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

Подождите немного. Документ загружается.

280

Із барабана самописця знімають стрічку з результатами динамічного ущільнення.

Використання приладів МДУ-1 та МДУ-2 дає можливість отримати результати дина-

мічного ущільнення з високою точністю, яка неможлива з використанням ручної методики

стандартного ущільнення.

Динамічне ущільнення ґрунтів виконують таким чином.

До навіски ґрунту g

при вологості W

добавляють кількість води Q, необхідну для

отримання заданої вологості W

. Необхідну кількість води розраховують за формулою

( ) ( )

WWWgQ

+−=

. (11.23)

Навіску ґрунту розкладають тонким шаром на дні ванночки і рівномірно зволожують

за допомогою балона з пульверизатором або звичайною лабораторною бюреткою. Потім

ґрунт поміщують у гідратор (ексикатор із водою у піддоні) не менше ніж на дві години для

перерозподілу вологи. Підготовлений ґрунт засипають у попередньо зібраний і трохи змаще-

ний машинним маслом стакан приладу МДУ-1 або МДУ-2. Якщо для досліду необхідно мати

зразок із заданим значенням початкового питомого об’єму 1/ρ

d 0

, розраховують необхідну

кількість ґрунту g

заданої вологості W

( )

AhW

, (11.24)

де h

– початкова висота зразка, см; А – площа поперечного перерізу зразка, см

Досліди з динамічного ущільнення слід проводити за умови рівності початкової висо-

ти зразків. Тому перед початком ущільнення глибиноміром перевіряють рівень ґрунту в ста-

кані. Стакан із підготовленим ґрунтом установлюють на опорну плиту приладу МДУ-1 або

на стакані закріплюють прилад МДУ-2. Перед ущільненням ґрунту опускають штамп і гли-

биноміром перевіряють відстань від верху стакана до поверхні штампа.

У процесі ущільнення заміряють деформації зразка після кожного удару (n=1÷10), че-

рез один удар(n=10÷20), через два удари (n=20÷50), через п’ять ударів (n=50÷100) і далі через

10÷20 ударів.

Деформації визначають глибиноміром (МДУ-1) або графічно (МДУ-2). Дослід припи-

няють, коли приріст деформації протягом 5÷10 останніх ударів стане меншим, ніж 0,5 мм.

Після закінчення ущільнення заміряють відстань від верху стакана до поверхні ґрунту. Ста-

кан із ґрунтом зважують із точністю до 1 г і з верхньої та нижньої частини зразка відбирають

проби для визначення вологості. Стакан розбирають, ґрунт роздрібнюють, добавляють необ-

хідну кількість води і готують до наступного досліду.

Для побудови графіків ущільнення потрібно визначити питомі об’єми сухого ґрунту.

Розрахунок ведуть у такій послідовності.

Спочатку визначають допоміжний коефіцієнт K

( )

gAWK

1+=

. (11.25)

Потім знаходять початковий питомий об’єм сухого ґрунту (до ущільнення) 1/ρ

d 0

⋅=

. (11.26)

Далі розраховують питомі об’єми сухого ґрунту 1/ρ

d i

для виміряних деформацій зраз-

ка S

у процесі ущільнення

iwddi

⋅−=

ρρ

. (11.27)

За отриманими даними графічно будують залежність між питомим об’ємом сухого

ґрунту 1/ρ

d i

і кількістю ударів вантажу n (рис. 11.13) та виявляють фази ущільнення ґрунту.

При ущільненні зразків ґрунтів порушеної структури постійно зростаючою кількістю

ударів вантажу в умовах постійної вологості можуть бути виділені три характерні фази ущі-

льнення:

а) початкова фаза невстановленого процесу ущільнення (ділянка 1-2);

б) основна фаза ефективного ущільнення, що відповідає залежності (11.6) (ділянка

2-3);

281

в) кінцева фаза, яка харак-

ризує неможливість подаль-

шого ефективного ущільнення

ним ударним імпульсом (ділянка 3-

4).

Початкова фаза невстанов-

ного процесу ущільнення пов’язана

з неоднорідною початковою щільні-

стю в об’ємі зразка, що

ється, або неможливістю рівномір-

ного ущільнення, яка може бути ви-

кликана надмірною висотою зразка

або недостатніми за величиною характеристиками ударного навантаження.

