Зоценко Н.Л. Инженерная геология. Механика грунтов, основания и фундаменты

Подождите немного. Документ загружается.

270

ddi

111

−=

ρρ

, (11.6)

де 1/m – коефіцієнт інтенсивності зменшення питомого об’єму сухого ґрунту в процесі ущі-

льнення у трифазному стані.

Величини 1/ρ

та 1/ρ

показують, який об’єм у даний момент ущільнення займає оди-

ниця маси сухого ґрунту і вимірюється у см

/г, або м

/т.

Рівняння (11.6) установлює логарифмічну залежність між питомим об’ємом сухого

ґрунту й кількістю дій ущільнювача в умовах постійної вологості. У напівлогарифмічних ко-

ординатах залежність (11.6) вирівнюється у пряму лінію, тому в подальшому для зручності

будемо користуватися напівлогарифмічними координатами.

Залежність (11.6) слушна тільки в межах трифазного стану при вологості, яка забезпе-

чує ефективне ущільнення ґрунту.

Для значної кількості ущільнюючих дій та низьких значень вологості ця залежність

непридатна, тому що значення щільності сухого ґрунту при цьому необмежено збільшується.

Процес ущільнення у цьому випадку може бути виражений залежністю

( )

dmaxdmaxdd

ρρρρ

−

−=

, (11.7)

де ρ

dmax

– максимально можливе значення щільності сухого ґрунту для даної вологості й мак-

симального контактного тиску конкретного ущільнювача; βn – коефіцієнт ущільнення ґрун-

ту.

Коефіцієнт інтенсивності ущільнення 1/m залежить від опору ґрунту ущільненню,

який визначається мінеральним та зерновим складом ґрунту, вологістю ґрунту і складом об-

мінного комплексу. При використанні ґрунту для ущільнення змінити мінеральний та зерно-

вий склад майже неможливо, тому розглянемо тільки вплив вологості на процес ущільнення.

На рис. 11.1 схематично показано, як ущільнюється ґрунт при різних вологостях од-

ним і тим же механізмом. Нехай початкова щільність сухого ґрунту буде постійною (1/ρ

змінюється тільки вологість. При незначній вологості W

ущільнення у межах oa графіка 1

відповідає залежність (11.6) та має лінійний вигляд. Коли можливості ущільнювача вичер-

пуються, настає фаза неефективного ущільнення (ділянка ab). Питомий об’єм ґрунту змен-

шується дуже повільно й асимтоптично наближається до мінімально можливого значення

1/ρ

dmax.1

. У межах ділянки ab ущільнення йде відповідно до залежності (11.7). Якщо максима-

льний контактний тиск ущільнювача незначний і вологість мала, досягти двофазного стану

(лінія S

=1) неможливо.

Поступово збільшуючи вологість, можна досягти такого значення W

, коли можливо-

сті ущільнювача будуть достатніми для досягнення двофазного стану (графік 2). Питомий

об’єм ущільненого ґрунту набуває мінімального значення 1/ρ

dmax.2

при кількості дій n

оpt.

По-

дальше прикладання ущільнюючих дій

не приводить до зміни щільності і тому

недоцільне. У межах ділянки ос ущіль-

нення йде відповідно до залежності

(11.6). Збільшуючи вологість до W

(графік 3), можна досягти двофазного

стану значно меншою кількістю дій

оpt

але при цьому кількість су-

хого ґрунту в одиниці об’єму буде зна-

чно меншою, що знижує міцність ущі-

льненого ґрунту. Мінімальну вологість

ґрунту, яка дозволяє ущільнювачу дося-

гти двохфазного стану та отримати

найбільшу щільність сухого ґрунту (мі-

німальний питомий об’єм сухого ґрун-

ту), назвемо оптимальною вологістю.

Рис. 11.1. Схема впливу вологості

на процес ущільнення

lgn

opt

1/ρ

d max.1

1/ρ

d max.2

1/ρ

d max.3

1/ρ

, см

/г

1/ρ

=const

arctg 1/m

271

При оптимальній вологості найбільш

повно й ефективно реалізуються мож-

ливості ущільнювача.

