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.

Таблица 2 Выбор параметров опыта при определении липкости грунтов

Величина внешней нагрузки, МПа Время |Материал действия штампа 1 1нагруэ-| '■ ки. с__ Температура испытаний, с Вид работ 0,01-0,2 3-5 Сталь Температура грунта в массиве Экскавация грунта 0,05-0,3 До 600 Г 1 о же Разработка грунта и транспортировка скреперами 0,01-0,1 До 3600 Температу- Т ранспорти-

тура воэду- ровна грун-ха    та автоса мосвалами 0,005-0,02 До 600 Резина То же Транспортировка грун-

11

Продолжение табл. 2

Величина Время Материал Температу- Вид работ внешней действия штампа ра испыта- нагрузки, нагруз- ний, °С МПа ки. с

				та конвейерными лентами
0,01-0,1	Более 3600	Сталь	Температура воздуха	Т ранепорти-ровка грунта в ж.-д. вагонах
0,01-0,05	До 60	m	Температура грунта в массиве	Погрузка грунта автопогрузчиками
0,1-1		Резина	То же	Движение
0,05-0,3	о—о	Сталь		колесных и гусеничных транспортных средств
Выбор	скорости	отрыва штампа от грунта.

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

Рис. 10. Зависимость липкости (кривая 1) а - каолинитовой глины; б - монтмориллонитовой глины от времени действия предварительной прижимающей нагрузки; 2 - кривые консолидации тех же глин при давлении 0,3 МПа

Рис. 11. Зависимость липкости глинистого грунта при переменной влажности от времени действия отрывающего усилия

Рис. 12. Зависимость липкости глинистых грунтов от их температуры
15

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

Виды TDVнтов Консистенция Способ опоеделения полевой 1лабооатоэный Супеси Пластичные + + Суглинки Полутвердые-текучие + + Глины Полутвердые-текучие + + Илы Т екучие - +

2. ПРИБОР УИЛ-2 ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЛИПКОСТИ ГРУНТОВ В СТАЦИОНАРНЫХ УСЛОВИЯХ

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

Рис. 2. Лабораторный прибор (устройство) чля ренип липкости грунтов УИЛ-2

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

Рис. 4. Устройство для автоматической регистрации момента отрыва штампа от грунта в приборе УИЛ-2

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

Липкость, н/м* flpu >си*оющ о о    МЛо

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