Фаза невстановленого ущільнення ґрунту звичайно закінчується після декількох

ударів вантажу або взагалі може бути відсутня.

Ущільнення зразків зв’язного ґрунту в умовах неможливості бічного розширення зав-

жди закінчується кінцевою фазою, котра характеризує неможливість подальшого ущільнення

навіть при значному збільшенні кількості ударів.

Численні експериментальні дослідження показали, що максимальні значення ступеня

вологості у кінці ущільнення залежно від виду ґрунту мають значення S

=0,91÷0,98.

За відомими величинами ступеня вологості S

r01

і вологості ґрунту W

можливо напе-

ред розрахувати мінімально можливий питомий об’єм сухого ґрунту в кінці ущільнення

010

rwsmind

⋅+=

ρρρ

, (11.28)

де ρ

– щільність води (1г/см

Значний практичний та науковий інтерес мають закономірності зміни залежності

(11.6) у межах основної фази ущільнення.

Щоб дослідити вплив одного з факторів багатофакторної системи на будь-який з ін-

ших, необхідно обмежити число змінних, наприклад двома. Закономірності ущільнення ґру-

нтів залежать від щільності, вологості, речового складу, характеристик ущільнювача і т. п.

Розглянемо можливі варіанти схем динамічного ущільнення за умови постійності характери-

стик ущільнювача в межах одного удару й зміни загальної роботи ущільнення. Тоді голов-

ними факторами, що впливають на інтенсивність ущільнення, будуть початкова вологість,

початковий питомий об’єм сухого ґрунту, кількісний і речовий склад глинистої та грубодис-

персної фракцій ґрунту.

Речовий склад зразків під час досліду незмінний, тому залежно від значень початкової

вологості й початкового питомого об’єму сухого ґрунту процес ущільнення може йти за од-

нією з трьох основних схем (рис. 11.14, 11.15).

Схема 1 (W

=const, 1/ρ

≠const) дозволяє вивчити вплив початкового питомого об’єму

сухого ґрунту на інтенсивність і кінцеві результати ущільнення. При постійній вологості та

різному початковому питомому об’ємі сухого ґрунту більш високий опір переміщенню час-

тинок під дією зовнішнього навантаження буде відповідати більш щільному їх упакуванні.

Таким чином, зменшення початкового питомого об’єму сухого ґрунту викликає зменшення

інтенсивності ущільнення, яку можна характеризувати значенням кутового коефіцієнта

nlg

)(

∆

ρ∆

. Мінімальний питомий об’єм сухого ґрунту при необмеженому збільшенні кі-

лькості ущільнюючих дій відповідає двофазному станові ґрунту (S

≈0,95). Для заданої пос-

тійної вологості кінцеві результати ущільнення не залежать від початкового питомого об’єму

ґрунту і визначаються тільки початковим значенням вологості. Коли досягнуто значення

1/ρ

(рис. 11.14, а), подальше ущільнення практично неможливе, тому що витіснення води із

двофазного ґрунту потребує значного часу, а час дії ущільнювача за один цикл незначний.

lg n

III

arctg 1/m

, см

/г

Рис. 11.13. Фази динамічного ущільнення ґрунту

282

Ущільнення до стану, бли-

зького до двофазного, можливе

лише при вологостях, що перебі-

льшують оптимальну або дорів-

нюють їй. При вологостях, мен-

ших за оптимальну (для парамет-

рів даного ущільнювача), пито-

мий об’єм сухого ґрунту завжди

більший від мінімально можливо-

го, 1/ρ

d01

<1/ρ

d02

(рис. 11.15, а). Пе-

релом лінії S

=1, що характеризує

зміну граничних значень питомо-

го об’єму сухого ґрунту в двофаз-

ному стані, відповідає питомому

об’ємові сухого ґрунту при воло-

гості, близькій до максимального

вмісту зв’язаної води.