Вирази (11.6) та (11.7) характе-

ризують процес ущільнення при пос-

тійній величині роботи ущільнювача у

межах одного циклу і зміні загальної

роботи ущільнення за рахунок збіль-

шення кількості дій. Таким чином, ці

залежності є окремими випадками за-

гального виразу (11.3) й характеризу-

ють вплив часу (кількості дій) на про-

цес ущільнення для випадку

max

=const.

Розглянемо тепер вплив макси-

мальних контактних тисків на резуль-

тати ущільнення, зафіксувавши у ви-

разі (11.3) перемінну К, що характери-

зує опір ґрунту ущільненню.

На рис. 11.2 показано схему

ущільнення ґрунту постійної вологості (W

=const) ущільнювачами з різними максимальними

контактними тисками, які пропорційні величині роботи протягом одного циклу.

Точки 1′, 2′, 3′, 4′ відповідають кінцевій фазі ефективного ущільнення, при котрих до-

сягаються значення питомого об’єму сухого ґрунту відповідно 1/ρ

dmax.1

, 1/ρ

dmax.2

, 1/ρ

dmax.3

. Як-

що максимальний контактний тиск незначний, то навіть необмежене збільшення кількості

дій ущільнювача не приведе до досягнення двофазного стану. Ґрунт стає пружно-

деформованим ще у трифазному стані. Збільшуючи максимальний контактний тиск, підви-

щуємо інтенсивність ущільнення, що характеризується кутовим коефіцієнтом 1/m

(1/m

>1/m

). Якщо вологість ґрунту W

буде меншою, ніж максимальний уміст зв’язаної

води W

con

, то досягти двофазного стану взагалі практично неможливо, тому що зв’язана вода

міцно утримується частинками ґрунту і в зонах контакту створює значний опір ущільненню.

Якщо вологість ґрунту буде більшою, ніж вологість на межі текучості W

, то ґрунт може на-

бувати двофазного стану від дії власної ваги або зовсім незначного зовнішнього тиску. Та-

ким чином, межами доцільного ущільнення слід вважати вологість від W

до W

con

. Шляхом

збільшення максимального контактного тиску можна отримати таке мінімальне значення σ

max

яке дає змогу досягти двохфазного стану. Отримана щільність сухого ґрунту (питомий об’єм

сухого ґрунту) набуває максимально можливого для даної вологості значення. Максимально

реалізуються можливості ущільнювача і для таких характеристик σ

max

, а вологість ґрунту

можна вважати оптимальною.

Подальше збільшення максимального ко-

нтактного тиску до σ

max.4

зменшить кількість дій

ущільнювача для досягнення двофазного стану,

але граничне значення щільності сухого ґрунту

не зміниться 1/ρ

dmax.3

=1/ρ

dmax.4

. При цьому зага-

льна робота ущільнення практично не змен-

шиться. Загальну роботу ущільнення визначимо

як добуток роботи ущільнювача за один цикл на

кількість дій ущільнювача (A

com

n).

У координатах “lgA

com

-1/ρ

” для всіх зна-

чень σ

max

, більших ніж σ

max.opt

=σ

max.3

, буде побу-

довано один графік залежності 1/ρ

=f(lgA

com

)

(рис. 11.3).

lgn

1/ρ

d max.1

1/ρ

d max.3, 4

1/ρ

d max.2

1/ρ

, м

/г

max.1

< σ

max.2

< σ

max.3

< σ

max.4

=const≥ W

con

arctg 1/m

Рис. 11.2. Схема впливу максимального контактного

тиску на результати ущільнення

=const≥W

con

arctg 1/m'

1/ρ

d.max

1/ρ

, см

/г

lgA

com

max.i

<σ

max.opt

Рис. 11.3. Схема залежності між

питомим об’

ємом сухого ґрунту і

загальною роботою ущільнення

272

Мінімальне значення контактного тиску σ

max

для даної вологості, яке дозволяє досягти

двофазного стану, можна назвати оптимальним для цієї вологості σ

max.opt

Змінюючи вологість ґрунту завжди можна знайти такий механізм, що забезпечить по-

трібний оптимальний контактний тиск для даної вологості. Таким чином, при проектуванні

процесу ущільнення можливо вирішувати не тільки задачу з визначення оптимальної волого-

сті для даного механізму, але й визначити оптимальний механізм для ущільнення існуючого

ґрунту.

