01.12.2019
219.017.e92f

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК НАБУХАНИЯ ГРУНТА

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к строительному грунтоведению и применяется при инженерно-геологических изысканиях для строительства на набухающих грунтах, в частности для определения давления набухания и деформации набухания грунтов при разных значениях давления. Техническим результатом является повышение достоверности и точности определения характеристик набухания грунта, сокращение времени испытаний и трудозатрат. Технический результат достигается тем, что способ определения характеристик набухания грунта заключается в нагружении заданным давлением образца грунта с известными значениями числа пластичности, природной влажности, влажности на границе текучести и коэффициента пористости, замачивании с выдержкой до стабилизации деформации образца и разгрузке до нулевого давления с регистрацией значений деформации образца грунта и действующего давления на всех этапах нагружения, замачивания и разгрузки и определении давления набухания грунта по графику зависимости деформации набухания грунта от давления, при этом испытания проводят на одном образце грунта, а нагружение образца грунта до заданного давления и разгрузку до нулевого давления осуществляют с постоянной скоростью изменения давления, моделирующей скорость нагружения основания фундамента, но не выше предельной скорости, обеспечивающей завершение консолидации с заданным допуском и определяемой в зависимости от физических свойств грунта, при этом регистрацию значений деформации образца грунта и действующего давления производят через каждые 0,005 мм деформации образца грунта, а значения деформации набухания образца грунта определяют как разность показаний деформации набухания и осадки образца грунта при одном и том же значении давления. 3 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Способ относится к строительному грунтоведению и применяется при инженерно-геологических изысканиях для строительства на набухающих грунтах, в частности, для определения давления набухания и деформации набухания грунтов при разных значениях давления.

Известен способ определения относительной деформации набухания и давления набухания грунтов методом одной кривой, заключающийся в том, что несколько образцов одного и того же грунта с известными значениями числа пластичности, природной влажности, влажности на границе текучести и коэффициента пористости нагружают в компрессионных приборах разным давлением с выдерживанием до стабилизации деформации: первый образец нагружают давлением 0,0025 МПа, второй - 0,025 МПа, третий - 0,05 МПа, четвертый - 0,1 МПа, пятый 0,2 МПа и т.д. до необходимого давления в соответствии с программой испытаний. Затем каждый из образцов фунта замачивают, выдерживают до стабилизации деформации и регистрируют полученные значения деформации набухания. По данным испытаний всех образцов грунта строят график зависимости деформации набухания от давления и определяют давление набухания, как давление, при котором деформация набухания образца грунта равна нулю [1. Рекомендации по лабораторным методам определения характеристик набухающих грунтов (п. 3, с. 10-11). - М.: Стройиздат, 1974. - 19 с.; 2. ГОСТ 12248-2010 Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости (п. 5.6, с. 25-28). - М.: Стандартинформ, 2011. - 82 с.].

Недостатками известного способа являются:

- для испытаний необходимо использовать несколько образцов одного и того же грунта (не менее 6), а для их получения необходимо из горных выработок производить отбор больших монолитов, что повышает трудовые и материальные затраты на подготовку образцов грунта для испытания;

- необходимость длительного одновременного или последовательного использования нескольких компрессионных приборов;

- несоответствие нагружения образцов грунта ступенью давления с выдержкой до стабилизации деформации образцов нагружению грунтовых оснований при строительстве, при котором нагрузка увеличивается во времени более плавно;

- низкая точность и достоверность результатов определений;

- большая длительность и стоимость испытаний.