Схема 2 (W

≠const,

1/ρ

=const) дозволяє розглянути

вплив початкової вологості ґрунту

на результати ущільнення. При

постійному початковому питомо-

му об’ємі сухого ґрунту інтенсив-

ність ущільнення (кутовий коефі-

цієнт 1/m) збільшується з підви-

щенням вологості – вода відіграє

роль мастила і сприяє більш акти-

вному переміщенню частинок

ґрунту при ущільненні. Для воло-

гостей, що перевищують оптима-

льну, питомий об’єм сухого ґрун-

ту досягає значень, близьких до

двофазного стану (точки 3, 4 на

рис. 11.15, б). Лінія 1-2-3-4 є ліні-

єю мінімально можливих значень

1/ρ

при необмеженому збільшен-

ні кількості ущільнюючих дій. Ін-

тенсивність ущільнення при зна-

ченнях вологості, менших, ніж

con

, суттєво зменшується, на лінії 1-2-3-4 спостерігається перелом. Ділянка 1-2 при вологос-

тях W

con

дає змогу лише гіпотетично оцінити вплив вологості на інтенсивність ущіль-

нення, тому що досягти двофазного стану при таких вологостях практично неможливо. Зі

схеми 2 видно, що питомий об’єм сухого ґрунту в кінці ущільнення зменшується з набли-

женням початкової вологості до оптимального значення.

Схема 3 (W

≠const, 1/ρ

≠const), 1/ρ

=f(W

), 1/m=const) дозволяє дослідити вплив ін-

тенсивності ущільнення на кінцеві результати. Для однакового опору переміщенню, що оці-

нюють коефіцієнтом 1/m, початкові деформаційні показники ґрунту близькі між собою

=const). Однакові деформаційні характеристики ґрунту при різній вологості досягають у

лабораторних умовах попереднім ущільненням перед дослідом однаковим статичним наван-

таженням. У виробничих умовах цей ефект виникає за рахунок попереднього ущільнення

ґрунту транспортними засобами під час відсипання шару ґрунту ще до початку ущільнення

основними механізмами.

/1 ρ

arctg

m/1

arctg

m/1

arctg

m/1

/1 ρ

arctg

m/1

/1 ρ

arctg

m/1

/1 ρ

arctg

m/1

/1 ρ

arctg

m/1

Рис. 11.14. Розрахункові схеми для трьох основних

випадків динамічного ущільнення при W

con

а – випадок 1 (W

=const, 1/ρ

≠const); б – випадок 2

≠const, 1/ρ

=const); в – випадок 3 [W

≠const,

1/ρ

≠const, 1/ρ

=f(W

)]

Логарифм кількості ударів lg n

283

Ґрунти, які мають більші

значення початкової вологості,

характеризуються меншими поча-

тковими значеннями питомого

об’єму сухого ґрунту. При ущіль-

ненні ґрунтів за схемою 3 також

спостерігають в основній фазі лі-

нійні залежності між зміною пи-

томого об’єму сухого ґрунту і ло-

гарифмом кількості ущільнюючих

дій. Межею таких залежностей

буде двофазний стан ґрунту при

W≥W

opt

(рис. 11.14, в) або гранич-

ні значення, що відповідають не-

можливості подальшого ефектив-

ного ущільнення (точки 1′, 2′ на

рис. 11.15, в). Оптимальна воло-

гість для випадку 3 відповідає мі-

німальній вологості, при якій ще

можливо досягти двофазного ста-

ну ґрунту.

Якщо попереднє ущіль-

нення перед дослідами виконати

різними статичними навантажен-

нями, можна отримати варіацію

його рівноважних станів для різ-

них вологостей.

Маючи декілька “пучків”

випадку 1 можливо підібрати ряд

номограм для схеми 3, які мають

різні коефіцієнти інтенсивності

ущільнення 1/m. Однак, як видно

зі схеми 1 (рис. 11.14, а) інтенси-

вність ущільнення не впливає на

його кінцеві результати. Тому

значення оптимальної вологості й

мінімально можливого питомого

об’єму сухого ґрунту для вибра-

ного ґрунту, отримані за допомо-

гою номограм для схеми 3, будуть

однаковими незалежно від того, яким було попереднє ущільнення та інтенсивність ущіль-

нення в основній фазі, що характеризуються кутовим коефіцієнтом 1/m.

