Определение коэффициента уплотнения грунта: Определение коэффициента уплотнения грунта

Содержание

Расчет и определение коэффициента уплотнения грунта

Коэффициент уплотнения грунта – что это такое и как рассчитать

Такой показатель, как коэффициент уплотнения грунта, демонстрирует собой, насколько будет изменяться объем сыпучего материала после утрамбования или даже транспортировки. Его определяют по соотношению максимальной и общей плотности. Каждый тип сыпучего материала состоит из элементов, а точнее зерен. Между ними постоянно будут пустоты, то есть поры. Чем выше процесс пустот, тем больший объем будет занимать вещество.

Если говорить проще, то предлагаем вам вспомнить детскую игру в снежки. Чтобы получился хороший снежный шарик, следует зачерпнуть из сугроба большую горсть и как можно сильнее сжать. Таким образом, вы сократите число пустот между снежинками, то есть уплотните их.

При этом уменьшится объем. То же самое будет, если вы насыплете в стакан крупу, а после встряхнете или утрамбуете ее пальцами. Вы получите уплотнение зерен. Другими же словами, коэффициент уплотнения будет разницей между материалами в его стандартном состоянии и трамбованием.

Содержание:

Для чего требуется знать КУ?

Знать данные о показателях уплотнения для материалов сыпучего типа следует, чтобы:
Контролировать, действительно ли вам привезли столько материала, сколько вы и заказали.
Купить правильное количество отсева, песка, щебня для того, чтобы засыпать котлован, канавы или ямы.
Рассчитать вероятную грунтовую усадку при закладывании фундамента, прокладывании дорог или тротуарной плитки.
Правильно рассчитывать число бетонной смеси для заливания фундамента и перекрытий.

Далее рассмотрим каждый из способов по отдельности.

Подробности

Коэффициент при транспортировке

К примеру, самосвал везет вам 8 м³ щебня с карьера на объект. В пути ему будут попадаться выбоины и ямы, а из-за воздействия вибрации щебневые зерна начнут уплотняться, из-за чего объем сокращается до 7. 27 м³. Это и будет утряска материала. Как же узнать, что на объект привезли нужное количество товара, как и указано в документации? Для этого требуется узнать конечный объем материала, а еще степень уплотнения (для щебня это 1.1). Обе цифры следует перемножить между собой, и получится начальный объем. Если данные не будут совпадать с тем, что прописано в документах, то вы имеете дело не с утряской щебня, а с нечестным продавцом.

Уплотнение при засыпании ям

В сфере строительства есть такое понятие, как усадка. Земля или же другой материал сыпучего типа будет уплотнен и уменьшится в объеме под действием своего же веса или под давлением разных конструкций (тротуарных плит и фундамента). Процесс усадки обязательно требуется учесть при засыпке котлованов и канав, потому что если вы это не сделаете, то спустя время образуется яма. Чтобы сделать заказ на нужное количество материала, следует для начала узнать объем ямы. Если вы знаете ее форму, ширину и глубину, то можно использовать для расчета онлайн-калькулятор. Далее полученную цифру стоит умножить на показатель насыпной плотности материала и степень уплотнения. При засыпании выбранного материала в яму должен в конечном итоге получиться холмик. Все это из-за того, что в естественных условиях усадка происходи спустя определенный временной промежуток, и ускорить процесс можно посредством утрамбовывания. Его проводят вручную или даже при помощи особых устройств.

Уплотнение при строительстве

В строительстве определение коэффициента уплотнения грунта особенно важно. Наверняка вы слышали про случаи, когда в зданиях после возведения сразу начинали появляться трещины. А ямы на новых дорогах или проваливающаяся тротуарная плитка во дворе и на дорожках?

Это случается, если неправильно рассчитана усадка грунта, а также не предприняты соответствующие меры по устранению. Для того, чтобы знать степень усадки, и требуется коэффициент по уплотнению. Он поможет понять, как сильно будет утрамбовываться тот или иной грунт в ваших условиях. К примеру, под давлением веса плитки, здания или даже асфальта. Некоторые типы грунтов обладают настолько высоким коэффициентом усадки, то их приходится даже замещать. Остальные же виды перед началом строительства специально утрамбовывают.

