04.03.2020
220.018.0869

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК НАСЫПНОГО ГРУНТА

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к строительному грунтоведению и может быть использовано при проектировании искусственных оснований фундаментов зданий и сооружений из насыпного глинистого грунта и в агрономии для качественной оценки агрономической ценности почвы по размерам почвенных агрегатов. Способ определения характеристик насыпного грунта заключается в многоцикловом нагружении-разгружении образца грунта в жесткой цилиндрической камере статическим давлением, начальное значение которого согласовано с давлением на строительной площадке от транспортных механизмов, а конечное значение согласовано с давлением уплотнения на строительной площадке. Регистрации в каждом цикле нагружения-разгружения образца грунта осевой деформации сжатия при нагружении и осевой деформации расширения при разгружении, окончании многоциклового нагружения-разгружения образца грунта при достижении стабильного значения коэффициента упругой работы грунта с допускаемым коэффициентом вариации в 6-ти последних циклах нагружения-разгружения и определении влажности, плотности и плотности минеральных частиц грунта, удельной работы уплотнения и расширения, объемного содержания в грунте упруго деформирующейся воды и воды, участвующей в неупругой части деформации грунта, и объемного содержания минеральных частиц в грунте. Многоцикловое нагружение-разгружение образца грунта производят постоянно возрастающим и постоянно убывающим давлением со скоростью не более 10 кПа/мин с регистрацией значений давления и осевых деформаций сжатия и расширения образца грунта с шагом деформации не более 0,005 мм и времени их проявления. Определяют скорости осевой деформации сжатия и расширения образца грунта по приведенной зависимости. При давлении p и p, кПа, причем p=Bt, где t - длительность возрастания или убывания давления, мин, со скоростью Bp≤10, кПа/мин, и по периодически повторяющимся значениям выделяют циклы изменения скорости осевой деформации сжатия и расширения образца, присущие данному грунту, а в числе характеристик грунта дополнительно определяют обобщенный размер структурных элементов уплотненного в заданном диапазоне давлений грунта по приведенной зависимости. Технический результат состоит в обеспечении повышения достоверности и точности результатов испытаний образца грунта при многоцикловом нагружении-разгружении, обеспечении увеличения числа определяемых характеристик грунта. 3 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к строительному грунтоведению и может быть использовано при проектировании искусственных оснований фундаментов зданий и сооружений из насыпного глинистого грунта и в агрономии для качественной оценки агрономической ценности почвы по размерам почвенных агрегатов.

Известен способ уплотнения грунта, заключающийся в 10-тицикловом нагружении-разгружении нескольких образцов одного и того же фунта с различной влажностью в жесткой цилиндрической камере одной стандартной ступенью статического давления, начальное значение которого согласовано с давлением на строительной площадке от транспортных механизмов, а конечное значение согласовано с давлением уплотнения на строительной площадке, регистрации в каждом цикле нагружения-разгружения каждого образца грунта его вертикальной осадки после нагружения и вертикального расширения после разгружения с погрешностью 0,01 мм и расчете деформационных характеристик грунта. Для каждого образца грунта с различной влажностью производят 10 циклов нагружения-разгружения с интервалами 5 с между циклами [Руководство по геотехническому контролю за подготовкой оснований и возведением грунтовых сооружений в энергетическом строительстве. РД 34 15.073-91. - Л.: ВНИИГидротехники им. Б.Е. Веденеева, 1991. - 434 с, пп. 7.12.4-7.12.5] и определяют характеристики грунта: плотность и влажность грунта. Испытания образцов с различной влажностью заканчивают тогда, когда с повышением влажности грунта последующих двух-трех образцов грунта происходит последовательное уменьшение значений плотности грунта или когда грунт перестает уплотняться и начинает при нагружении выжиматься из жесткой цилиндрической камеры. По полученным при испытаниях образцов грунта значениям плотности и влажности определяют плотность сухого грунта и строят график зависимости плотности сухого грунта от влажности, на котором находят максимум полученной зависимости и соответствующие ему величины максимальной плотности сухого грунта и оптимальной влажности. Недостатками способа являются:

- необоснованно одинаковое 10-тицикловое нагружение-разгружение для каждого образца разных фунтов;

- окончание нагружения-разгружения каждого образца фунта производится без обоснования достаточности 10-ти циклов;

- низкая достоверность результатов испытаний вследствие разного состояния фунта при разной влажности и одинаковом числе циклов нагружения-разгружения;

- малое число определяемых характеристик фунта: позволяет определять только деформационные характеристики, максимальную плотность и оптимальную влажность;

- невозможность оценки структурности грунта.

