Влияние гранулометрического состава на уплотнение дисперсных систем

Филиал Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова в г. Душанбе

Естественнонаучный факультет

Направление 511000 Геология

БАКАЛАВРСКАЯ РАБОТА

Влияние гранулометрического состава на уплотнение дисперсных систем

Студентки IV курса

Муборовой Нигоры Азамавны

Руководитель доцент

Самарин Евгений Николаевич

Душанбе - 2014 г.

Оглавление

Введение

Глава 1. Современные представления об уплотняемости дисперсных грунтов

Глава 2. Характеристика объектов исследования

.1 Местоположение

.2 Геоморфологические условия

.3 Инженерно-геологические условия участка отбора образцов

.4 Характеристика исследуемых образцов

Глава 3. Методика исследования

.1 Определение оптимальной влажности уплотнения и максимальной плотности

.2 Определение показателей водно-физических свойств

Глава 4. Результаты полученных данных

Выводы

Список используемой литературы

Введение

Земляные сооружения имеют большое значение в инженерно-хозяйственной деятельности человека: дамбы, плотины, насыпи, насыпи для железных и автомобильных дорог, котлованы, траншеи, - очень востребованы в современном мире. Во многих случаях экономическая эффективность вложений, а так же надежность сооружений определяется, прежде всего, принятыми методами и качеством уплотнения грунтов.

Принципы и методы уплотнения грунтов достаточно разнообразны. С развитием и увеличением объема строительства они не только развиваются сами, но и приобретают все большее значение. Хотя, уплотнение грунтов является одним из старейших видов улучшения грунтов в инженерных целях, вопрос был и будет актуален всегда, поскольку грунты представляют собой сложные многофазные дисперсные системы, результат преобразования которых зависит от множества факторов.

Научные основы улучшения грунтов постоянно развивались, что находило соответствующее отражение в разнообразных технологических приемах и методах. Особенно большой вклад в изучение вопросов уплотняемости грунтов внесли Р. Проктор, В.В. Охотин, М.М. Филатов, С.С. Морозов, В.М. Безрук и многие другие исследователи.

Целью данной работы является исследование влияния гранулометрического состава на уплотнение дисперсных грунтов.

Для достижения поставленной цели необходимо было последовательно решить следующие задачи:

1. Ознакомиться с современными представлениями об уплотнении дисперсных грунтов;

2. Подобрать и охарактеризовать коллекцию грунтов разного гранулометрического состава;

3. Определить характеристики уплотнения: оптимальную влажность уплотнения и максимальную плотность, и выявить закономерность их изменения.

Опытная часть данной работы проводилась в лаборатории Министерства транспорта Республики Таджикистан. Неоценимую помощь в проведении лабораторных исследований оказала старший лаборант лаборатории грунтоведения Пирнзарова Х.А., за что автор выражает свою искреннюю благодарность. При анализе результатов были использованы материалы из курсовой работы студентки 3-его курса геологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова Головиной Дарьи. Работа проводилась под руководством доцента Самарина Евгения Николаевича, которому также хотелось бы выразить благодарность за помощь, оказанную в процессе создания работы.

Глава 1. Современные представления об уплотняемости дисперсных грунтов

Под уплотнением горных пород в широком смысле этого понятия в современной технической мелиорации обычно понимается любое увеличение плотности пород как процесс увеличения количества вещества в единице объема.

Существует два принципиально разных пути достижения эффекта уплотнения:

1. Приложение внешнего давления (уплотнение пород происходит в результате уменьшения их объема вследствие перемещения частиц относительно друг друга и уменьшения пористости).

2.      Заполнение пор и трещин веществом вяжущими веществами, что приводит к уменьшению пустотности вследствие заполнения пор - тампонирование.

Второй способ основан на инъецировании суспензий и коллоидных растворов, которые после твердения выполняют роль уплотнителей.