Процес ущільнення з постійною інтенсивністю для різних вологостей у межах основ-

ної фази ущільнення можна виразити з використанням розрахункових схем взаємозв’язку,

запропонованих В. Ф. Разорьоновим. В умовах постійності ступеня водонасичення

r01

=const) відповідні рівняння мають вигляд

LwLnsd

nnlgmWL)(

111 −=−

ρρρ

, (11.29)

де n

– кількість дій ущільнювача при питомому об’ємі сухого ґрунту в двофазному стані

=1), що відповідає вологості на межі текучості; ρ

– щільність води (1 г/см

npLrn

M)S(L

011

11 −−=

; (11.30)

Рис. 11.15. Особливості розрахункових схем трьох

основних випадків динамічного ущільнення при

зв

, W

зв

: а – випадок 1 (W

=const,

1/ρ

≠const); б – випадок 2 (W

≠const, 1/ρ

=const);

в – випадок 3 [W

≠const, 1/ρ

=f(W

1/m=const]

Логарифм кількості ударів lg n

arctg

m/1

lg n

/1 ρ

arctg

m/1

W>W

опт

lg n

arctg

m/1

W<W

опт

02d

/1 ρ

01d

/1 ρ

4,3,2,1d

/1 ρ

arctg

m/1

lg n

/1 ρ

arctg

m/1

lg n

arctg

m/1

2′

1′

lg n

arctg

m/1

lg n

/1 ρ

arctg

m/1

lg n

arctg

m/1

2′

1′

lg n

≈W

1/ρ

284

)

npL

−=

. (11.31)

Для випадку постійності кількості дій ущільнювача (n=const) використаємо залеж-

ність

)M(

npLw

npL

ddi

−

−=

ρρρ

, (11.32)

де













−

npLwsdn

)M(

111

ρρρ

. (11.33)

У координатах “W

-1/ρ

” графіки залежності (11.32) для різних величин n

=const,

=const і т. д. мають вигляд паралельних прямих, нахилених до осі абсцис під кутом













−

)M(

arctg

npLw

npL

. (11.34)

Інтенсивність ущільнення, що характеризується кутовим коефіцієнтом 1/m

, при воло-

гостях, менших від максимального вмісту зв’язаної води, різко зменшується (1/m

>1/m

рис. 11.15, в), тому рівняння взаємозв’язку (11.29) будуть різними для вологостей, більших і

менших від W

con

. При графічному зображенні залежності (11.32) на лініях n=const при

W≈W

con

також спостерігається перелом, що характеризує зміну інтенсивності ущільнення.

Речовий склад ґрунту за інших рівних умов суттєво впливає на інтенсивність процесу

ущільнення та його кінцеві результати. Збільшення кількості вільної води, яка не має в’язких

властивостей і не перешкоджає частинкам ґрунту переміщуватися відносно одна одної з по-

рівняно невеликою витратою роботи, веде до зменшення опору переміщенню частинок під

дією зовнішнього навантаження. При однаковій вологості кількість вільної води залежить від

речового складу ґрунту. Для зра-

зків з однаковою початковою

щільністю і вологістю більша

інтенсивність ущільнення відпо-

відає різновидам, які мають бі-

льшу кількість вільної води, тоб-

то ґрунтам із меншим вмістом

глинистих частинок і відповідно

меншим числом пластичності.

Кінцеві результати ущільнення

не залежать від числа пластично-

сті ґрунту й будуть однаковими

для усіх різновидів з однаковою

початковою вологістю

(1/ρ

d max1

=1/ρ

d max2

=1/ρ

d max3

, рис.

11.16, а).

Мінімально можливим

значенням оптимальної вологос-

ті, навіть при необмеженому збі-

льшенні роботи ущільнення, є

максимальний уміст зв’язаної

води у ґрунті. У свою чергу, ця

величина визначається кількіс-

ним умістом глинистої фракції.

Тому більш високі значення мак-

симально можливого ступеня

ущільнення будуть відповідати

Рис. 11.16. Вплив речового складу ґрунту на ре-

зультати ущільнення: а – випадок 1 (W

=const,

1/ρ

≠const, I

≠const); б – випадок 3 (1/ρ

=f(W

=const, W

зв1

≠W

зв2

)

Логарифм кількості ударів lg n

lg n

/1 ρ

arctg 1/m

lg n

arctg 1/m

3,2,1maxd

/1 ρ

lg n

arctg 1/m

arctg

m/1

lg n

arctg

m/1

lg n

01,2

1/ρ

dn1

1/ρ

dn2

1/ρ

dmax2

1/ρ

dmax1

arctg

m/1

285

різновидам із меншим числом пластичності, яке побічно характеризує глинистість ґрунту.