Известен способ определения относительного набухания грунтов методом двух кривых, заключающийся в испытании в компрессионном приборе не менее двух образцов одного и того же грунта с известными значениями числа пластичности, природной влажности, влажности на границе текучести и коэффициента пористости. Первый образец грунта замачивают водой без нагрузки и выдерживают до стабилизации деформации набухания, затем нагружают ступенями давления по 0,1 МПа через 1 час до конечного значения, меньшего давления набухания, и выдерживают до стабилизации деформации. Второй образец грунта естественной влажности нагружают ступенями давления по 0,1 МПа через 1 час до того же конечного значения давления, что и первый, выдерживают до стабилизации деформации сжатия, а затем замачивают и выдерживают до стабилизации деформации набухания. Затем второй образец грунта разгружают аналогично нагружению до нулевого давления и выдерживают до стабилизации деформации. По данным испытаний двух образцов строят кривую зависимости деформации набухания от давления, расположенную между графиками сжатия первого и набухания второго образцов. Значение давления набухания определяют в отдельном опыте прямым методом на шести образцах [Рекомендации по лабораторным методам определения характеристик набухающих фунтов (п. 5, с. 12-13). - М.: Стройиздат, 1974. - 19 с. (прототип)].

Недостатками известного способа являются:

- несоответствие нафужения образцов грунта ступенями давления без выдержки до стабилизации деформации образцов нагружению фунтовых оснований при строительстве, при котором нагрузка увеличивается во времени более плавно и менее быстро, что снижает достоверность результатов определений;

- произвольное построение кривой зависимости деформации набухания от давления, что снижает достоверность результатов определений;

- необходимость определения давления набухания в отдельном опыте;

- использование большого числа образцов одного и того же грунта, что увеличивает трудозатраты на подготовку образцов грунта для испытания и снижает достоверность получаемых результатов;

- необходимость длительного одновременного или последовательного использования не менее двух компрессионных приборов.

Задача изобретения - повышение достоверности и точности результатов испытания образцов грунтов путем создания условий, моделирующих работу грунтовых оснований при строительстве, и учета физических свойств грунта, а также повышение эффективности испытания путем сокращения количества образцов и размеров монолитов, отбираемых из горных выработок для испытаний.

Технический результат изобретения - повышение достоверности и точности определения характеристик набухания грунта, сокращение времени испытаний и трудозатрат.

Технический результат достигается тем, что в способе определения характеристик набухания грунта, заключающемся в нагружении заданным давлением образца грунта с известными значениями числа пластичности, природной влажности, влажности на границе текучести и коэффициента пористости, замачивании с выдержкой до стабилизации деформации образца и разгрузке до нулевого давления с регистрацией значений деформации образца и действующего давления на всех этапах нагружения, замачивания и разгрузки и определении давления набухания грунта по графику зависимости деформации набухания грунта от давления, согласно изобретения, испытания проводят на одном образце грунта, а нагружение образца грунта до заданного давления и разгрузку до нулевого давления осуществляют с постоянной скоростью изменения давления, моделирующей скорость нагружения основания фундамента, но не выше предельной скорости, обеспечивающей завершение консолидации с заданным допуском и определяемой, в зависимости от физических свойств грунта, по формуле

где Vlim - предельная скорость нагружения и разгрузки образца грунта, кПа/ч [Денисенко В.В., Ляшенко П.А. О стандарте на метод компрессионных испытаний грунтов постоянно возрастающей нагрузкой // Научные труды Кубанского государственного технологического университета, 2017, №4. - С. 27-42. - URL: http://ntk.kubstu.ru/file/1594];

Ip - число пластичности грунта, %;

W- природная влажность грунта, %;

WL - влажность грунта на границе текучести, %;

е - коэффициент пористости грунта, д.е.;

Q - допускаемая относительная деформация завершения консолидации, принятая равной 5% [Денисенко В.В., Ляшенко П.А. Обоснование критерия выбора скорости нагружения грунтов при компрессионных испытаниях постоянно возрастающей нагрузкой // Научные труды Кубанского государственного технологического университета, 2016, №5. - С. 110-122. - URL: http://ntk.kubstu.ru/file/962],

при этом регистрацию значений деформации образца грунта и действующего давления производят через каждые 0,005 мм деформации образца грунта, а значения деформации набухания образца грунта при различном давлении определяют как разность показаний деформации набухания и осадки образца грунта при одном и том же значении давления.

Нагружение образца грунта до заданного давления и разгрузка до нулевого давления с постоянной скоростью увеличения давления позволяет проводить испытания на одном образце грунта в условиях, моделирующих работу грунтового основания при строительстве и т.о. повышает достоверность результатов испытаний.