Первый способ в строительной практике получил название механическое уплотнение. Для его осуществления используются различные механизмы, позволяющие создать значительное механическое напряжение в породах. [2]

По характеру уплотняющего воздействия на грунт в методах уплотнения грунтов выделяют уплотнение [2]:

•    укаткой;

•    трамбованием;

•    вибрацией;

•    взрывами;

•              собственным весом грунта (возможно с пригрузкой);

Механическое уплотнение применяется для дисперсных пород, уплотнение которых производится с целью повышения их устойчивости или уменьшения фильтрационной способности. Наиболее сложным объектом технической мелиорации являются глинистые грунты. Если придерживаться классификации В.В. Охотина, то под глинистыми породами понимаются породы, у которых содержание глинистых частиц превышает 3%, а в ряде случаев количество их значительно более 60%. В том числе уплотнение широко применяется при ведении работ на лессовых грунтах, на слабых водонасыщенных, рыхлых насыпных, и т.д.

По способу приложения уплотняющего воздействия различают поверхностное и глубинное уплотнение. В первом случае уплотняющее воздействие прикладывается к поверхности уплотняемого грунтового массива. К поверхностным относятся методы уплотнения грунтов: тяжелыми трамбовками, трамбующими машинами, в том числе вибрационными и виброударными, укаткой пневмоколесными, вибрационными и другими катками, подводными и поверхностными взрывами.

При глубинном уплотнении уплотняющее воздействие прикладывается внутри массива грунта. К глубинным относятся следующие методы уплотнения грунтов: глубинными вибраторами (гидровиброуплотнение), заглубленными взрывами, песчаными и грунтовыми сваями, предварительным замачиванием просадочных и набухающих грунтов, электроискровым уплотнением; пригрузкойводонасыщенных глинистых грунтов с устройством вертикальных дрен, водопонижением, в том числе с вакуумированием и электроосмосом. [2]

В основе уплотнения дисперсных пород лежит процесс их деформирования. Деформация таких пород в ходе сжатия связана, в конечном счете, с перемещением одних частиц относительно других и сопровождается увеличением концентрации частиц в единице объема. Для реализации этого процесса, прежде всего, должно быть частично или полностью устранено структурное сцепление, которое оказывает сопротивление уплотняющему усилию. Уплотнение водонасыщенных пород сопровождается удалением воды из пор и уменьшением влажности.

Уплотнение неводонасьпценных пород до определенных пределов давления и пористости происходит без существенных изменений их влажности.

Достижение эффекта уменьшения пористости возможно только в результате преодоления всех видов сопротивления прилагаемым механическим усилием. В глинистых и лёссовых породах вследствие смешанной природы структурных связей устранение влияния взаимодействия между частицами происходит особенно сложным путем. Эта сложность усугубляется еще тем, что вследствие различной концентрации напряжений в связях между частицами напряженное состояние этих связей также неодинаково. Разрушение связей будет происходить вначале там, где их прочность минимальна, а касательные напряжения максимальны. Таким образом, уплотнение пород в результате напряжения сжатия представляет собой сложный физико-химический процесс. [1]

Характер и интенсивность механического уплотнения пород контролируется различными внешними факторами, основными из них являются:

·  Состав твердой и жидкой фазы;

·  Пористость;

·  Величина и характер уплотняющего воздействия;

·        Степень влажности;

·  Концентрация порового раствора и состав обменного комплекса;

·  Температура;

Так же стоит отметить, что характер и интенсивность уплотнения грунтов в наибольшей степени зависят от количества влаги, содержащейся в грунте. Наибольшее практическое значение этот факт имеет при уплотнении дисперсных грунтов, в особенности глинистых и лессовых грунтов в нарушенном сложении. [2]

Зависимость степени уплотнения от влажности в 1933 году была выявлена Ральфом Проктором [2]. Зависимость «объемная масса-влажность» представлена на рисунке 1. Влажность, соответствующая максимальной объемной массе, называется оптимальной влажностью (W_опт), т.к. только при оптимальной влажности при данной работе уплотнения можно получить максимальную объемную массу. С увеличением работы уплотнения значение оптимальной влажности уменьшается. При данной работе уплотнения оптимальная влажность является характеристикой уплотняемости глинистой породы. [2]