Як бачимо з вищенаведеного, оптимальна вологість не є постійною величиною, і для

даного, і того ж ґрунту змінюється залежно від того, який максимальний контактний тиск

розвиває ущільнювач протягом одного циклу.

Можна припустити, що приріст значення оптимальної вологості обернено пропорцій-

ний величині максимального контактного тиску

opt

KddW σσ

. (11.8)

Прийнявши припущення, що m=1 і W

opt.1

– граничне значення оптимальної вологості

для характеристик ущільнювача, які забезпечують максимальний контактний тиск, рівний

одиниці виміру, після інтегрування отримаємо

.maxi.max.opti.opt

lgkWW σσ

−=

, (11.9)

де σ

max.i

– максимальний контактний тиск при ущільненні; σ

max.1

– максимальний контактний

тиск, що дорівнює одиниці виміру.

Коефіцієнт k рівняння (11.9) визначає інтенсивність зміни оптимальної вологості при

зміні максимального контактного тиску:

.max.max

.opt.opt

σσ

−

. (11.10)

Розглянемо можливий інтервал зміни оптимальної вологості у залежності (11.10).

При збільшенні значень максимальних контактних тисків значення оптимальної

вологості будуть зменшуватися, але це зменшення можливе тільки за рахунок зміни кількості

вільної води. Для витиснення з пор ґрунту зв’язаної води потрібні значні зусилля, які у

багато разів перевищують ті, що виникають під час ущільнення. Тому граничною межею

зменшення оптимальної вологості за рахунок збільшення максимальних контактних тисків

буде значення, близьке до максимального вмісту зв’язаної води у ґрунті W

con

Зменшення максимального контактного тиску веде до збільшення оптимальної воло-

гості. У якості граничної межі можна вважати значення, що відповідає вологості на межі те-

кучості W

. Для зручності аналізу залежності (11.9) приймемо значення σ

max.1

рівним макси-

мальному контактному тискові при оптимальній вологості на межі текучості σ

max.L

З урахуванням граничних умов вираз (11.9) приймає вигляд

L.max

i.max

L.maxсon.max

conL

Li.opt

lglg

σσ

−

−=

. (11.11)

Вологість на межі текучості визначається таким станом міцності ґрунту, коли балан-

сирний конус масою 76 г із кутом розкриття 30° занурюється на глибину 1 см.

З урахуванням динамічного ефекту, з незначною похибкою, можна прийняти значен-

ня максимального контактного тиску на межі текучості σ

max.L

рівним 1·10

-2

МПа. Експериме-

нтальними дослідженнями встановлено, що максимальні контактні тиски, за яких оптималь-

на вологість досягає мінімально можливих значень, близьких до W

con

, залежно від виду ґрун-

ту дорівнюють 5-10 МПа. Прийнявши σ

max.L

=1·10

-2

МПа та σ

max.con

=1·10

МПа, підставимо їх у

вираз (11.11) й отримаємо спрощену формулу

L.max

i.maxconL

Li.opt

−

−=

. (11.12)

273

Практичне використання виразу (11.12) підтверджує його достатньо високу точність.

Вологість, що відповідає максимальному вмісту зв’язаної води W

con

, близька за своїм значен-

ням до вологості на межі розкочування ґрунту W

. У виразі (11.10) приймемо значення воло-

гості, які відповідають вологостям на межах пластичності, та отримаємо залежність

L.maxp.max

IWW

σσσσ

−

. (11.13)

Із виразу (11.13) видно, що інтенсивність зміни оптимальної вологості пропорційна

числу пластичності зв’язних ґрунтів. Для різновидів з однаковим числом пластичності

k=const. Ґрунти, які включають більший уміст глинистих частинок, мають більшу інтенсив-

ність зміни оптимальної щільності сухого ґрунту за рахунок зміни максимальних контактних

тисків при ущільненні. Наявність будь-якої за-

кономірності у зміні числа пластичності

зв’язного ґрунту приводить до відповідної зміни

в закономірностях оптимальних характеристик

ущільнення.

