Рекомендации

по определению липкости грунтов в стационарных лабораториях и полевых условиях

УДК 624.131.37/38

Рекомендовало к изданию решением НТС ПНИИИС Госстроя СССР

Рекомендации по определению липкости грунтов в стационарных лабораториях и полевых условиях ПНИИИС Госстроя СССР. М.: Стройиздат. 1983.- 32 с.

Изложена методика определения липкости глинистых грунтов в лабораториях и полевых условиях. Приведены технические характеристики рекомендуемых приборов.

Разработаны с учетом основных положений главы 11-1 S-74.

Для инженерно-технических работников научно-исследовательских и изыскательских организаций.

Табл. 3, ил. 1 3.

3202000000 - 475

Р------------Инструкт.-нормат.    II    вып. - 92 - 83.

047(01) - 83

© Стройиздат, 1983

значительной мере обусловливает значение липкости (рис. 6-9) грунтов. Величина предварительной прижимающей нагрузки зависит от характера воздействия на грунт. Давление колеса, гусеницы транспортного средства на грунт, давление грунта на ленту транспортера, на кузов автосамосвала и т.д. может и изменяться от 0,01 до 1 МПа. Выбирать ее для каждого конкретного случая следует в соответствии с табл. 2.

Выбор времени действия

предварительной прижимающей нагрузки

3.2. Величина липкости грунтов при прочих равных уо-ловиях пропорциональна времени действия- предварительной прижимающей нагрузки (рис. 10). Время действия предварительной прижимающей нагрузки зависит от технологии производства земляных работ. Выбор его в каждом конкретном случае в соответствии с табл. 2.

11

3.3.    Установлено (рис. 11), что чем выше скорость отрыва штампа от грунта, тем больше липкость. В то же время в большинстве случаев проявления липкости встречающихся в практике земляных работ скорость отрыва рабочих органов транспортных и землеройных машин и механизмов примерно одинакова и составляет несколько секунд, что позволяет определить ее как практически мгновенную и рекомендовать для практического применения (см. табл. 2).

Выбор температуры испытаний

3.4.    Температура, при которой определяют липкость

грунта, в значительной мере обусловливает ее величину (рис. 12). Рекомендуется проводить изучение липкости грунтов в лабораторных условиях при температуре 20 ±2°С. Если температура разрабатываемого грунта приближается к нулевой, следует    розу л    гаты

лабораторного определения липкости увеличить на 20%.

12

Способ изменения влажности грунта нарушенного слежения

Э.5. Установление гиперболической    зависимости

между влажностью максимального прилипания (    и

величиной предварительной прижимающей нагрузки (Р) ■'

(1)

13

где ^ммв - ^ве^°вая влажность максимальной молекулярной влагоемкости, %; К - коэффициент, зависящий от гидрофильности грунта, находится по формуле

Рас. 9. Зависимость липкости глинистого грунта от его влажности при различных значениях предварительной прижимающей нагрузки

0,2 W_r

+ —— . (2)

где W_r - гигроскопическая влажность грунта, %; В-показатель, равный 1 для значений Р от 0,1 до 1,0 Н/м , или равный величине Р, имеющей значение более 1,0 Н/м^. позволило рекомендовать расчетный метод нахождения влажности максимального прилипания.

Для реализации этого метода необходимо, задавшись значением предварительной прижимающей нагрузки (Р) по табл. 1, рассчитать по формулам (1) и (2) весовую влажность, близкую к влажности максимального прилипания ( ч,« ). Далее обратным расчетом определить необходимое количество ( 0_Ш ) воды по формуле

^Q.‘°-^0,^JA-O_r).    (3)

где 0_Г - вес гигроскопической влаги в пробе грунта, г; А - вес воздушно-сухой    п[юбы

грунта, г.

Увеличив найденное таким образом количество воды на 5 мл, если lV_r менее 5%, и на 10 мл, если *V_r более 5%, прилить ее в грунт, тщательно перемешать шпателем и поместить не менее чем на два часа в эксикатор с водой. По истечении указанного срока провести опыт с трехкратной повторностью. Затем дважды последовательно добавить в грунт еще по 5 мл воды, проводя каждый раз опыты с той же повторностью.

Способ изменения влажности грунта естественного сложения

^_f6. При определении липкости грунтов естественного сложения изменение их влажности рекомендуется проводить способом последовательного увеличения в них содержания воды. Для этого, определив липкость грунта при естественной влажности, следует прилить на его поверхность 5 мл воды, после чего, выдержав в эксикаторе с водой в течение 2 ч, найти липкость и взять контрольную пробу грунта на влажность. Увеличение влажности таким образом следует проводить до

16

Предисловие

Строительство на глинистых грунтах, проявляющих при взаимодействии с водой способность прилипать к посторонним предметам (липкость), сопряжено с трудностями, поскольку липкость грунтов является причиной резкого снижения производительности землеройно^гранспорт-кых машин и механизмов, повышения их износа, увеличения материальных затрат при разработке грунтов и.т.д.