Рис. 1. Влияние метода уплотнения на прочность и усадку пылеватой глины [2]: 1 - статическое уплотнение; 2 - вибрация; 3 - перемятие

Оптимальная влажность является функцией как пределов пластичности, так и числа пластичности, что позволило А.К. Бирулю получить уравнение для определения оптимальной влажности [1]:

W_опт = 1,5(0,5W_р - 0,25I_р) - 1,

где W_p- количество пленочной влаги, величина близкая к нижнему пределу пластичности

_Р - число пластичности.

В результате большого количества проведенных лабораторных экспериментов было установлено, что грунтам различной дисперсности соответствуют различные значения оптимальной влажности [1]:

1. Для песчаных от 8% до 13%;

2. Для супесчаных от 9% до 15%;

3.      Для суглинистых от 12% до 20%;

Представление об оптимальной влажности уплотнения пород имеет большое практическое значение. Из этого следует, что одна из задач теории уплотнения состоит в выявлении роли степени увлажнения в формировании объемного веса грунта.

Б.Ф. Рельтов и А.Н. Ермолаева (1974 г) в своей работе [8] говорят, что, несмотря на обширные экспериментальные исследования зависимости плотности связных грунтов от влажности, выполненные различными организациями, природа этой зависимости до сих пор изучена недостаточно. И требуется проведение дальнейших исследований, позволяющих глубже раскрыть процесс уплотнения грунтов. В основу этих исследований должны быть положены современные физико-химические представления о взаимодействии твердой и жидкой фаз в системе грунт-вода-воздух., применительно к наиболее активной высокодисперсной составной части грунта, представленной глинистыми минералами.

Как известно, связные грунты, в зависимости от их зернового состава и агрегативности сложения и плотности могут обладать различными размерами пор в пределах рассматриваемого объема. Согласно классификации, предложенной А.К. Ларионовым, в связных грунтах выделяются следующие типы пор: ультрамикропоры, имеющие размеры менее 1 мкм, межчастичные поры - от 1 до 100 мкм, крупные поры - более 100 мкм (макропоры) [8].

В природных условиях ультрамикропоры обычно заполнены прочно связанной водой; поэтому при кратковременном приложении нагрузки, например, при работе грунтоуплотняющих машин, суммарный объем пор этих размеров практически не изменяется.

В зависимости от величины естественной влажности в грунте, взятом из карьера для возведения земляных сооружений, может быть различное соотношение между системами пор, заполненных и незаполненных водой.

При малых влажностях преобладают незаполненные поры, а при больших, наоборот, - заполненные. При этом незаполненные поры всегда имеют более крупные размеры, что отвечает требованию достижения минимальной поверхности раздела вода-воздух. При этом условии свободная энергия системы грунт-вода-воздух имеет наименьшее значение. Постепенное заполнение все более крупных пор при водопоглощении, либо, наоборот, освобождение от влаги все более мелких пор при водоотдаче (например, при подсушке) сопровождается изменением физико-механических свойств связных грунтов. Так, увеличение влажности комков способствует развитию в них пластических деформаций под действием уплотняющей нагрузки. Вследствие этого уменьшается объем пустот между комками и грунт приобретает большую плотность.

Проведенные авторами исследования позволяют сделать вывод, что плотность не всегда может служить показателем прочности грунта.

На основании изложенного можно прийти к следующим выводам в отношении природы влияния влажности на уплотняемость связных грунтов:

1. При наличии комковатости уплотнение ненасыщенного водой грунта под действием нагрузки осуществляется в основном за счет пластических деформаций комков и заполнения пустот между ними

2.      С увеличением влажности способность комков к пластическим деформациям возрастает

3. Механизм пластифицирующего действия воды заключается в ослаблении коагуляционных структурных связей. Ослабление связей обуславливается осмотическим набуханием. Энергетическим источником набухания является разность химических потенциалов свободной воды в порах и в тонких слоях воды между частицами глинистых минералов и микроагрегатами.

