где Wт - влажность границы текучести грунта, определяемая методом балансирного конуса, %;
- переходный коэффициент;
Wp - влажность границы раскатывания, %;
а - поправка (для суглинистых грунтов а = 1 ¸ 2, для глинистых грунтов а = 2 ¸ 3).
Определив в лаборатории значения Wт или Wp для основных грунтов, по формулам (6) и (7) могут быть найдены ориентировочные значения оптимальной влажности, а по формуле (5) - максимальной плотности. Затем определяют требуемую плотность:
ск 0 = Kск max.
Различные грунты имеют следующие ориентировочные значения переходного коэффициента : песок, супесь - 0,75 - 0,7, суглинок - 0,6 - 0,55, глина - 0,5 - 0,45.
Границу текучести непосредственно в полевых условиях определяют ускоренным способом с помощью балансирного конуса и влагомера-плотномера (см. разд. 6 приложения 1).
С помощью балансирного конуса подбирают консистенцию грунта, соответствующую границе текучести. Влажность грунта, соответствующую подобранной таким образом консистенции, определяют или методом высушивания до постоянного веса при 105 °С, или влагомером-плотномером Ковалева.
Пример расчета. Средняя проба глинистого грунта, взятого из резерва, доведена до консистенции границы текучести. Объемный вес влажного грунта ?? при данной консистенции оказался равным 1,9 г/см3, а объемный вес скелета грунта ск = 1,4 г/см3.
Влажность границы текучести этого грунта
Величина оптимальной влажности:
Wo = Wт = 0,5 36 = 18,0 (при = 0,5);
Максимальная плотность
(у = 2,72; Va = 4; ??в = 1)
Переходный коэффициент для грунтов данного района устанавливают на основе результатов испытаний основных разновидностей грунтов, отобранных при обследовании резервов. По этим данным строят график зависимости оптимальной влажности и максимальной стандартной плотности, полученных методом стандартного уплотнения, от границы текучести (рис. 3). Тогда, определив границу текучести Wт, по графику (см. рис. 3) находят Wo и ск max. Так, если Wт = 36 %, то Wo = 17 %, а ??ск max = 1,77 г/см3.
Рис. 3. Номограмма для приближенного определения оптимальной влажности и максимального объемного веса скелета грунта (пример)
Графиком можно пользоваться в процессе контроля за уплотнением грунтов при ориентировочном определении в полевых условиях максимальной стандартной плотности и оптимальной влажности грунтов, встретившихся при разработке резервов, (карьеров), для которых не проводилось стандартное уплотнение.
По графику (см. рис. 3) могут быть получены значения Wo и ск max более достоверные, чем по формулам.
Предварительное определение максимальной плотности и оптимальной влажности при изыскательских работах, для глин и суглинков можно осуществлять в малом приборе Союздорнии (рис. 4).
При текущем контроле малый прибор Союздорнии можно использовать лишь для некоторых видов грунтов (в частности, для одноразмерных песков). Прежде чем его применить, нужно провести специальные исследования по сравнению результатов уплотнения этого грунта в большом и малом приборах. Расхождения результатов не должны превышать допустимых пределов (0,04 г/см3). Малый прибор (рис. 4) состоит из подстаканника с двумя закрепляющими винтами, разъемного цилиндра объемом 100 см3, направляющего насадного цилиндра, плунжера, передающего ударную нагрузку; гири весом 2,5 кг, направляющего стержня и рукоятки. В нижней части разъемного цилиндра помещается металлическая пластинка.
Образец грунта в воздушно-сухом состоянии, просеянного через сито с отверстиями 5 мм, весом 1 кг помещают в чашку, тщательно перемешивают, увлажняют до влажности, на 8 - 10 % меньшей, чем оптимальная*, и вновь перемешивают.
* Ориентировочно оптимальную влажность суглинка принимают 12 - 22 %, глины - 16 - 26 %.
Увлажненный грунт всыпают в цилиндр, вставленный в подстаканник и зажатый винтами, на дне которого помещена металлическая пластинка. Внутренние стенки цилиндра и пластинка должны быть смазаны керосином, чтобы грунт легче отделялся от стенок. После этого на разъемный цилиндр надевают насадный цилиндр и насыпают грунт до верхнего края формы. В форму вставляют плунжер (плоскость его, соприкасающаяся с грунтом, также смазывается керосином) с направляющим стержнем и уплотняют грунт ударами гири, падающей с высоты 30 см. Количество ударов должно быть равно 12 - для суглинков и глин и 15 - для жирных глин.
Рис. 4. Малый прибор Союздорнии для стандартного уплотнения:
1 - рукоятка; 2 - направляющий стержень; 3 - гиря; 4 - плунжер; 5 - направляющий насадный цилиндр; 6 - разъемный цилиндр; 7 - подстаканник; 8 - закрепляющие винты; 9 - металлическая пластинка
После уплотнения грунта плунжер и насадный цилиндр осторожно снимают и тщательно срезают поверхность грунтового образца до уровня краев разъемного цилиндра. Цилиндр разбирают и из него вынимают образец грунта, который взвешивают на технических весах с точностью до 0,1 г.
