до ее слива через отверстие в крышке. Закрывая это отверстие пробкой и доводя воду в стеклянной градуированной трубке до определенного уровня, включают секундомер. За счет впитывания воды в грунт происходит опорожнение трубки. При достижении мениском воды заданного отсчета секундомер выключают. Одновременно регистрируют температуру воды по ртутному термометру, вмонтированному в крышку оголовка. При образовании пузырьков воздуха под крышкой оголовка воду сливают.

Толщину слоя воды на поверхности грунта , м, вычисляют как среднеарифметическое между значениями напоров, соответствующих регистрируемым положениям мениска.

Интенсивность впитывания воды в грунт определяют делением объема просочившейся воды (в ) на произведение из продолжительности интервала (в сек) на площадь впитывания (в ).

По окончании опыта оголовок снимают и с поверхности грунта удаляют воду.

Образцы грунта для определения их влажности отбирают из прибора по окончании процесса впитывания в сжатые сроки для того, чтобы не произошло существенного перераспределения воды в грунтовой колонке. В песке трудно зафиксировать упомянутую эпюру влажности на момент окончания процесса впитывания, поэтому для такого грунта нужно определить эпюру влажности при движении собственно капиллярной воды вертикально вверх. В этом случае грунт в колонке насыщают водой снизу. Интенсивность впитывания определяют с помощью пьезометрической трубки, по которой вода поступает в поддон. Отбор грунта на влажность проводят после того, как прекратится перемещение капиллярной воды. В этот момент интенсивность впитывания равна нулю.

Затем определяют значения коэффициентов просачивания воды для каждой из четырех групп капилляров:

, (1)

где - коэффициент фильтрации воды, м/с; N - порядковый номер группы капилляров (N = 1, 2, 3, 4); - параметр, характеризующий капиллярную систему грунта, безразмерная величина.

При величина ; при величина .

Параметр определяется подбором. Для этого задаются значением , при котором устанавливают величины , , , . Затем по эпюре влажности глинистых грунтов определяют глубину, на которую просочилась вода в отдельных группах капилляров к моменту окончания опыта. Для этого эпюру влажности на отрезке от до разбивают на четыре равные части. Средняя глубина каждой из них и будет искомой. Наибольшая глубина, на которую просочилась вода, соответствует IV группе, наименьшая - I группе капилляров. После этого при известных значениях: и ; и ; и ; и ; и t (t - время проведения опыта) устанавливают по формуле (28) или по номограмме (см. рис. 6 Пособия) величины , , , . При искомые величины должны удовлетворять определенным требованиям, а именно . При должны соблюдаться соотношения: . Если неудовлетворены эти условия, необходимо принять большее значение и повторить расчет. Определив, таким образом, движущие силы менисков и коэффициенты просачивания, вычисляют интенсивность впитывания воды в грунт на различные моменты времени , м/с:

. (2)

Входящие в формулу (2) настоящего приложения значения , , и устанавливают по уравнению (28) или по номограмме (см. рис. 6 Пособия) на рассматриваемый момент времени t.

Такие расчеты проводят при ряде значений . За искомые значения , , , , , , , принимают те, при которых наилучшим образом совпадают расчетная и фактическая кривые интенсивности впитывания воды в грунт.

Показатели капиллярных свойств песчаных грунтов определяют аналогичным образом. Разница только в установлении значений движущих сил менисков. Их определяют по высоте капиллярного поднятия воды. При этом наибольшая высота, на которую поднялась вода, соответствует I группе капилляров, наименьшая - IV группе:

; ; ; ,

где , , , - соответственно максимальная высота капиллярного поднятия воды в I, II, III и IV группах капилляров, м.

Затем вычисляют по формуле (1) настоящего приложения значения , , , , после чего проводят расчет и сравнивают полученные величины с фактическими значениями интенсивности впитывания воды в грунт при его увлаженении снизу:

. (3)

Входящие в формулу (3) настоящего приложения значения , , и устанавливают по уравнению (28) или по номограмме (см. рис. 6 Пособия) на рассматриваемый момент времени t.

Затем по формулам (32) и (33) приводят значения показателей капиллярных свойств грунта к температуре 10°С.