4. При уплотнении связных комковатых грунтов путем приложения кратковременных повторяющихся (циклических) нагрузок, как, например, при неоднократном проходе грунтоуплотняющих машин по одному следу, кривая зависимости плотности от влажности имеет восходящую и нисходящую ветви. На восходящей ветви уплотнение происходит при небольших насыщениях грунта водой и в соответствие с изложенным в пункте первом выводов. При оптимальной влажности, соответствующей максимальной плотности для данной величины удельной циклической нагрузки, достигается монолитная структура грунта в результате смыкания пустот. В этом состоянии коэффициент водонасыщения достигает высоких значений (порядка 0,8-0,9). На нисходящей ветви вследствие высокой степени насыщения грунта водой при приложении кратковременных нагрузок возникает импульсивное давление в порах. Последнее противодействует уплотнению и вызывает снижение несущей способности грунта, обусловливающее выдавливание грунта из-под катка.

5. При уплотнении грунтов путем приложения статической нагрузки кривая зависимости плотности от начальной влажности имеет два участка: восходящую ветвь и горизонтальный участок. На восходящей ветви уплотнение происходит также в соответствие с первым пунктом выводов. При начальной влажности, соответствующей достижению максимальной плотности и высокой степени водонасьпцения (коэффициент насыщения более 0,8), возникает отжатие избыточной влажности, тем большее, чем больше начальная влажность грунтов, но равновесные значения влажности при этом несколько различаются.

6. По мере увеличения влажности связанных грунтов их сопротивляемость сдвигу уменьшается, несмотря на увеличение плотности. Наименьшее сопротивление сдвигу имеет место при наибольшей плотности. Понижение прочности объясняется ослаблением структурных связей, обусловленных пластифицирующим действием воды на грунт.

Наиболее широко механическое уплотнение производится при строительстве земляных сооружений, таких как плотины или насыпи автомобильных и железных дорог.

И.М. Шейхет и А.Ф. Царев (1968 г) в своей работе [12] упоминают, что при строительстве автомобильных дорог оптимальная влажность и соответствующая ей максимальная (оптимальная) плотность определяются методом стандартного уплотнения. «Инструкция по определению требуемой плотности и контролю за уплотнением земляного полотна автомобильных дорог» (ВСН-55-61) рекомендуют для этой цели большой прибор СОЮЗДОРНИИ с объемом цилиндра 1 л. В «Указаниях по применению в дорожном и аэродромном строительстве грунтов, укрепленных вяжущими материалами» (СН-25-64) рекомендуется оптимальную влажность и максимальную плотность грунта и цементогрунтовой смеси определять с помощью малого прибора с объемом цилиндра 0,1 л. Здесь большой прибор СОЮЗДОРНИИ рекомендуется только для грунтов, содержащих более 10% частиц крупнее 5 мм (с максимальным размером частиц 20 мм).

Оптимальные влажность и плотность, определенные тем или другим прибором стандартного уплотнения СОЮЗДОРНИИ, отличаются друг от друга.

Исследования, проведенные И.М. Шейхетом и А.Ф. Царевым [12] показывают, что для определения оптимальных параметров уплотнения грунтовой смеси при использовании метода стандартного уплотнения необходимо учесть фактор времени, который оказывает влияние на уплотнение грунтовой смеси в отличие от уплотнения неукрепленного грунта.

А.М. Рыжов (1974 г) в своей работе [9] говорит, что оптимальные плотности представляют собой не что иное, как значение критической плотности, соответствующие определенному напряженному состоянию грунта. Эти значения для высоких плотин должны приниматься переменными, увеличиваясь с ростом действующих на грунт напряжений.

Выбор проектной плотности с учетом влияния напряженного состояния на деформационные свойства грунта позволяет проектировать земляные сооружения, отдельные слои которых будут обладать равной потенциальной деформируемостью при переходе грунта в состояние предельного равновесия.