Рассчитывают объемный вес влажного грунта по формуле
(8)
где Р - вес образца, г;
V - объем разъемного цилиндра, см3.
Часть образца помещают в бюксы для определения влажности. Определив влажность, рассчитывают объемный вес скелета по формуле (2) приложения 1.
Увеличивают влажность грунта в чашке на 2 - 3 % и повторяют опыт. Испытания проводят до тех пор, пока объемный вес влажного грунта не станет уменьшаться при увеличении его влажности.
За оптимальную влажность Wo принимают влажность, соответствующую наибольшему объемному весу скелета грунта ск max.
3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЛАЖНОСТИ МЕТОДОМ ВЫСУШИВАНИЯ
В заранее высушенный и взвешенный бюкс помещают влажный грунт и взвешивают. Величину навески принимают в зависимости от степени неоднородности грунта, но не менее 10 - 15 г. После взвешивания открытый бюкс помещают в сушильный шкаф, в котором высушивают грунт при температуре 100 - 105 °С до постоянного веса, т.е. до тех пор, пока разница между двумя последующими взвешиваниями будет не более 0,02 г. Первичное высушивание глинистых грунтов длится 5 ч, песчаных - 3 ч. Каждое повторное высушивание глинистых грунтов продолжается 2 ч, песчаных - 1. Перед взвешиванием бюкс с высушенным грунтом охлаждают в эксикаторе с хлористым кальцием. За окончательный результат взвешивания принимают наименьший вес бюкса с сухим грунтом.
Все взвешивания должны быть проведены с точностью до 0,01 г на технических весах.
Величину влажности грунта W с точностью до 0,1 % вычисляют по формуле
(9)
где g1 - вес бюкса с влажным грунтом, г;
g0 - вес бюкса с высушенным грунтом, г;
g - вес пустого бюкса, г.
Для каждого образца проводят не менее двух параллельных определений. Расхождение между параллельными определениями допускается не более 2 %.
За величину влажности образца грунта принимают среднее арифметическое результатов параллельных определений.
4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОГО ВЕСА
Грунты незаселенные
Образец грунта в воздушно-сухом состоянии размельчают в фарфоровой ступке фарфоровым пестиком и просеивают через сито с отверстиями 0,25 мм, остаток на сите переносят в ступку, дробят и снова просеивают через то же сито. Измельченный и просеянный грунт тщательно перемешивают и берут в пикнометр навеску для определения удельного веса (методом «квадратов»); навески принимают: для глин и суглинков 12 - 15 г на 100 см3 емкости пикнометра; для песков и супесей - 15 - 18 г. Пикнометр должен быть заранее высушен и взвешен.
Одновременно из этого же грунта берут навеску для определения количества гигроскопической влаги в грунте.
Взвешивают с точностью до 0,01 г на технических весах.
Взвешенный в пикнометре воздушно-сухой грунт заливают дистиллированной водой примерно на 1/2 емкости пикнометра, взбалтывают и кипятят на песчаной бане, не допуская разбрызгивания: в случае образования обильной пены при закипании температуру песчаной бани снижают; кипячение ведут в течение 1 ч (считая с момента закипания) - для суглинков и глин, в течение 30 мин - для песков и супесей. После кипячения пикнометр доливают дистиллированной водой до мерной черты, помещают в ванну с водой и охлаждают до 20 °С (или до комнатной температуры); при установившейся температуре воды в ванне пикнометры выдерживают не менее 1 ч. Температура воды, которая измеряется термометром с точностью до 0,5 °С, должна быть постоянной.
После охлаждения в пикнометр по каплям (пипеткой) добавляют дистиллированную воду (имеющую такую же температуру, как и суспензия в пикнометре) до мерной черты (нижний мениск воды должен находиться на уровне мерной черты).
Пикнометр снаружи вытирают сухим полотенцем, внутри, до мерной черты, - фильтровальной бумагой и взвешивают, после чего суспензию из пикнометра выливают, тщательно его ополаскивают, наливают дистиллированную воду и выдерживают в ванне с водой при той же температуре, при которой выдерживался пикнометр с суспензией. Затем по каплям добавляют воду до мерной черты (устанавливая нижний мениск над чертой). Пикнометр вытирают и взвешивают.
Величину удельного веса грунта вычисляют по формуле (с точностью до 0,01 г/см3):
(10)
где Р0 - вес абсолютно сухого грунта, г;
Р2 - вес пикнометра с водой и грунтом, г;
P3 - вес пикнометра с водой, г;
в - удельный вес воды, г/см3 (обычно принимаемый равным 1).