Ґрунти одного літолого-генетичного ти-

пу, які вирізняються кількісним вмістом глинис-

тих частинок постійного мінерального складу в

координатах “I

-W

”, характеризуються наявніс-

тю лінійної залежності між числом пластичності

та вологістю на межі текучості (рис. 11.4).

pwmL

IKWW

⋅+=

, (11.14)

де W

– відрізок, що відсікається на осі ординат;

– тангенс кута нахилу прямої до осі абсцис.

Використовуючи методику “двох пенет-

рацій”, запропоновану В. Ф. Разорьоновим та

В. Г. Забарою (1961), вологості на межах текучо-

сті й пластичності (розкочування) визначають як

текучі координати логарифмічної залежності

між питомим опором пенетрації R і вологістю W

при значеннях R, що дорівнюють відповідно

0,0075 та 0,186 МПа.

За результатами пенетраційних випробу-

вань групи водонасичених зразків досліджува-

них різновидів у координатах “W-lgR” (рис. 11.5)

спостерігається система перетинаючих одна од-

ну прямих (“пучок”). Рівняння системи має вигляд

pmL

I,WW

⋅⋅+

= 7150

, (11.15)

де W

та R

– координати точки перетину системи отриманих прямих.

Перемінною величиною у рівнянні (11.15) є число пластичності I

, тому для величини

k (рівн. 11.9), що пропорційне I

та характеризує інтенсивність зміни оптимальної вологості

також буде одержана подібна залежність.

У координатах “W

opt

-lgσ

max

” для ґрунтів однієї літології і генезису спостерігають “пу-

чок прямих” (рис. 11.6), рівняння якого має вигляд

i.max

m.max

L.maxcon.max

conL

m.opti.opt

lglg

σσ

⋅

−

, (11.16)

де W

opt

та σ

max.m

– координати сходження прямих у пучку.

З урахуванням граничних умов можна отримати приблизний вираз

arctgK

Рис. 11.4. Схема залежності між

показниками пластичності

Рис. 11.5. Результати пенетрації ґрунтів

одного літолого-генетичного типу

lgR

< I

lgR

274

i.max

m.maxconL

m.opti.opt

⋅

−

−=

. (11.17)

Використання залежностей (11.16), (11.17) дає можливість для вивчення закономірно-

стей ущільнення ґрунтів, що відносяться до одного літолого-генетичного типу, й узагальнен-

ня окремих результатів досліджень.

Ґрунти різного походження та мінерального складу можуть мати однакове число пла-

стичності, але відрізнятися між собою значеннями вологостей на межах пластичності W

. Ця відмінність приводить до того, що зміна оптимальної вологості при однаковій інтен-

сивності відбуватиметься за різними залежностями (див. рис. 11.7).

Граничні значення зміни оптимальних вологостей будуть різними залежно від своїх

значень максимального вмісту зв’язаної води.

Для того, щоб використовувати залежності (11.16), (11.17), потрібно бути впевненим,

що ґрунти, дослідження яких узагальнюються, відносяться до одного літолого-генетичного

типу. Дослідженнями В. Г. Забари та В. І. Коваленка встановлено, що наявність залежності

(11.14) ще не гарантує однорідності мінерального й зернового складу сукупності випробува-

них ґрунтів. У якості індикаційних показників, які дають змогу індентифікувати літолого-

генетичний тип ґрунту, можна використати параметри W

і R

залежності (11.5), котрі ви-

значають для одного конкретного ґрунту за такою методикою:

Наважку досліджуваного ґрунту масою приблизно 4 кг переминають, засипають у

скляний посуд, заливають дистильованою водою у кількості, що не перевищує у 3-4 рази ма-

су ґрунту, ретельно перемішують до отримання однорідної ґрунтової суспензії. В процесі ві-

дстоювання суспензії ґрунт розшаровується за крупністю агрегатів. У нижній частині осадку

переважають грубодисперсні частинки, а у верхній частині концентруються глинисті частин-