В настоящее время отсутствуют нормативно-технические документы, которые регламентировали бы метод определения .характеристик липкости грунтов и способ их получения. Существующие в изыскательских и научно-исследовательских организациях страны лабораторные и полевые приборы конструктивно несовершенны и требуют различного методического подхода для получения характеристик липкости грунтов, что приводит к несопоставимости результатов, получаемых с их помощью. Величина же липкости в конечном итоге должна быть нормативным показателем, определяющим материальные затраты при экскавации, транспортировке и последующей обработке грунта.

На кафедре грунтоведения и инженерной геологии Московского государственного университета, при участии института Г1НИИИС Госстроя СССР накоплен опыт изучения характеристик липкости грунтов и разработаны приборы для лабораторного и полевого определения показательной липкости. Подобные приборы* разработаны впервые в СССР и полного аналога в мировой практике не имеют. В настоящее время оба прибора готовятся к серийному производству в Подмосковном отделении Всесоюзного объединения Союзводпроскт, намеченному на 1983 г.

Рекомендации содержат описание лабораторного и полевого приборов для определения липкости грунтов, методику и технику проведения экспериментов, порядок обработки и применения конечных результатов.

Рекомендации разработаны под научным руководством академика Е.М. Сергеева (МГУ), д-ра геолого-минсрал. наук В Т. Трофимова (МГУ), д-ра гео л ого-мине рал. наук Р.С. Знании ров а (ННИИИС), авторами; канд. геолого-минсрал. наук В.Я.Калачевым (МГУ) КАНД. геолого-минерал_твау^ Б.Т. Трофимовым (ПНИИИС).

Авторские свидетельства: СССР, № 243928, 1968 г. № 472186, 1974 г.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Настоящие Рекомендации регламентируют методику проведения испытаний и обработку результатов исследования липкости глинистых грунтов при помощи лабораторного (УИЛ-2) и полевого (ППЛ-1) приборов.

1.2.    Исследования по определению характеристик

липкости грунтов выполняются на всех стадиях изысканий по специальным программам и служат    для

обеспечения исходными данными проектирования и строительства (составления проекта    производства

земляных работ).

1.3.    Липкостью грунтов называется способность их

при определенном содержании воды прилипать к поверхности различных предметов. Липкость наиболее характерна для глинистых грунтов. Она проявляется при относительно небольших внешних нагрузках 0,1-0,5 МПа и при влажности несколько меньшей влажности максимально-молекулярной влагоемкости.    При

дальнейшем увеличении влажности липкость сильно возрастает и, достигнув максимального значения, довольно резко уменьшается (рис. 1). Липкость грунтов

Рис. 1. Зависимость липкости грунта от его влаж-

обусловлена силами взаимодействия, возникающими между молекулами связанной воды и частицами грунта, с одной стороны, и молекулами воды и поверхностью соприкасающихся с грунтом предмета - с другой.

1.4.    Липкость грунтов определяют при естественной

структуре и нарушенном сложении. Количественной характеристикой липкости грунтов является    усилие

(г/см^ или Н/м^), требующееся для отрыва прилипшего предмета от грунта при различных его влажностях. В качестве показателей, характеризующих липкость грунтов, следует принимать:

максимальную величину липкости (г/см^ или Н/м^ ) при данном значении прижимающей нагрузки;

наибольшую величину липкости грунта при его естественной влажности и данном значении прижимающей нагрузки (г/см^ или Н/м^);

весовую влажность начального прилипания (%) при данном значении прижимающей нагрузки;

весовую влажность максимального прилипания (%) при данном значении прижимающей нагрузки.

1.5.    Рекомендуется определять липкость глинистых грунтов в зависимости от их вида и состояния в соответствии с табл. 1.

Таблица 1

2.1. Прибор - устройство для измерения липкости УИЛ-2 относится к числу портативных лабораторных приборов и предназначен для измерения липкости грунтов естественной структуры и нарушенного сложения.

5

Прибор (рис. 2) состоит из стола 1 с дугообразной стойкой 2, на которой закреплен электромагнит-соленоид 3 со свободно входящим сердечником 4; штампо-вой группы, включающей штамп 5, штамповое кольцо6 и двойную гайку 7; грунтовой камеры, в которую входят грунтовый стакан 8, корпус 9, крышка корпуса 10 и крепежная шайба 11; рычажного пресса, состоящего из рычага 12, неподвижной опоры 13, подвижной опоры 14 и подпятника 15. Для создания усилия противодействия при передаче прижимающей нагрузки служат коромысла 16 и боковые тяги 17, соединяющиеся с сердечником электромагнита штифтом 18. Основная тяга 19 с винтом-фиксатором 20 соединяет штамп 5 с сердечником электромагнита 4. Для регулирования хода сердечника служит ограничитель 21 с фиксатором 22. Прибор устанавливается на четырех опорах 23 и крепится к лабораторному столу шайбами 24. При тарировании прибора и определении величины липкости в зависимости от времени действия прижимающей нагрузки используется тарировочная подвеска 25.

Рис. 3. Соотношение площадей штампа и образца грунта в приборе У ИЛ-2

Фиксирование момента отрыва штампа от грунта и контролирование силы тока в цепи ведется по миллиамперметру. Плавное изменение силы тока в цепи осуществляется двумя ползунковыми реостатами. В качестве источников тока рекомендуется использовать аккумуляторные батареи с номинальными параметрами 12В, 5А I л и силовую сеть постоянного тока.