Как узнать степень уплотнения

Легче всего будет брать все данные про коэффициент уплотнения из ГОСТов. Они будут рассчитаны для разных типов материала.

В лабораторных условиях коэффициент уплотнения измеряют так:

Измеряют насыпную или общую плотность материала, и для этого нужно измерить массу, а также объем образца, вычислить их соотношения.
После этого пробу следует встряхнуть или спрессовать, измерить массу и объем, а далее определить максимальный уровень плотности.
По соотношению двух показателей можно вычислить коэффициент.

Документы будут указывать усредненные значения показателя. Коэффициент может меняться в зависимости от разных факторов. Цифры, приведенные в таблице, условные, но все же помогают рассчитать усадку большого объема материала.

На значение показателя уплотнения будут влиять такие факторы:

Особенности транспорта и метод перевозки. Если материал будет перевезен по железной дороге или выбоинам, он будет уплотнятся куда сильнее, чем при перевозке по ровной дороге/морю.
Гранулометрический состав (формы зерен, размер, соотношение). Если состав материала неоднородный и есть лещадные частицы (игловидной или плоской формы), то коэффициент будет меньше. При наличии большого числа мелких частиц показатель будет выше.

Влажность. Чем она выше, тем меньше получится искомый показатель.
Способ утрамбовки. Если материал будут утрамбовывать вручную, то степень уплотнения будет меньше, чем после использования вибрирующих механизмов.
Насыпная плотность. Коэффициент уплотнения будет напрямую связан с показателем насыпной плотности. Как уже было сказано ранее, в процесс трамбования или перевозки плотность материал изменяется, потому что становится меньше пустот между частицами. По этой причине насыпная плотность при погрузке в машину и после приезда к заказчику всегда разнится. Эту разницу можно высчитать и проверить благодаря коэффициенту уплотнения.

Не будет лишним узнать конкретные показатели для таких материалов, как асфальт, щебень, глина, уголь, керамзит, скальный грунт, керамзит, песок, отсев и ПГС.

Коэффициент уплотнения является очень важным показателем, который дает возможность узнать, сколько заказывать сыпучего материала. Он даст возможность проконтролировать, правда ли вам привезли столько, сколько вы заказывали. Показатель требуется знать и строителям при возведении домов, чтобы правильно рассчитывать нагрузку на основание.

3.Определение коэффициента уплотнения грунта

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

Учреждение образования

«БРЕСТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра технологии строительного производства

Отчет по лабораторной работе №4

по технологии строительного производства

Тема: «Определение коэффициента уплотнения грунтов при возведении земляных сооружений»

Выполнила: студентка III курса

Группы П–321

Ярошик Л.

А.

Шифр: Я-49

Проверила: Игнатюк Т. В.

Брест 2011

1. Свойства и технологические характеристики грунтов.

Любое здание или инженерное сооружение возводится на подстилающем слое грунта.

Минеральные грунты подразделяются на скальные, конгломераты и нескальные.

К скальным (однородным) грунтам относят массивы изверженных пород с кристаллической структурой, которые характеризуются значительной плотностью и малой влагоемкостью.

К скальным (слоистым) грунтам относят породы сложенные из песчаников, доломитов и глинистых сланцев.

Конгломераты – обломочные породы, сцементированные минеральными цементами.

Наиболее часто встречающиеся нескальные грунты обычно делят:

связанные – суглинки, глины и супеси;

несвязанные – пески.

Грунт насыпи имеет разрыхленную неуплотненную структуру и в этой связи проводят его уплотнение при помощи различных механизмов и устройств.

Для уплотнения используют машины статического и динамического действия. К числу машин статического действия относят самоходные и прицепные катки.

К машинам динамического действия относят трамбовочные машины, вибрационные самоходные (прицепные) катки, вибрационные плиты, пневматические трамбовки и др.

После отрывки котлована и зачистки его дна проверяют степень уплотнения грунта перед устройством фундамента под сооружение.