ки. Коли суспензія відстоїться, воду зливають і відбирають проби з різних частин осадку за

висотою, які являють собою різновиди вихідного ґрунту з різним ступенем дисперсності. Ві-

дібрані різновиди ґрунту випарюють у водяній бані до отримання твердої консистенції, потім

ґрунт роздрібнюють і з кожної проби готують зразки для проведення пенетраційних випро-

бувань. Кількість ґрунту в одній пробі повинна забезпечити наповнення трьох пенетраційних

кілець об’ємом 100 см

кожне. З кожної проби готують і випробовують три зразки різної во-

логості. Результати випробувань мають вигляд, подібний до наведеного на рис. 11.5. Коор-

динати пучка W

та R

являють собою необхідні індикаційні показники даного ґрунту.

Наведена методика отримання різновидів досліджуваного ґрунту, що відрізняються

між собою за ступенем дисперсності, не приводить до помітного штучного розшарування на

складові мінерали як у грубодисперсній, так і в глинистій складовій частині. Це пояснюється

тим, що, на відміну від існуючих методів визначення зернового складу, не передбачена спе-

ціальна підготовка суспензії (кип’ятіння з аміаком або добавлення пірофосфату натрію).

Рис. 11.6. Схема зміни оптимальної во-

логості ґрунтів одного літолого-

генетичного типу

lgσ

max.m

lgσ

max

opt.m

opt

< I

Рис. 11.7. Схема зміни оптимальної воло-

гості ґрунтів з однаковим числом плас-

тичності

lgσ

max.lim

lgσ

max

con.3

opt

con.2

con.1

=const

< W

275

Суттєвого руйнування агрегатів не спостерігають. Крім того, концентрація ґрунту в суспензії

у 30-40 разів вища, ніж при гранулометричному аналізі. У процесі відстоювання йде лише

кількісний перерозподіл вмісту глинистої та грубодисперсної складової частини за глибиною

осадку без зміни їх якісного складу.

Подана вище методика дає змогу з одного ґрунту отримати його різновиди і для ви-

пробувань на ущільнення. Згідно з необхідною для випробувань масою кожного різновиду

розраховують вихідну кількість природного ґрунту й води для суспензії.

Після випробувань як мінімум двох різновидів отримують “пучок”, подібний до зо-

браженого на рис. 11.6 із координатами W

opt.m

і σ

max.m

, які є параметрами залежностей (11.16),

(11.17) та водночас індикаційними показниками ущільнення ґрунту.

Склад обмінного комплексу суттєво впливає на пластичні властивості глинистих ґру-

нтів. При насиченні обмінного комплексу різними за активністю катіонами змінюється кіль-

кість глинистих частинок, котрі знаходяться у вільному стані, що для одного і того ж речово-

го складу дає різні показники пластичності, але не приводить до зміни індикаційних показ-

ників.

11.2. СТАНДАРТНИЙ МЕТОД УЩІЛЬНЕННЯ ҐРУНТІВ

Для визначення максимально можливої щільності сухого ґрунту ρ

dmax

та оптимальної

вологості W

opt

, при якій досягається ця максимальна щільність, нормативні документи про-

понують використовувати стандартний метод. У якості стандартного прийнятий метод ущі-

льнення зразків ґрунту з використанням приладів СоюздорНИИ або ЦНИИС. Схеми прила-

дів наведені на рис. 11.8 і 11.9, технічні характеристики – у табл. 11.1.

Таблиця 11.1. Характеристики стандартного методу ущільнення

Головні характеристики приладів та методу випробувань

Прилад конструкції

СоюздорНИИ

ЦНИИС

Діаметр циліндра або кільця в мм для розміщення зразків

ущільнюваного ґрунту

100

Висота циліндра або кільця в мм

127

Маса вантажу в кг

2,5

Вага вертикального стояка зі штампом у кг

1,3-1,4

1,9

Висота падіння вантажу в мм

300

Кількість шарів, на які розділяють зразок при ущільненні

Кількість ударів на кожний шар при ущільненні:

пісків і супіску

пилуватих супісків, суглинків, глин

жирних глин

Прилад СоюздорНИИ використовують для випробування ґрунтів зі вмістом до 5 %

частинок розміром більше ніж 5 мм, прилад ЦНИИС – для прискорених випробувань ґрунтів,

які містять у собі до 5 % частинок розміром більше ніж 2 мм.