Мінеральний склад глинистої фракції також впливає на властивості ґрунту при взає-

модії з водою. Найбільшу поверхневу активність і гідрофільність мають глинисті мінерали з

рухомою кристалічною решіткою, які мають змогу втримувати воду не тільки на поверхні,

але й у міжпакетному просторі кристалічної решітки. Тому при однаковому кількісному вмі-

сті глинистої фракції найбільші значення оптимальної вологості будуть мати ґрунти з

монтморилонітовою глинистою складовою, найменші – каолінітові ґрунти. Проміжне поло-

ження займають ґрунти з гідрослюдистою складовою.

Як було відмічено раніше, ґрунти одного літолого-генетичного типу, що вирізняються

кількісним умістом глинистої фракції незмінного мінерального складу, характеризуються

наявністю залежності (11.14) між числом пластичності та вологістю на межі текучості. У той

же час величина кутового коефіцієнта 1/m

для різних схем ущільнення (див. рис. 11.15) не

залежить від початкового фізичного стану і визначається тільки речовим складом ґрунту.

Тому для величини 1/m

, пов’язаної з I

, також можливо отримати подібну залежність.

У координатах “1/ρ

-lgn” для ґрунтів однієї літології і генезису з різним кількісним

умістом глинистої фракції буде спостерігатися система прямих, що перетинаються у точці з

координатами 1/ρ

та lgn

(рис. 11.16, а).

Рівняння системи при

const

має вигляд

000

111

n/nlgm///

midmid

⋅+=

ρρ

. (11.35)

У загальному випадку вода зв’язана не тільки поверхнею глинистих частинок, але й

грубодисперсними частинками. В зв’язку з цим зерновий і мінеральний склад грубодисперс-

ної фракції суттєво впливає на результати ущільнення. На рис. 11.16, б показано схему впли-

ву речового складу грубодисперсної фракції на результати ущільнення для випадку однако-

вої інтенсивності ущільнення. У наведеному випадку кількість глинистих частинок однакова

=const), але один із ґрунтів має більш гідрофільну грубодисперсну складову частину. В

зв’язку з цим уміст зв’язаної води в ґрунті 1 більший, ніж у ґрунті 2. Для досягнення рівно-

arctg 1/m

=0,105

=0,119

=0,134

=0,155

=0,176

=0,193

=0,202

1 4

300

100

200

0,40

0,50

0,60

0,70

0,80

0,90

1,00

Питомий об’єм сухого ґрунту 1/ρ

, см

/г

Кількість ударів, n

Рис. 11.17. Графіки динамічного ущільнення суглинку при

постійній інтенсивності ущільнення: 1/m=0,170 см

/г,

1/m

=0,088 см

/г, 1/m

=0,046 см

/г (прилад МДУ-1)

286

важного стану з однаковими початковими деформативними характеристиками потрібна ная-

вність однакової кількості вільної води. При цьому для однакових значень початкового сту-

пеня ущільнення необхідно, щоб різниця у початковій вологості дорівнювала різниці макси-

мального вмісту зв’язаної води (W

-W

con1

-W

con2

При попередньому стисненні ґрунту однаковим навантаженням більш високі почат-

кові значення 1/ρ

спостерігають у ґрунтів із більш активною грубодисперсною складовою

частиною.

Інтенсивність ущільнення у трифазному і двофазному стані буде однакова (1/m=const,

1/m

=const, 1/m

=const), проте максимально можливий ступінь ущільнення завжди буде

вищим у різновидів із менш активною грубодисперсною складовою частиною, яка має мен-

шу кількість пилуватих частинок. Значення оптимальної вологості при однаковій роботі ущі-

льнення будуть відрізнятися на величину, що дорівнює різниці величин максимального вміс-

ту зв’язаної води (W

опт1

-W

опт2

con1

-W

con2

За умови однакової початкової вологості й однакового ступеня ущільнення, інтенсив-

ність ущільнення завжди вища у різновидів із менш активною грубодисперсною складовою

частиною.

Найбільш поширеним випадком динамічного ущільнення є третій випадок, який від-

повідає умові постійності інтенсивності ущільнення (1/m=const). Цей випадок спостерігаєть-

ся в умовах виробничого ущільнення при зведенні земляного полотна автомобільних доріг,

залізниць, гребель і дамб гідротехнічних споруд тощо.