геоморфологический гранулометрический плотность грунт

Глава 2. Характеристика объектов исследования

.1 Местоположение площадки опробования

Грунты для лабораторных исследований были отобраны на участке проектируемого строительства жилого квартала.

Опробованный участок расположен в квартале Заравшон, в северо-западной окраине г. Душанбе.

Границами участка являются: с севера - новая жилая застройка квартала, с юга - проспект Нусратулло Махсума, далее территория Посольства США, с востока - пустырь, с запада - городская автомагистраль.

.2 Геоморфологические условия площадки опробования

В геоморфологическом отношении участок приурочен к поверхности III правобережной надпойменной террасы р. Душанбинки.

Рельеф участка относительно ровный, с небольшим общим уклоном в юго-западном направлении и характеризуется незначительными колебаниями в микрорельефе (абсолютные отметки поверхности составляют 837.40-842.60 м) В настоящее время участок изысканий свободен от застройки и представляет собой искусственно выровненную поверхность.

.3 Инженерно-геологические условия участка отбора образцов

В геологическом строении участка принимают участие отложения делювиально-пролювиального генезиса, современного и верхнечетвертичного возраста, представленные глинистыми и крупнообломочными грунтами различной мощности, с поверхности они перекрыты почвенно-растительным слоем мощностью 0.20-0.30 м и насыпным грунтом мощностью 0.40-5.0 м. Общая вскрытая мощность отложений - 40.0 м.

В гидрогеологическом отношении участок изысканий характеризуется отсутствием подземных вод до глубины примерно 20.0-40.0 м, что исключает их влияние на грунты основания.

Современные физико-геологические процессы на участке и прилегающей территории не отмечены, за исключением возникновения промоин по ливнесбросу, расположенному в восточной части участка.

.4 Характеристика исследуемых образцов

На основании инженерно-геологических изысканий в строении грунтового массива описаны дисперсные грунты разных видов, которые выделены в качестве различных инженерно-геологических элементов. Из всей совокупности грунтов для целей исследования были выбраны 4 разновидности: песок, супесь, суглинок и глина. Классифицирование грунтов выполнено в соответствии с ГОСТ 25100-2012.

Классифицирование песков проводится по гранулометрическому составу. Гранулометрический состав грунта - это процентное содержание первичных (не агрегированных, раздельных) частиц различной крупности по стандартным фракциям, выраженное по отношению их массы к общей массе грунта. Для характеристики песка в лаборатории был выполнен анализ гранулометрического состава ситовым методом. Результаты определения представлены в таблице 1.

Таблица 1

Результаты определения гранулометрического состава песчаного грунта ситовым методом

На основании сопоставления полученных результатов с классификационными показателями по ГОСТ 25100-2012 (табл. 2), было произведено определение вида исследованного песчаного грунта.

Таблица 2

Распределение частиц по стандартным фракциям

По классификации ГОСТ 25100-2012 образец представляет из себя песок средней крупности. Это несвязный минеральный грунт, в котором масса частиц размером 0,05-2 мм составляет более 50% и число пластичности Ip< 1%.

Согласно ГОСТ 25100-2012

В соответствии с ГОСТ 25100-2012 классифицирование глинистых грунтов проводится по числу пластичности. Для каждой грунтовой разности показатели пластичности определялись с трех кратной повторностью. Пробы отобраны с разных глубин, что позволило подтвердить правильность выделения инженерно-геологических элементов во время изысканий на строительной площадке. Результаты определения пластичности исследуемых грунтов представлены в таблице 3.

Таблица 3

Результаты определения пластичности исследуемых грунтов

Как следует из данных таблицы, значение пластичности для супеси изменяется в интервале от 4,4 до 5,3, для суглинка от 9,8 до 10,2 и для глины от 18,4 до 21,3. Из этого следует, что по ГОСТу 25100-2012 отобранные грунты могут быть классифицированы как:

супесь,

суглинок легкий

глина легкая

Глава 3. Методика исследования

Проводимые исследования включали в себя определения оптимальной влажности уплотнения и максимальной плотности, гранулометрического состава, микроагрегатного состава, влажностных показателей: верхнего и нижнего пределов пластичности, гигроскопической влажности и максимальной гигроскопической влажности.