Досліджуваний ґрунт ущільнюють 4-6 разів, систематично збільшуючи вологість.

Ущільнення доцільно починати при вологості, дещо більшій, ніж вологість у повітряно-

сухому стані, але яка відрізняється не менше ніж на 8-10% від оптимальної, котру орієнтовно

приймають рівною: для пісків – 8÷13%; супісків – 9÷15%; суглинків – 12÷22%; глин –

16÷26%.

Кількість води Q, необхідну для одержання потрібної вологості ґрунту, визначають за

формулою

( )

010

,WWPQ

⋅−=

, (11.18)

де P – маса ґрунту, що належить ущільнити, г; W

та W

– відповідно потрібна і початкова

276

вологість %.

Досліди з ущільнення виконують у такому порядкові.

Спочатку беруть зразок ґрунту в повітряно-сухому стані, роздрібнюють і просівають

крізь сито з отвором 5 мм (для приладу СоюздорНИИ) або 2 мм (для приладу ЦНИИС).

Ґрунт, що пройшов крізь сито, зволожують до потрібної вологості, перемішують, закладають

у циліндр або кільце приладу й ущільнюють.

Якщо використовують прилад СоюздорНИИ, ущільнення виконують послідовно у три

шари. Кожний із шарів ущільнюють ударами вантажу масою 2,5 кг, що падає з висоти 300

мм. Кількість ударів призначають згідно з табл. 11.1 залежно від виду ґрунту.

Якщо використовують прилад ЦНИИС, ущільнюють одночасно весь зразок ґрунту,

котрий закладають у кільце і насадку п’ятьма шарами з ущільненням кожного з шарів уручну

пестиком.

Щільність ґрунту після проведення досліду визначають із виразу

−

, (11.19)

де P

– загальна вага циліндра або кільця з ущільненим ґрунтом, г; P

– вага пустого циліндра

або кільця, г; V – об’єм ущільненого ґрунту, см

Для визначення вологості ущільненого ґрунту відбирають проби по 15-20 г із верх-

ньої, середньої та нижньої частини зразка.

Наступний дослід починають із роздрібнення ущільненого у попередньому досліді

зразка ґрунту й збільшення його вологості на 2-3 % шляхом добавлення 50

70 г води на ко-

жні 3 кг ґрунту.

Після проведення дослідів, визначення щільності та вологості, розраховують щіль-

ність сухого ґрунту і будують криву стандартного ущільнення (рис. 11.10). Вологість, що ві-

155

455

540

155

209

∅100

∅140

Рис. 11.8. Схема приладу СоюздорНИИ

для стандартного ущільнення ґрунтів:

1 – підстаканник; 2 – роз'ємний ци-

ліндр; 3 – верхній стакан; 4 – стійка зі

штампом; 5 – вантаж; 6 – обмежуваль-

не кільце; 7 – затискувальне кільце;

8 – затискувальний гвинт

175

475

∅

Рис. 11.9. Схема приладу ЦНИИС

для стандартного ущільнення

ґрунтів: 1 – підстаканник;

2 – металева пластина; 3 – кільце;

4 – затискувач; 5 – насадка;

6 – штамп; 7 – вантаж; 8 – стійка;

9 – обмежувальне кільце

277

дповідає максимальному значенню щіль-

ності сухого ґрунту ρ

d max

, приймають як

оптимальну W

opt

Для ґрунтів, які містять у собі від 5

до 40 % частинок розміром більше ніж 5

мм, максимальну щільність сухого ґрунту

maxd

′

та оптимальну вологість

opt

′

ви-

значають розрахунком за формулами:

maxdmaxd ρ

Κρρ

⋅=

′

; (11.20)

opt

woptopt

WW Κ

⋅=

′

, (11.21)

де ρ

d max

, W

opt

– відповідно максимальна

стандартна щільність сухого ґрунту в

г/см

й оптимальна вологість у % відсіяного ґрунту з частинками, меншими, ніж 5 мм;

opt

– поправочні коефіцієнти, які приймають за табл. 11.2.