Известен способ определения характеристик фунтов, заключающийся в многоцикловом нагружении-разгружении нескольких образцов фунта в жесткой цилиндрической камере одной постоянной ступенью статического давления, начальное значение которого согласовано с давлением на строительной площадке от транспортных механизмов, а конечное значение согласовано с давлением уплотнения на строительной площадке, регистрации в каждом цикле нагружения-разгружения каждого образца грунта его осевой деформации после нагружения и осевого расширения после разгружения, окончании многоциклового нагружения-разгружения образца фунта при достижении стабильного значения коэффициента упругой работы фунта с допускаемым коэффициентом вариации в 6-ти последних циклах и определении влажности, плотности и плотности минеральных частиц фунта, удельной работы уплотнения и расширения, объемного содержания в фунте упруго деформирующейся воды и воды, участвующей в неупругой части деформации грунта и объемного содержания минеральных частиц в грунте [Патент РФ на изобретение №2699554, G01N 3/32, E02D 1/02, G01N 33/24. Способ определения максимальной плотности и оптимальной влажности грунта / Ляшенко П.А., Денисенко В.В., Коваленко B.C., Коломиец Н.С.// опубл. 06.09.2019 Бюл. №25 - (прототип)].

Недостатками способа являются:

- низкая достоверность результатов испытаний, обусловленная мгновенным, одной ступенью, приложением большого давления на образец грунта, что не соответствует условиям уплотнения катком на строительной площадке;

- недостаточная точность определения удельной работы уплотнения и расширения по конечным значениям деформаций при приложении давления одной ступенью, приводящая к завышению числа циклов нагружения-разгружения;

- невозможность точного разделения упругой и неупругой работы при уплотнении и расширении образца грунта;

- невозможность оценки структурности грунта.

Задача изобретения - повышение достоверности и точности результатов испытаний образца грунта при многоцикловом нагружении-разгружении и увеличение числа определяемых характеристик грунта.

Технический результат изобретения достигается тем, что в способе определения характеристик насыпного грунта, заключающийся в многоцикловом нагружении-разгружении образца грунта в жесткой цилиндрической камере статическим давлением, начальное значение которого согласовано с давлением на строительной площадке от транспортных механизмов, а конечное значение согласовано с давлением уплотнения на строительной площадке, регистрации в каждом цикле нагружения-разгружения образца грунта осевой деформации сжатия при нагружении и осевой деформации расширения при разгружении, окончании многоциклового нагружения-разгружения образца грунта при достижении стабильного значения коэффициента упругой работы грунта с допускаемым коэффициентом вариации в 6-ти последних циклах нагружения-разгружения и определении влажности, плотности и плотности минеральных частиц грунта, удельной работы уплотнения и расширения, объемного содержания в грунте упруго деформирующейся воды и воды, участвующей в неупругой части деформации грунта и объемного содержания минеральных частиц в грунте, согласно изобретения, многоцикловое нагружение-разгружение образца грунта производят постоянно возрастающим и постоянно убывающим давлением со скоростью не более 10 кПа/мин с регистрацией значений давления и осевых деформаций сжатия и расширения образца грунта с шагом деформации не более 0,005 мм и времени их проявления, определяют скорости осевой деформации сжатия и расширения образца грунта по формуле

где ƒI - скорость осевой деформации сжатия или расширения на I-м шаге регистрации осевых деформаций сжатия и расширения образца грунта, мм/кПа;

sI и sI-1 соответственно значения осевой деформации сжатия или расширения образца грунта, мм, при давлении pI и pI-1, кПа, причем р=Bpt, где t - длительность возрастания или убывания давления, мин, со скоростью Вр≤10, кПа/мин,

и по периодически повторяющимся значениям выделяют циклы изменения скорости осевой деформации сжатия и расширения образца, присущие данному грунту, а в числе характеристик грунта дополнительно определяют обобщенный размер структурных элементов уплотненного в заданном диапазоне давлений грунта по формуле

где dS - обобщенный размер структурных элементов в последних 6-ти циклах нагружения-разгрузки;

hS - средняя высота образца грунта в последних 6-ти циклах нагружения-разгрузки;

nS - среднее число циклов осевой деформации сжатия и расширения в

последних 6-ти циклах нагружения-разгрузки.