.1 Определение оптимальной влажности уплотнения и максимальной плотности

Во время выполнения экспериментальной части данной работы были исследованы четыре грунта: образец №1 - песок, образец №2 - супесь, образец №3 - суглинок и образец №4 - глина. Для определения оптимальной влажности уплотнения и максимальной плотности бралось по несколько навесок грунта, в воздушно-сухом состоянии. Пробы нумеровались, и к каждой добавлялось определенное количество дистиллированной воды: для создания искусственной влажности. Далее навеска перемешивалась с водой, после чего пробы помещалась в цилиндры. Поместив грунтовую массу в цилиндры, пробы выдерживались под нагрузкой в 3 МПа в течение 5 минут. По истечению времени цилиндры извлекаются из-под пресса, из форм извлекаются пробы, уже тоже в виде цилиндров, (образовавшихся в результате уплотнения) и измеряются их параметры: высота (h, см), диаметр (d, см) и масса (m, грамм). Далее производится расчет полученной плотности образца при данной влажности (р, г/см^З):

3.2 Определение показателей водно-физических свойств

Определение гигроскопической влажности (проводится по ГОСТ 5180-84)

Гигроскопическая влажность (Wg) - это влажность грунта в воздушно-сухом состоянии.

Для ее определения была взята навеска грунта методом квартования, которая затем была перенесена в предварительно оттарированный (доведенный до постоянной массы) бюкс (m₀, г). Бюкс с грунтом взвешивался (m₁, г) на квадрантных весах с точностью до 0,0001 г и помещался в сушильный шкаф не менее, чем на 6 часов при температуре 100-105°С. После прокаливания закрытый крышкой бюкс перемещался в эксикатор с хлористым кальцием и остывал около 30-40 минут. Охлажденный бюкс с грунтом взвешивался (m₂, г), а затем помещался снова в сушильный шкаф для дополнительного высушивания при температуре 105±2°С. Досушивать грунт необходимо, пока разница между двумя последующими взвешиваниями станет не более 0,02 г.

После чего производился расчет по формуле [6]:

W_g = [(m₁-m₂)/(m₂-m₀)] * 100%.

Обозначения приведены в тексте.

Определение влажности нижнего предела пластичности (проводится по ГОСТ 5180-84)

Влажность нижнего предела пластичности - граница раскатывания - это влажность, выраженная в процентах, при которой грунт переходит из твердого состояния в пластичное состояние. [11]

Для этого был взят образец грунта около 5см^З при естественной влажности и просеян через сито в 1 мм. Далее он увлажнялся и размешивался до консистенции крутого теста. После чего чашку с грунтом необходимо было закрыть плотно и поставить в эксикатор примерно на 2 часа. По истечению времени из чашки брался небольшой кусочек и на ладони раскатывался жгут около 3 мм в диаметре до появления маленьких трещинок. Таких жгутов необходимо было подготовить примерно 10 г. Раскатанный грунт был помещен в заранее оттарированный бюкс. Далее определение влажности проводилось весовым методом, описанным выше [6].

Определение влажности верхнего предела пластичности (проводится по ГОСТ (5180-84)

Влажность верхнего предела пластичности - граница текучести - это влажность, выраженная в процентах, при которой грунт переходит из пластичного состояния в текучее состояние [11].

Для определения данной характеристики была взята проба грунта около 5 см³ при естественной влажности. Грунт был увлажнен и размят шпателем в фарфоровой чашечке. Затем чашка была помещена на сутки в эксикатор. По истечению времени грунтовая масса была еще раз перемешана и помещена в сосуд цилиндрической формы, причем с помощью шпателя поверхность грунта была выровнена с краями сосуда так, чтобы грунт заполнял весь объем. К этой выровненной поверхности был поднесен конус, который в течении 5 с погрузился на 10 мм. Когда верхний предел пластичности был достигнут, грунт из стаканчика был перемещен в бюкс. Далее расчет проводился весовым методом, описанным выше [6].