При проектуванні процесу ущільнення потрібну щільність ґрунту призначають через

коефіцієнт ущільнення

stmaxddcom

ρρΚ

, (11.22)

де ρ

– потрібна щільність сухого ґрунту, г/см

; ρ

d max st

– максимальна щільність сухого ґрун-

ту г/см

, отримана за результатами стандартного ущільнення.

Таблиця 11.2. Коефіцієнти урахування вмісту частинок, більших, ніж 5 мм

Уміст частинок, більших, ніж

5мм, %

opt

1,02

0,95

1,04

0,90

1,06

0,85

1,08

0,80

1,10

0,75

1,13

0,70

1,15

0,65

11.3. ДИНАМІЧНИЙ МЕТОД УЩІЛЬНЕННЯ ҐРУНТІВ

Розглянутий вище стандартний метод ущільнення дає значення оптимальної вологості

і максимальної щільності сухого ґрунту, які рекомендують, відповідно до нормативних до-

кументів використовувати для всіх без винятку ґрунтоущільнюючих механізмів. У той же

час отримані оптимальні характеристики є лиш окремими значеннями залежностей (11.11),

(11.12) для параметрів приладів стандартного ущільнення. Використання стандартного мето-

ду приводить до того, що у деяких випадках неможливо досягти закладених у проект значень

d max

, в інших – призводить до нераціонального використання міцності ґрунтів і можливос-

тей ущільнювачів. Неможливо дослідити й сам процес зміни характеристик ґрунту в процесі

ущільнення.

Метод динамічного ущільнення базується на систематичному визначенні щільності

сухого ґрунту під час ущільнення та побудові графіків залежностей (11.6) між питомим

об’ємом ґрунту і кількістю ущільнюючих дій. Основи методу були запропоновані

В. Ф. Разорьоновим, який сумісно з В. Г.Хілобоком розробив лабораторні й польові варіанти

цього методу.

Таблиця 11.3. Технічні характеристики приладів для динамічного ущільнення

opt

d.max

г/см

Рис. 11.10. Крива стандартного ущільнення

278

Характеристики приладів

Значення характеристик

МДУ-1

МДУ-2

Маса вантажу, кг

Висота падіння, см

Робота одного удару, Дж

Ударний імпульс, Н·с

Кількість ударів за хвилину

Діаметр стакана, см

Висота стакана, см

Точність реєстрації деформацій, мм

Потужність електродвигуна, Вт

Висота приладу, см

Ширина приладу, см

Маса приладу, кг

10,0

7,5

7,36

12,16

10,0

20,5

250

155

65,0

2,5

30,0

7,36

6,08

10,0

23,0

0,25

400

19,5

Найбільш доцільно використовувати для досліджень стаціонарний механізований

прилад для динамічного ущільнення ґрунтів і виготовлення ґрунтових зразків системи

П. І. Ейзлера (МДУ-1) та переносний механізований прилад для динамічного ущільнення

ґрунтів системи В. Ф. Разорьонова й П. І. Ейзлера (МДУ-2).

Технічні характеристики приладів подані у табл. 11.3.

У таблиці 11.3 наведені маси вантажу і висоти падіння, які відповідають роботі одно-

го удару при стандартному ущільненні.

При дослідженні впливу максимальних

контактних тисків та роботи одного уда-

ру на кінцеві результати ущільнення ці

параметри можуть змінюватися.

Конструкцію приладу МДУ-1 по-

казано на рис. 11.11. На опорній плиті 1

змонтовані редуктор 2, електродвигун 3,

стійка 5 із кронштейнами 9, що направ-

ляють стрижень 7, по котрому рухається

вантаж 6. Обертальний момент від реду-

ктора 2 за допомогою привода 4 переда-

ється на ексцентрик 8, який піднімає і

скидає вантаж.