Новизна заявляемого технического решения обусловлена тем, что многоцикловое нагружение-разгружение образца грунта постоянно возрастающим и постоянно убывающим давлением со скоростью не более 10 кПа/мин с регистрацией значений давления и осевых деформаций сжатия и расширения образца грунта с шагом деформации не более 0,005 мм и времени их проявления позволяет определять значения скорости осевой деформации сжатия и расширения образца грунта и с их помощью выделять циклы изменения скорости осевой деформации сжатия и расширения образца, присущие данному грунту и позволяющие определять обобщенный размер структурных элементов уплотненного в заданном диапазоне давлений грунта. Кроме того, такой режим нагружения-разгружения и регистрации результатов испытания образца грунта повышает достоверность и точность результатов испытаний,

позволяет дополнительно определять обобщенный размер структурных элементов, уплотненного в заданном диапазоне давлений грунта.

Таким образом, совокупность указанных отличительных признаков является сущностью изобретения, обеспечивающей его новизну, изобретательский уровень и промышленную применимость.

Пояснения к заявляемому способу определения характеристик насыпного грунта изображены на:

фиг. 1 - график осевой деформаций образца грунта при многоцикловом нагружении-разгружении постоянно возрастающим и постоянно убывающим давлением с регистрацией давления и осевых деформаций сжатия и расширения с шагом деформации 0,005 мм;

фиг. 2 - график скорости осевой деформации сжатия образца грунта при постоянно возрастающем давлении;

фиг. 3 - график скорости осевой деформации расширения образца грунта при постоянно убывающем давлении.

Для реализации способа определения характеристик насыпного грунта может быть использован любой прибор, имеющий жесткую цилиндрическую камеру с подвижным жестким штампом, механизм постоянно возрастающего или постоянно убывающего давления, измеритель перемещения штампа и блок регистрации перемещения штампа с электронной памятью. В качестве такого прибора может быть использован, например, автоматический компрессионный прибор с постоянно возрастающей нагрузкой АКП-6Н [Денисенко В.В., Ляшенко П.А. Автоматический компрессионный прибор АКП-6Н для испытания грунтов постоянно возрастающей нагрузкой // Научные труды Кубанского государственного технологического университета, 2016, №6. - С. 156-169. - URL: http://ntk.kubstu.ru/file/1014].

Способ определения характеристик насыпного грунта осуществляют следующим образом.

Из подготовленного для испытания измельченного грунта с известной влажностью отбирают навеску грунта определенной массы, в зависимости от объема жесткой цилиндрической камеры, в которой будут производиться испытания. Отобранную навеску грунта загружают в жесткую цилиндрическую камеру, разравнивают, накрывают жестким подвижным штампом, устанавливают измеритель перемещения штампа, нагружают начальным статическим давлением, значение которого согласуют с давлением на строительной площадке от транспортных механизмов, выдерживают в течение 10 мин для формирования связного образца грунта и регистрируют показания измерителя перемещения штампа.

Подготовленный таким образом образец грунта нагружают постоянно возрастающим давлением со скоростью не более 10 кПа/мин до конечного значения, которое согласуют с давлением уплотнения на строительной площадке, при этом регистрируют значения давления и осевой деформации сжатия образца грунта (осевого перемещения штампа) с шагом деформации не более 0,005 мм в электронной памяти прибора. Конечное давление выдерживают в течение 1 мин, а затем образец грунта разгружают постоянно убывающим давлением с той же скоростью до начального значения давления и при этом регистрируют значения давления и осевой деформации расширения образца грунта с шагом деформации не более 0,005 мм в электронной памяти прибора.

После выдерживания образца грунта под начальным давлением в течение 1 мин вновь производят нагружение-разгружение образца грунта в описанном режиме.

Аналогичным образом производят многоцикловое нагружение-разгружение образца грунта до достижения стабильного значения коэффициента упругой работы грунта с допускаемым коэффициентом вариации в 6-ти последних циклах [Патент РФ на изобретение №2699554, G01N 3/32, E02D 1/02, G01N 33/24. Способ определения максимальной плотности и оптимальной влажности грунта / Ляшенко П.А., Денисенко В.В., Коваленко B.C., Коломиец Н.С.// опубл. 06.09.2019 Бюл. №25].

Затем образец грунта полностью разгружают и определяют его стандартные характеристики: плотность, влажность, коэффициент пористости и плотность минеральных частиц грунта по общепринятой методике [ГОСТ 5180-2015 Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик. - М.: Стандартинформ, 2016. - 24 с.], а также удельную работу уплотнения и расширения, объемное содержание в грунте упруго деформирующейся воды и объемное содержание воды, участвующей в неупругой части деформации грунта, и объемное содержание минеральных частиц в грунте [Патент РФ на изобретение №2699554, G01N 3/32, E02D 1/02, G01N 33/24. Способ определения максимальной плотности и оптимальной влажности грунта / Ляшенко П.А., Денисенко В.В., Коваленко B.C., Коломиец Н.С.// опубл. 06.09.2019 Бюл. №25], строят зависимости осевой деформации образца грунта при многоцикловом нагружении-разгружении постоянно возрастающим и постоянно убывающим давлением, которые имеют вид кривых, в отличие от прямых в прототипе, ступенчатый характер изменения деформаций и, соответственно, циклический характер изменения скорости деформации, которые не могут быть выявлены в прототипе.