Глава 4. Обсуждение полученных результатов

В результате проделанной работы, для каждого из исследуемых грунтов была выявлена зависимость изменения плотности грунта от его влажности.

На рисунках 2-5 представлены зависимости изменения плотностей от влажности при постоянной работе уплотнения.

Рис. 2. Зависимость плотности среднезернистого песка от влажности

Таким образом, для среднезернистого песка значениеρ_maxравно1,603 г/см³, а значение Wопт - 4,83 %. При плотности твердых частиц, характерной для песков и равной 2,65 г/см³ полученные данные означают, что коэффициент пористости исследованного песка составляет 0,74, что для среднезернистого песка соответствует рыхлому сложению. Этот факт доказывает, что применение метода уплотнения статической нагрузкой для песка дает очень плохие результаты. Гораздо эффективнее в этом случае использовать гидровиброуплотнение.

Рис. 3. Зависимость плотности супеси от влажности

Результаты определения влияния влажности на плотность супеси представлены на рис. 3. Из графика видно, что значение ρ_max равно 1,686 г/см³, а значение W_опт - 10,14%. Сопоставление значения влажности оптимального уплотнения со значением нижнего предела пластичности (20,8-22,9%) показывает, что экспериментально определенное значение W_опт практически в два раза меньше. Это свидетельствует о том, что в условиях максимального уплотнения в супеси содержится, видимо, только прочносвязанная вода. Остальные виды воды удаляются из грунта в процессе уплотнения.

Результаты определения влияния влажности на уплотнение суглинка легкого представлены на рис. 4. Из графика видно, что значение ρ_max равно 1,763 г/см³, а значение W_опт - 11,61%. То есть с повышением дисперсности грунта значения плотности и оптимальной влажности уплотнения возрастают, что является отражением возможности суглинка удерживать большее количество прочносвязанной воды. Кроме этого, график уплотняемости для суглинка имеет более пологий вид, что, возможно, отражает большую способность суглинка к формированию агрегатов, образование которых положительно отражается на уплотнении грунта при высоких и низких значениях влажности.

Рис 4. Зависимость плотности суглинка легкого пылеватого от влажности

Рис. 5. Зависимость плотности глины легкой песчанистой от влажности

Результаты определения влияния влажности на уплотнение глины легкой представлены на рис. 5. Из графика видно, что значение ρ_max равно 1,874 г/см³, а значение W_опт - 16,36%. Таким образом, общая тенденция к повышению значений плотности и оптимальной влажности уплотнения с ростом дисперсности грунта сохраняется.

В общем, следует отметить, что для всех видов грунтов, кривые зависимости плотности от влажности представляют из себя обратные гиперболические зависимости с одной точкой экстремума, которая и соответствует максимальному числу уплотнения определенного грунта, при данной работе уплотнения.

Таким образом, экспериментально определено, что значения оптимальной влажности составляют: для песка 4,83%, для суглинка 11,22%, для супеси 10,14% и для глины 16,36%.

Рис. 6. График зависимости плотность от оптимальной влажности

На рисунке 6 представлен график зависимости плотности от оптимальной влажности для грунтов разного состава.

По данным графика можно сказать, что чем более дисперсный грунт, тем больше значение влажности оптимального уплотнения и тем больше плотность уплотненного грунта. Это обусловлено тем, что чем мельче частицы, тем толще вокруг них пленки связной воды, которые играют роль своеобразной смазки при перемещении частиц относительно друг друга, что способствует созданию более плотной структуры.

Попробуем сопоставить экспериментально полученные результаты влажности оптимального уплотнения с расчетами по формуле Бируля:

W_опт = 1,5(0,5W_р - 0,25I_р) - 1,

где W_p- количество пленочной влаги, величина близкая к нижнему пределу пластичности

_Р - число пластичности.