Висоту падіння вантажу зміню-

ють міняючи ексцентрики. Конструкція

привода виконана у вигляді двох шарні-

рно з’єднаних ланцюгом Галя стрижнів

(із зірочками на кінцях). Така конструк-

ція забезпечує збереження постійної ви-

соти падіння вантажу в процесі ущіль-

нення зразка. До плити кріпиться змінна

форма 10. Ґрунтові зразки можуть виго-

товлятися у змінних формах із розміра-

ми: d=10 см і h=12,7 см; d=6 см і h=12

см; d=5 см і h=5,1см.

Опорна плита розміщується на

столі 11, на якому закріплені пускова

кнопка 12 та магнітний пускач. Для під-

йому й фіксації вантажу після закінчення

ущільнення на стійці закріплений меха-

нізм підйому вантажу. Необхідну кіль-

кість ударів вантажу можливо задати за

Рис. 11.11. Загальний вигляд стаціонарного

механізованого приладу для динамічного

ущільнення ґрунтів МДУ-1: 1 – опорна плита;

2 – редуктор; 3 – електродвигун; 4 – привід;

5 – стійка; 6 – гирі; 7 – напрямний стрижень;

8 – ексцентрик; 9 – кронштейн; 10 – змінна

форма; 11 – стіл; 12 – пускова кнопка

279

допомогою лічильника СК-2, який вимикає електродвигун після закінчення програми.

Вертикальний пере-

різ приладу МДУ-2 зобра-

жено на рис. 11.12. Право-

руч ізнизу наведено переріз

муфти. Прилад дозволяє ви-

конувати в лабораторії ущі-

льнення зразків у сталевому

розбірному стакані в умовах

неможливості бічного роз-

ширення. Крім того, він об-

ладнаний насадкою і може

бути використаний для ущі-

льнення ґрунту безпосеред-

ньо у полі для контролю за

якістю зведення земляного

полотна, оцінювання ущіль-

нення ґрунтів у шурфах, ви-

робках і т. п.

Прилад МДУ-2 за-

безпечує постійність висоти

падіння вантажу в процесі

динамічного ущільнення.

Для цього муфта 3 обладна-

на захватами 14 та нагвин-

чена на вал 5, який має дво-

ходову праву та ліву наріз-

ки. Вал змонтований у сере-

дині направляючої труби 13.

Під дією вантажу 16, що па-

дає, напрямна труба і вал

отримують поступальне пе-

реміщення на величину де-

формації ущільнюваного

зразка. Фіксація кожного

наступного удару вантажу

виконується лічильником

СК-1, який з’єднаний із ва-

лом. Деформація ґрунту піс-

ля кожного удару реєстру-

ється на барабані самописця

10 у масштабі 1:1. Для цього

перо самописця закріплено

на напрямній трубі 13. Напрямна труба, розміщена в середині корпусу приладу, може вільно

переміщуватися вгору і вниз. До неї прикріплено зубчасту гребінку 11, з’єднану із зубчастим

колесом 12, яке сидить на одній осі з рукояткою підйомного механізму. У верхній та нижній

частині валу ліва нарізка поступово переходить у праву. У трубі 13 знаходиться вантаж 16.

Електродвигун 4 через зірочку 6 ланцюгом Галя з’єднано із зірочкою-черв’яком 8, що у свою

чергу з’єднана з валом.

При обертанні вала муфта переміщується вниз і захоплює вантаж, при підйомі вгору

захвати впираються у кришку труби й вантаж падає вниз. Після закінчення ущільнення на-

прямна труба піднімається вгору, затискувачі 2 звільняються і прилад знімають зі стакана 1.

Рис. 11.12. Схема переносного механізованого приладу

для динамічного ущільнення ґрунтів МДУ-2: 1 – стакан

для ущільнення ґрунту; 2 – затискувач; 3 – пересувна

муфта; 4 – електродвигун; 5 – вал; 6 – зірочка; 7 – верхня

кришка труби; 8 – черв’як; 9 – верхній і нижній крон-

штейни; 10 – барабан; 11 – гребінка; 12 – зубчасте коле-

со; 13 – напрямна труба; 14 – захват муфти;

15 – пружина захвату; 16 – вантаж; 17 – корпус приладу;

18 – штамп