Конструктивные особенности прибора удовлетворяют следующим основным требованиям:

применение разборной штамповой группы исключает возможность бокового выпора грунта, а также попадания частиц грунта в зазор между штампом и боковой поверхностью грунтового стакана;

площадь штампа в приборе в 2,3 раза меньше площади образца грунта, что сводит до минимума влияние конуса уплотнения, возникающего в грунте в процессе передачи на штамп внешнего давления (рис. 3);

с целью повышения скорости определения липкости грунтов в приборе предусмотрено устройство, передающее на штамп предварительную прижимающую нагрузку в интервале 0,005-1 МПа, причем она может передаваться на грунт либо практически мгновенно (3-5 с), либо во времени;

с помощью электромагнита достигается быстрое и плавное увеличение отрывающего усилия (плавное увеличение силы тока в цепи пропорционально возрастанию силы, с которой сердечник, соединенный со штампом, втягивается в катушку электромагнита). Отрывающее усилие за несколько секунд может быть плавно увеличено до 300-500 Н, что соответствует липкости 3-10⁵ - 5-10⁵ Н/м2 Дост игается это увеличение с по-

7

мошью пары последовательно соединенных ползунковых реостатов, один из которых имеет сопротивление порядка 1,5-2,0 к Ом, второй - 100-200 Ом. Момент отрыва штампа от поверхности грунта фиксируется автоматически при помоши устройства, изображенного на рис. 4;

в качестве грунтового стакана в приборе используется съемное режущее кольцо, что позволяет определять липкость грунтов с нарушенным и ненарушенным сложением.

Вышеперечисленные аспекты конструктивного решения прибора УИЛ-2 позволяют свести до минимума разброс данных при контрольных измерениях липкости, значительно ускоряют процесс определения ее величины при практически постоянной точности    2-1СЙ    -

3-10^ Н/м^, а также увеличивают набор задач, решае-

мых с его помощью, к числу которых относится определение липкости грунтов с естественным и нарушенным сложением в зависимости от: влажности; величины внешнего давления и времени его действия; вида поверхности и материала штампа; скорости передачи отрывающего усилия; величины испытуемого образца.

Все это создает прибору УИЛ-2 неоспоримое преимущество перед существующими конструкциями.

2«2. Тарировка прибора УИЛ-2. Перед тем как использовать прибор следует произвести его тарировку. Для получения тарировочной кривой, характеризующей зависимость отрывающего усилия от силы тока в цепи, необходимо:

отвернуть крышку корпуса 10; вынуть винты-фиксаторы 18, 20;

снять последовательно крышку корпуса 10 с коромыслами 16 и боковыми тягами 17, штамп 5 и штампо-вое кольцо 6, с двойной гайкой 7, корпус 9, грунтовый стакан 8, подпятник 15 и подвижный упор 14 с рукоятью рычага 12;

в нижнюю часть сердечника электромагнита вставить тарированную подвеску 25, предварительно сняв проушину 26, и закрепить ее винтом-фиксатором 20; ввести оба реостата, включить ток; плавно вывести реостаты до тех пор, пока сердечник не втянется в катушку электромагнита;

снять показание милливольтамперметра. Повторить операцию, подучают нулевое значение прибора (с учетом разницы весов подвески и штак • г^та с главной тягой);

уложить на тарировочнуго подвеску 100-граммовую гирю. Повторить все операции, начиная с п.5;

добавляя гири по 100 г, получить ряд значений силы тока;

построить тарировочный график: по оси У отложить силу тока в мА, по оси X - усилие в Н/м^ в пересчете на единицу площади штампа. ( Площадь штампа -10 см^) (рис. 5).

Тарировочную кривую, характеризующую зависимость предварительной прижимающей нагрузки от силы тока в цепи, можно получить следующим образом:

9

собрать прибор, как указано на рис.1;

вывести оба реостата;

включить ток. В этот момент сердченик электромагнита втянется в катушку и замкнет агнитную цепь;

плавно вводить реостаты до тех пор, пока собственный вес рычага и тарировочной подвески не преодолеет втягивающей силы электромагнита;

в этот момент сердечник с характерным стуком опустится на ограничитель. Снять показание милливольтам перметра. Повторить операцию. (Получают нулевое значение прибора);

уложить на тарировочную подвеску гири    весом

2,3 кг, что соответствует (с учетом площади образца и соотношения плеч рычага) прижимающей нагрузке в 0,1 МПа;

повторить операции, начиная с п.2, увеличивая вес гирь каждый раз на 1,15 кг;

построить тарировочный график, совместив его с редыдушим (рис. 5).

3. ОСОБЕННОСТИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЛИПКОСТИ ГРУНТОВ ПО НОВОЙ МЕТОДИКЕ НА ПРИВОДЕ УИЛ-2

Выбор параметров проведения опыта

.3.1. При определении липкости грунтов необходимо правильно и обоснованно выбрать величину предварительной прижимающей нагрузки, поскольку последняя в

10