У лабораторних умовах, як відмічалося раніше, однакова інтенсивність ущільнення

при різних вологостях досягається однаковим попереднім ущільненням. Тому для визначен-

ня впливу вологості на результати ущільнення найбільш доцільно використати схему дослі-

дження за третім випадком ущільнення.

У якості прикладу на рис. 11.17

наведено результати динамічного ущі-

льнення суглинку з Кривого Рогу

=0,303, I

=0,109, W

con

=0,136), маса

вантажу – 10 кг, висота падіння – 7,5

см. Як видно з графіків, фаза невстано-

вленого ущільнення відсутня і при різ-

них вологостях у межах основної фази

спостерігається лінійна залежність між

питомим об’ємом сухого ґрунту 1/ρ

та

логарифмом кількості ударів lgn. При

незначних вологостях досягти двофаз-

ного стану неможливо, і третя фаза, яка

характеризує неможливість ефективно-

го ущільнення, настає при незначній

кінцевій щільності (графіки 1, 2, 3). У

дослідах 4÷7 по чаткова вологість до-

зволила досягти двофазного стану, й

ущільнення припиняється при набли-

женні до лінії повного водонасичення

(точки 4-7). На лінії S

=1 при вологості

W=W

con

=0,136 спостерігається перелом,

який характеризує спад інтенсивності

ущільнення при низькій вологості. То-

чки 1, 2, 3 на лінії S

=1 мають гіпотети-

чний характер і отримані розрахунком.

Для кожної вологості зафіксовані зна-

чення питомого об’єму сухого ґрунту

n=1

=0,915

1/ρ

d.max

=0,555 см

/г

0,40

1,10

1,00

0,90

0,80

0,70

0,60

0,50

0,14

0,10

0,18

0,22

опт

=0,167

Вологість, W

Питомий об’єм сухого ґрунту 1/

, см

/г

Рис. 11.18. Номограма динамічного ущільнення

суглинку: 1 – значення питомого об’єму сухого

ґрунту до ущільнення, 2 – після першого удару;

3 – у кінці основної фази ущільнення

287

та кількості ударів, що відповідають значенню основної фази ущільнення. На рис. 11.18 по-

казано номограму ущільнення суглинку, основою для побудови котрої є графіки, зображені

на рис. 11.17. Номограма дозволяє встановити залежність між кількістю ударів, питомим

об’ємом ґрунту і його вологістю. Для визначення оптимальної вологості W

оpt

та мінімально

можливого питомого об’єму сухого ґрунту 1/ρ

dmax

, на номограмі нанесені точки 3, які відпо-

відають закінченню фази основного ущільнення. Оптимальна вологість W

оpt

=0,167 відповідає

мінімально можливому в кінці другої фази ущільнення питомому об’ємові сухого ґрунту

1/ρ

dmax

=0,555 см

/г. Для досягнення максимальної щільності потрібно 28 ударів.

На відміну від стандартного динамічний метод ущільнення дозволяє дослідити зако-

номірності зміни питомого об’єму сухого ґрунту в процесі самого ущільнення і визначити

оптимальні характеристики з умови, коли вся прикладена робота ефективно використовуєть-

ся для ущільнення ґрунту.

11.4. ПОЛЬОВІ ДОСЛІДЖЕННЯ УЩІЛЬНЕННЯ ҐРУНТІВ

Найбільш достовірні результати можна отримати шляхом проведення польових дос-

лідних робіт із ущільнення ґрунтів. Такі дослідження виконують для визначення оптимальної

вологості, максимально можливої щільності сухого ґрунту при використанні конкретного

ущільнювача, кількості дій ущільнювача, яка необхідна для досягнення максимальної щіль-

ності сухого ґрунту, максимальної товщини ущільненого ґрунту з однорідною щільністю, а

також для виявлення закономірностей зміни щільності сухого ґрунту в ході процесу ущіль-

нення.

Для визначення оптимальних характеристик ущільнення роботи виконують як міні-

мум на трьох дослідних площадках шириною 5–6 м і довжиною 40–50 м. Для того, щоб ви-

ключити вплив деформації підстильного шару, основу площадок планують до горизонталь-

ного рівня й виконують попереднє ущільнення 20–30 проходами того котка, який буде вико-

ристовуватися при дослідних роботах.