Регистрация значений деформации образца грунта и приложенного давления через каждые 0,005 мм деформации образца повышает точность результатов испытаний. Способ позволяет:

- обеспечить плавность и заданную скорость нагружения образца, что соответствует условию нагружения грунта в основании фундамента;

- оценить погрешность определения характеристик грунта, создаваемую его неоднородностью, статистически, на основе большого массива экспериментальных данных по одному образцу, и повысить тем самым их достоверность;

- получить значения деформации набухания при любом значении давления и значение давления набухания в опыте с одним образцом;

- сделать опыт по определению деформаций сжатия и набухания предсказуемым по длительности испытания и уменьшить эту длительность.

Таким образом, совокупность указанных отличительных признаков обеспечивает новый положительный эффект и является сущностью изобретения.

Вышеизложенное позволяет утверждать, что предложенное техническое решение соответствует критериям изобретения «новизна» и «изобретательский уровень».

Пояснения к заявляемому способу определения характеристик набухания грунта и один из вариантов устройства для реализации этого способа схематично приведены на чертеже, где на:

фиг. 1 - принципиальная блок-схема устройства для реализации способа определения характеристик набухания грунта;

фиг. 2 - график определения давления набухания грунта, когда замачивание при постоянном конечном давлении вызывает деформацию просадки образца ssl.m (участок аа1);

фиг. 3 - график определения давления набухания грунта, когда замачивание при постоянном конечном давлении вызывает деформацию набухания ssw.a (участок аа1).

Устройство для реализации способа определения характеристик набухания грунта состоит из рабочей камеры 1, размещенной на столе-основании 2, датчика 3 деформации образца грунта, датчика 4 величины приложенного давления, нагрузочного механизма 5, замачивателя 6 образца грунта и блока управления 7.

Рабочая камера 1 выполнена в виде одометра компрессионного прибора и состоит из разборного корпуса с подводом 8 воды и указателем 9 уровня воды, жесткого рабочего кольца 10, предотвращающего боковое расширение испытываемого образца грунта, неподвижного перфорированного штампа 11 и подвижного перфорированного штампа 12.

Датчик 3 деформации образца грунта предназначен для измерения знакопеременных линейных перемещений подвижного штампа 10 (деформации образца) с погрешностью не более 0,005 мм. Датчик 3 деформации образца грунта может быть выполнен, например, в виде растрового фотоэлектронного преобразователя линейных перемещений.

Датчик 4 величины приложенного давления предназначен для измерения приложенного давления при нагружении или разгрузке образца грунта. Датчик 4 величины приложенного давления может быть выполнен, например, в виде динамометра сжатия с упругим элементом и растровым фотоэлектронным преобразователем линейных перемещений.

Нагрузочный механизм 5 предназначен для нагружения образца грунта до заданного давления и разгрузки до нулевого значения с постоянной скоростью увеличения давления, задаваемой блоком управления 7.

Замачиватель 6 образца грунта предназначен для подачи воды в рабочую камеру 1 и поддержания в ней уровня воды выше верхнего торца образца грунта 13.

Блок управления 7 предназначен для задания программы испытаний и управления работой устройства в процессе ее выполнения, в частности, для: включения нагрузочного механизма 5 на нагружение образца грунта, включения замачивателя 6 для замачивания при заданном давлении и выдержки образца до стабилизации деформации, включения нагрузочного механизма 5 на разгрузку до нулевого давления, обеспечение заданной постоянной скорости нагружения и разгрузки образца грунта, регистрации в электронной памяти значений деформации образца (осадки, просадки и набухания) и действующего давления через каждые 0,005 мм при нагружении, замачивании и разгрузке образца, выдачи результатов испытания на дисплей блока управления 7 и внешнюю ЭВМ.

В качестве устройства для определения характеристик набухания грунта могут использоваться любые известные устройства, обеспечивающие проведение испытаний образца грунта в соответствии с описанным способом определения характеристик набухания, например, автоматический компрессионный прибор АКП-6Н для испытания фунтов постоянно возрастающей нафузкой [Денисенко В.В., Ляшенко П.А. Автоматический компрессионный прибор АКП-6Н для испытания фунтов постоянно возрастающей нагрузкой // Научные труды Кубанского государственного технологического университета, 2016, №6. - С. 156-169. - URL: http://ntk.kubstu.ru/file/1014].