Расчеты, выполненные по формуле Бируля, дают нам следующие значение: для супеси W_опт=12,68%, для суглинка легкогоW_опт=9,35% и для глины легкой W_опт=7,93%. Приведенные значения свидетельствуют, что формула Бируля может быть использована для грубой прикидки значений оптимальной влажности для супесей и суглинков, но совершенно не пригодна для глин. Это, видимо, объясняется большими расхождениями в количестве пленочной влаги и воды при влажности нижнего предела пластичности для глин.

Выводы

Как показывает обзор опубликованной литературы, вопросы физико-химической природы уплотняемости грунтов, исследованы крайне недостаточно. Значение оптимальной влажности уплотнения и плотности, достигаемой при ней, является индивидуальным для каждого исследуемого грунта.

Экспериментально показано, что уплотняемость грунтов контролируется влажностью. Максимальная плотность достигается при так называемой влажности оптимального уплотнения.

Значение оптимальной влажности уплотнения зависит от гранулометрического состава грунтов. Которая изменяется: 4,83 - песок; 10,14 - супесь; 11,22 - суглинок; 16,36 - глина.

Что касается расчетных значений влажности оптимального уплотнения, полученных с помощью А.К. Бируля в нашем случае расходятся с экспрементальнимыданнымии они не всегда являются корректными.

Максимальная плотность грунта, которая зависит от гранулометрического состава, объясняется влиянием количества связной воды облегчающей перемещение частиц относительно друг друга.

Список используемой литературы

1. Основы технической мелиорации грунтов / С.Д. Воронкевич - 2-е издание, перераб. и доп. М.: Научный мир, 2005г, 470 с.

2.      Техническая мелиорация пород / под ред. С.Д. Воронкевича. М.: Изд-во Московского Университета, 1981 г, 344 с.

3.      Грунтоведение / под ред. В.Т. Трофимова. 6-е изд., перераб. и доп. М.: Изд-во Московского Университета, 2005. 1024 с.

5.      ГОСТ 25 100-2011. Грунты. Классификация. М.: Национальным объединением изыскателей, НИИОСП им. Н.М. Герсеванова - институтом ОАО «НИЦ «Строительство», 2011, 63с.

6.      ГОСТ 5180-84. Методы лабораторного определения физических характеристик. М.: издательство стандартов 1984 г. 19 с.

7.      Е.М. Сергеев «Современные представления о природных грунтах как объектах технической мелиорации» / Труды совещания по теоретическим основам технической мелиорации фунтов 1-4 февраля 1960 г, М.: Изд-во Московского Университета. 1961 г. С 21-28

8.      Б.Ф. Рельтов и А.Н. Ермолаева. «Природа влияния влажности на уплотняемость связных грунтов» / Закрепление и уплотнение грунтов в строительстве (материалы VIII всесоюзного совещания), Киев: Издательство «Буд1вельник», 1974 г. С 340-342.

9.      А.М. Рыжов «Об оптимальном уплотнении фунтов в теле высоких плотин и оснований сооружений» / Закрепление и уплотнение грунтов в строительстве (материалы VIII всесоюзного совещания), Киев: Издательство «Будівельник», 1974 г. С 346-349.

10. Инженерная геология России. Том 1. Грунты России: монография / Под ред. В.Т. Трофимова. Е.А. Вознесенского, В.А. Королёва. М.: Изд-во «КДУ», 2011 г. 672 с.

11.    Лабораторные работы по грунтоведению: Учеб. Пособие / под ред. В.Т. Трофимова и В.А. Королева, М.: Высш. шк., 2008 г. 519 с.

12.    И.М. Шейхет и А.Ф. Царев. «К вопросу об оптимальной влажности и максимальной плотности, укрепленных цементом связных грунтов» / Материалы к VI Всесоюзному совещанию по закреплению и уплотнению грунтов М.: Изд-во МГУ. 1968 г С 60-63.