Рассчитывают значения скорости деформаций сжатия (уплотнения) и расширения образца грунта в каждом цикле нагружения-разгружения по формуле:

где ƒI - скорость осевой деформации сжатия или расширения на I-м шаге регистрации осевых деформаций сжатия и расширения образца грунта, мм/кПа;

sI и sI-1 - соответственно значения осевой деформации сжатия или расширения образца грунта, мм, при давлении pI и pI-1, кПа, причем

р=Bpt, где t - длительность возрастания или убывания давления, мин, со скоростью Вр≤10, кПа/мин,

По периодически повторяющимся значениям скорости деформаций сжатия и расширения образца грунта выделяют циклы изменения скорости осевой деформации сжатия и расширения образца, присущие данному грунту, и по формуле

где dS - обобщенный размер структурных элементов в последних 6-ти циклах нагружения-разгрузки;

hS - средняя высота образца грунта в последних 6-ти циклах нагружения-разгрузки;

nS- среднее число циклов осевой деформации сжатия и расширения в последних 6-ти циклах нагружения-разгрузки,

определяют дополнительную характеристику грунта - обобщенный размер структурных элементов уплотненного грунта, с помощью которого можно:

- оценивать количественно развитие структурности грунтов при разной влажности и разных диапазонах статического давления на них для направленного регулирования состава и механических свойств уплотненного грунта, например, путем введения в грунт песчаных и пылеватых фракций можно снизить обобщенный размер структурных элементов, повысить их прочность и жесткость грунтового основания;

- оценивать количественно развитие структурности почв при разной влажности и разных диапазонах статического давления на них для выбора режима полевых работ в растениеводстве.

Структурные элементы (агрегаты) выделяются в образце грунта (или почвы) поверхностями скольжения, которые развиваются не равномерно, а скачкообразно, в соответствии с распределением неоднородностей. От размеров структурных элементов зависит прочность и сжимаемость грунтов. При компрессионном сжатии постоянно возрастающей нагрузкой скачкообразность развития поверхностей скольжения порождает, вследствие кооперативного эффекта, скачкообразность развития деформации и, соответственно, цикличность скорости деформации образца. Поэтому число структурных элементов агрегатов в направлении оси сжатия равно удвоенному числу циклов скорости деформации, так как образец грунта испытывает давление от двух штампов прибора одновременно, а поверхности скольжения развиваются от них вглубь образца [см. Ляшенко П.А. Сопротивление и деформации глинистого грунта: монография. - Краснодар: Изд-во КубГАУ, 2014. - С. 81].

Таким образом, изобретение позволяет:

- получать расширенный комплекс характеристик грунта при испытании одного образца;

- повышает достоверность результатов за счет нагружения-разгружения образца грунта постоянно возрастающим и постоянно убывающим давлением, что более соответствует условиям уплотнения грунта катком на строительной площадке, и точность за счет частой регистрации значений давления и осевых деформаций сжатия и расширения;

- фиксировать присущий грунту циклический характер скорости деформации образца грунта при постоянно возрастающем и постоянно убывающем давлении, который при нагружении-разгружении образца грунта ступенью давления зафиксировать невозможно;

- определять соотношение упругой и неупругой деформации при уплотнении насыпного грунта, основанного на измерении присущего грунту циклического характера скорости деформации, что необходимо для контроля расчетов основания сооружения;

- оценивать количественно развитие структурности грунтов при разной влажности и разных диапазонах статического давления на них для направленного регулирования состава и механических свойств уплотненного грунта, например, путем введения в грунт песчаных и пылеватых фракций можно снизить обобщенный размер структурных элементов, повысить их прочность и жесткость грунтового основания;

- оценивать количественно развитие структурности почв при разной влажности и разных диапазонах статического давления на них для выбора режима полевых работ в растениеводстве;

определять обобщенный размер структурных элементов, взаимодействующих между собой (через поверхности скольжения) в образце при внешнем механическом воздействии на него, без разрушения образца на составляющие агрегаты.


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

Всего документов: 358
Всего документов: 19

Похожие РИД в системе