Ґрунт, для котрого визначають оптимальні характеристики ущільнення, відбирають у

кар’єрі чи резерві та доставляють скреперами або самоскидами на дослідні площадки. На од-

ній із площадок ґрунт природної вологості розрівнюють бульдозером чи грейдером рівномі-

рним шаром із початковою товщиною 40÷50 см. Для збільшення вологості на другій дослі д-

ній площадці ґрунт додатково зволожують за допомогою поливальної машини. Необхідну

кількість води для зволоження розраховують за формулою (11.23), знаючи початкову воло-

гість ґрунту і кількість завезеного ґрунту.

Бажано, щоб досягнута після зволоження вологість була дещо більшою, ніж вологість

на межі розкочування (пластичності). Завезений на третю площадку ґрунт для зменшення

вологості спочатку витримують для підсушування у купах із періодичним перевертанням

бульдозером. Після зменшення вологості ґрунт розгортають у межах дослідної площадки рі-

вномірним шаром товщиною 40÷50 см.

Кожну з площадок по довжині розділяють на чотири ділянки, у межах яких у наступ-

ному відбирають проби ґрунту для визначення вологості, щільності сухого ґрунту і прове-

дення лабораторної пенетрації. На кожній ділянці відбирають до початку ущільнення по три

проби для визначення початкової щільності сухого ґрунту за допомогою ріжучих кілець

об’ємом 200 см

. Перед відбором зразків поверхню шару знімають на глибину 10–15 см для

видалення шару розпушеного й підсохлого ґрунту. Один зразок відбирають по середині ді-

лянки, два інші – на відстані 1 м від бровки площадки. У місці відбору кільця також беруть

по дві контрольних проби для визначення вологості. Місця відбору зразків та проб заповню-

ють зволоженим піском або ґрунтом іншого кольору, щоб у подальшому місця відбору не

співпадали. Таким чином, після кожного контрольного проходу і перед початком ущільнення

відбирають по 12 зразків, що забезпечує можливість статистичної обробки.

Дослідне ущільнення виконують тим механізмом, який будуть використовувати при

виробничому ущільненні. Після кожного проходу котка таким же чином, як і перед ущіль-

288

ненням, виконують від-

бір зразків ґрунту. Піс-

ля визначення щільнос-

ті сухого ґрунту й воло-

гості потрібно виконати

статистичну обробку та

виключити нехарактер-

ні результати. Аналіз

отриманих у процесі

ущільнення окремих

значень вологості і пи-

томого об’єму сухого

ґрунту ведуть у такій

послідовності:

1. Визначають

середньоквадратичні

відхилення окремих

значень вологості ґрун-

ту від середнього зна-

чення вологості на дос-

лідній площадці, коефіцієнт мінливості, середньоквадратичну похибку середньоарифметич-

ного.

2. Будують криві розподілу вибіркових сукупностей відношень окремих значень во-

логості ґрунту до середнього значення вологості ґрунту на дослідній площадці і виключають

із подальшого розгляду значення вологості за допомогою отриманих раніше величин серед-

ньоквадратичного відхилення.

3. Визначають середні значення вологості для кінцевої дослідної площадки за тими

даними, що залишилися після виклю-

чення нехарактерних значень.

4. Будують графіки залежності

питомого об’єму сухого ґрунту від ло-

гарифму кількості проходів котка для

кожної окремої ділянки дослідної пло-

щадки за розглянутою раніше методи-

кою динамічного ущільнення.

5. Оцінюють середньоквадра-

тичні відхилення окремих значень пи-

томого об’єму сухого ґрунту в третій

фазі ущільнення від середніх мінімаль-

них значень питомого об’єму сухого

ґрунту на кожній ділянці дослідної

площадки. Визначають коефіцієнт мін-

ливості, середньоквадратичну похибку

середньоарифметичного, показник точ-

ності середньоарифметичного.

6. Визначають середньозважене

значення квадратичного відхилення пи-

томого об’єму сухого ґрунту від міні-

мального значення у третій фазі ущіль-

нення для дослідженого ґрунту.