Вес абсолютно сухой навески Р0 вычисляют по формуле
где P1 - вес грунта в пикнометре в воздушно-сухом состоянии, г;
Wг - количество гигроскопической влаги, %.
Для каждого образца грунта проводят два параллельных определения удельного веса. Расхождение результатов допускается не более 0,02 г/см3. За удельный вес образца грунта принимают среднее арифметическое результатов параллельных определений.
Грунты засоленные
Измельченный и просеянный грунт тщательно перемешивают и берут в бюкс навеску (величина навески указывалась ранее). Грунт в бюксе высушивают до постоянного веса в сушильном шкафу при температуре 100 - 105 °С. Сухую навеску переносят в высушенный и взвешенный пикнометр. Пикнометр с грунтом взвешивают.
Наливают в пикнометр с грунтом керосин (примерно до половины) и взбалтывают. Вместо кипячения применяют вакуумирование: степень разрежения при вакуумировании определяется началом выделения пузырьков воздуха; вакуумирование продолжают до прекращения выделения пузырьков, но не менее 1 ч. Вакуумирование можно заменить взбалтыванием также в течение 1 ч.
Удельный вес керосина должен быть заранее определен с помощью ареометра.
После вакуумирования или взбалтывания пикнометры доливают керосином и выдерживают в ванне с водой при постоянной температуре в течение 1 ч. Затем керосин добавляют до мерной черты, пикнометр вытирают и взвешивают, после чего грунт и керосин из пикнометра выливают, пикнометр ополаскивают керосином, наливают в пикнометр керосин, выдерживают в течение часа при той же температуре, добавляют керосин до мерной черты и взвешивают.
Величину удельного веса грунта у вычисляют по формуле
(11)
где Р0 - вес грунта в пикнометре, г;
Р2 - вес пикнометра с керосином и грунтом, г;
Р3 - вес пикнометра с керосином, г;
к - удельный вес керосина, г/см3.
5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА НЕОДНОРОДНОСТИ ПЕСКА
Коэффициент однородности
(12)
где d60 - диаметр частиц, меньше которого в грунте содержится 60 %;
d10 - диаметр частиц, меньше которого в грунте содержится 10 %.
Величины диаметров d60 и d10 находят по кривым гранулометрического состава, которые строят по данным гранулометрического анализа.
Пример. В результате гранулометрического анализа получен следующий состав песка: содержание фракций 0,5 ¸ 0,25 мм - 2 %; 0,25 ¸ 0,10 мм - 88 %; 0,10 ¸ 0,074 мм - 6 % и менее 0,074 мм - 4 %.
По этим данным строим кривую гранулометрического состава в полулогарифмическом масштабе (рис. 5). На кривой находим точку А, соответствующую d10, и точку Б, соответствующую d60.
В данном примере d10 = 0,1 мм; d60 = 0,16 мм.
Рис. 5. Кривая гранулометрического состава песка (пример)
Коэффициент неоднородности .
Этот песок является одноразмерным, так как коэффициент неоднородности его меньше 3.
6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЛАЖНОСТИ И ПЛОТНОСТИ ВЛАГОМЕРОМ-ПЛОТНОМЕРОМ КОВАЛЕВА
Прибор основан на принципе гидростатического взвешивания (рис. 6). Основные части прибора - поплавок и сосуд; вспомогательные - режущий стальной цилиндр (внутренний объем которого равен 200 см3, вес 123 г) с крышкой, стальная насадка, предназначенная для погружения режущего цилиндра в грунт, стальной нож и ведро-футляр с крышкой, закрывающейся двумя замками.
Поплавок предназначен для взвешивания испытуемой пробы грунта как без доступа воды, так и в водной среде. Режущий цилиндр с пробой грунта и надетой на него плоской крышкой помещается в крышку поплавка. При этом цилиндр устанавливают так, чтобы режущий край его был сверху, а незаточенный край с надетой на него крышкой - снизу.
Сверху на цилиндр надевается поплавок так, чтобы его край вошел в паз крышки поплавка, где имеется резиновая прокладка. Замки на поплавке и крючки на крышке совмещаются и герметически закрывают поплавок. Для удлинения срока службы резиновой прокладки при хранении прибора лучше поплавок и крышку держать отдельно.
Между дном крышки поплавка и крышкой цилиндра помещается тарировочный груз, представляющий собой металлические пластинки разной величины.
На трубке поплавка нанесены четыре шкалы показателей объемного веса грунтов. Шкала «ВЛ» служит для определения объемного веса влажных грунтов в диапазоне от 1,2 до 2,2. Шкалы «Ч», «П», и «Г» служат для определения объемного веса скелета (плотности) черноземных, песчаных и глинистых грунтов в диапазонах от 1 до 2,2. Каждое деление шкалы соответствует 0,01 г/см3.
Сосуд служит для размешивания пробы грунта в воде и взвешивания ее в воде при определении объемного веса скелета грунта.