Способ определения характеристик набухания фунта осуществляется следующим образом.

Образец грунта естественной влажности зафужают в рабочее кольцо 10, помещают на неподвижный штамп 11 в рабочей камере 1, накрывают подвижным штампом 12 и устанавливают на столе-основании 2. К подвижному штампу 12 подводят датчик 3 деформации образца грунта, датчик 4 величины приложенного давления и нафузочный механизм 5, а к подводу 8 присоединяют замачиватель 6, который заполняют водой. В блоке управления 7 задают конечное давление на образец и постоянную скорость увеличения и уменьшения давления на него при нафужении и при разгрузке, моделирующей скорость нафужения основания фундамента, которая должна быть не выше предельной скорости, обеспечивающей завершение консолидации с заданным допуском и определяемой, в зависимости от физических свойств фунта, по формуле (1), и включают устройство в работу.

При включении устройства в работу датчик 3 деформации образца грунта и датчик 4 величины приложенного давления обнуляются, включается нагрузочный механизм 5 и производится приложение давления с заданной постоянной скоростью его увеличения до заданного значения. Одновременно производится регистрация деформации образца грунта и действующего давления через каждые 0,005 мм деформации образца грунта.

После достижения значения заданного конечного давления нагрузочный механизм 5 отключается, включается замачиватель 6 и производится замачивание грунта и выдержка его до стабилизации деформации образца. В процессе замачивания образца производится регистрация деформации образца при постоянном давлении через каждые 0,005 мм деформации образца.

Затем включается нагрузочный механизм 5 и производится разгрузка образца грунта до нулевого давления с той же постоянной скоростью уменьшения давления, что и увеличения при нагружении, и регистрация деформации образца и действующего давления через каждые 0,005 мм деформации образца.

После разгрузки образца фунта до нулевого давления, нагрузочный механизм 5 отключается, а результаты испытания выдаются на дисплей блока управления 7 и внешнюю ЭВМ.

По полученным данным регистрации деформаций образца фунта строят графики зависимости осадки образца при естественной влажности при нафужении до конечного давления (кривая Оа на фиг. 2 и фиг. 3), деформации просадки образца ssl.a (участок аа1 на фиг. 2) или деформации набухания ssw.a (участок аа1 на фиг. 3) после замачивания фунта при постоянном конечном давлении, деформации набухания замоченного фунта при разфузке до нулевого давления (кривая a1c на фиг. 2 и фиг. 3). По разности ординат кривых Оа и са1 строят расчетом график зависимости набухания грунта от давления ssw(p).

На пересечении фафика зависимости набухания фунта от давления ssw(p) с осью давления р получают давление набухания грунта psw в случае, если после замачивании образца фунта при постоянном конечном давлении получена деформация просадки образца ssl.a (участок аа1 на фиг. 2). Если после замачивания образца грунта при постоянном конечном давлении получена деформация набухания ssw.a (участок аа1 на фиг. 3), то кривую зависимости набухания грунта от давления ssw(p) продолжают касательной в последней экспериментальной точке до оси давления р, в пересечении с которой получают давление набухания грунта psw. В обоих случаях, точность определения значений ssw(p) и psw выше, чем в прототипе.

Таким образом, изобретение обеспечивает испытания образцов грунтов в условиях, моделирующих работу грунта в основании фундамента при строительстве, сокращает количество испытываемых образцов до одного, уменьшает размеры монолитов, отбираемых из горных выработок для испытаний, повышает достоверность и точность определения характеристик набухания грунта, сокращает длительность испытаний и трудозатраты.


СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК НАБУХАНИЯ ГРУНТА
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК НАБУХАНИЯ ГРУНТА
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК НАБУХАНИЯ ГРУНТА
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК НАБУХАНИЯ ГРУНТА
Источник поступления информации: Роспатент

Всего документов: 409
Всего документов: 19

Похожие РИД в системе