7. Виключають окремі значення

питомого об’єму сухого ґрунту в усьо-

arctg 1/m

=0,140

=0,161

=0,180

=0,164

0,50

0,55

0,60

0,65

0,70

Питомий об’єм сухого ґрунту 1/ρ

, см

/г

Кількість проходів котка, N

Рис. 11.19. Графіки ущільнення лесового суглинку

пневмокотком масою 25 т (ДГ-25)

N=1

1/ρ

d.max

0,546 см

/г

опт

=0,145

0,12

0,16

0,50

0,60

0,70

=0,815

Питомий об’єм сухого ґрунту 1/

, см

/г

Вологість, W

Рис. 11.20. Номограма ущільнення легкого

суглинку пневмокотком масою 25 т (ДГ-25)

289

му діапазоні кількості проходів котка

на основі отриманих величин серед-

ньозваженого квадратичного відхи-

лення.

8. Для даних, що залишилися

після відбраковування, визначають

середні значення питомого об’єму

сухого ґрунту після контрольних

проходів котка на кожній дослідній

площадці.

Одержані після статистичної

обробки дані використовують для

побудови графіків ущільнення.

На рис. 11.19 як приклад на-

ведено графіки ущільнення легкого

суглинку з Кривого Рогу W

=0,303,

=0,109 пневмокотком масою 25 т

(ДГ-25). Можна побачити, що графі-

ки польових досліджень відповіда-

ють третій схемі динамічного ущіль-

нення з постійною інтенсивністю. На

кожному з графіків чітко видно тре-

тю фазу, яка відповідає неможливос-

ті подальшого ефективного ущіль-

нення.

На рис. 11.20 наведено номо-

граму ущільнення легкого суглинку,

котра дає можливість визначити оп-

тимальну вологість W

оpt

=0,146 і мі-

німальний питомий об’єм сухого

ґрунту 1/ρ

dmax

=0,546 см

/г.

Номограма зв’язує між собою

питомий об’єм сухого ґрунту, воло-

гість, кількість проходів котка й до-

зволяє розрахувати потрібну кіль-

кість проходів для досягнення зада-

ного питомого об’єму сухого ґрунту

при відомій вологості або визначити,

на які кінцеві результати можливо розраховувати при заданій кількості проходів котка. Лінія

=0,815 є межею ефективного ущільнення для всіх вологостей.

Як видно з номограми, кожній кількості проходів котка відповідає своє мінімально

можливе значення питомого об’єму сухого ґрунту, що досягається при своєму відповідному

значенні вологості. Таким чином підтверджується закономірність динамічного ущільнення

про залежність оптимальних характеристик ущільнення від кількості роботи ущільнення.

Для вивчення характеру ущільнення за глибиною і визначення оптимальної товщини

шару, в межах якої досягається однорідна щільність, на одній із ділянок дослідних площадок

відбір зразків виконують у декілька ярусів по глибині з інтервалом 10 см. На рис. 11.21 як

приклад наведено графіки зміни щільності сухого ґрунту за глибиною при укочуванні легко-

го суглинку пневмокотком масою 25 т (ДГ-25) в умовах неможливості зміщення сліду котка.

Графіки показують значення щільності сухого ґрунту по глибині й дають змогу бачи-

ти, що вже після третього проходу котка щільність у масиві практично вирівнюється за ра-

хунок бічного тиску, а товщина ущільненого шару з однорідними властивостями може бути

шини

1,38

1,49

1,47

1,71

1,45

1,69

1,55

1,33

1,39

1,59

1,58

1,66

1,80

1,30

1,40

1,50

1,60

1,70

1,30

1,40

1,50

1,60

1,70

1,30

1,40

1,50

1,60

1,57

1,68

1,59

1,6

1,65

1,57

1,61

1,65

1,66

1,62

1,61

1,71

1,30

1,40

1,50

1,60

1,70

1,30

1,40

1,50

1,60

1,70

1,80

1,30

1,40

1,50

1,60

1,70

1 прохід

3 проходи

-0,10

-0,20

-0,30

-0,20

0,00

-0,30

-0,10

Рис. 11.21. Графіки зміни щільності сухого

ґрунту за глибиною при вкочуванні легкого суг-

линку пневмокотком масою 25 т (ДГ-25) в умо-

вах неможливості зміщення сліду котка

Щільність сухого ґрунту

, г/см