Важнейшим показателем грунта является его влажность.

Для технологии строительного производства актуальны следующие виды влажности:

Естественная (природная) влажность грунта.
Относительная влажность грунта.
Оптимальная влажность грунта.

Естественная влажность грунта характеризует текущую (природную) влажность грунта.

Относительная влажность грунта имеет важное практическое значение в технологии строительного производства.

Величина относительной влажности грунта W_от представляет собой отношение естественной (природной) влажности грунта к влажности на границе текучести W_т:

W_от= W/ W_т , (1)

где W – естественная (природная) влажность грунта, %;

W_т– влажность грунта на границе текучести определяемая по данным лаборатории.

Важнейшее место в технологии земляных работ занимает величина оптимальной влажности грунта.

Оптимальная влажность грунта, это влажность, при которой можно достичь максимально плотной упаковки частиц грунта, т.е. наиболее высокого коэффициента уплотнения.

Связанность грунтов изменяется в зависимости от их относительной влажности и характеризуется углом естественного откоса () (углом, который образуется откосом свободно насыпанного грунта и горизонтальной плоскостью).

Наиболее важным технологическим понятием при производстве земляных работ и устройстве оснований является величина коэффициента уплотнения грунта.

Коэффициент уплотнения грунта

К_у, представляет собой отношение плотности сухого грунта в сооружении к максимальной плотности сухого грунта, определенной в приборе стандартного уплотнения.

3.1. Определение коэффициента уплотнения грунта методом динамического зондирования

Для определения коэффициента уплотнения методом динамического зондирования используется прибор – плотномер динамический марки Д-51, представленный на рис. 1.1.

Рис. 1.1. Динамический плотномер:

– штанга с коническим наконечником; 2 – направляющая; 3 – гиря; 4 – рукоятка; 5 – наковальня

лотномер динамический предназначен для оперативного послойного контроля степени уплотнения грунтов земляных сооружений в процессе их возведения на глубине до 30 см (без отбора проб) в полевых условиях.

Применение плотномера не рекомендуется для грунтов содержащих частицы крупнее 2 мм более 25 % по массе (гравелистых песков), мерзлых грунтов, а также грунтов отсыпаемых в воду или находящихся ниже уровня поверхностных или грунтовых вод. Масса прибора 3,9 кг. Время одного измерения 1-2 минуты.

Метод динамического зондирования основан на принципе определения сопротивления грунта погружению зонда с коническим наконечником под действием последовательно возрастающего количества ударов груза постоянной массы, свободно падающего с заданной высоты.

При контроле уплотнения пылевато-глинистых грунтов без определения влажности грунта применяют метод двойного зондирования.

3.2. Определение коэффициента уплотнения грунта методом статической пенетрации

Для определения коэффициента уплотнения методом статической пенетрации используется прибор пенетрометр, представленный на рис. 1.2.

Пенетрометр предназначен для оперативного послойного контроля плотности насыпных и намывных грунтов в полевых условиях.

Рис. 1.2.Пенетрометр:

1 – ручка; 2 – нажимной винт; 3 – гайка; 4 – пружина; корпус;

5 – корпус; 6 – шток; 7 – кольцо; 8 – втулка; 9 – движок;

10 – шпилька; 11 – опорная плита; 12 – конусный наконечник; 13 – хвостовик.

Принцип измерения плотности основан на известном методе исследования физических и механических свойств грунтов путем определения сопротивления грунтов проникновению конических наконечников (пенетрации).

С помощью пенетрометра измеряют коэффициент уплотнения К_у различных грунтов.

Пенетрометр рекомендуется применять при текущем контроле подготавливаемых оснований под фундаменты, дорожных насыпей, гидротехнических сооружений. Глубина контроля от поверхности слоя до 10 см.

Принцип действия пенетрометра основан на методе установления равновесия между внешней нагрузкой и силами реактивного сопротивления грунта по боковой поверхности конуса при различных значениях усилия вдавливания и глубины пенетрации.

Перед проведением испытаний необходимо провести тарировку силоизмерительного устройства плотномера.

Пенетрометр (рис. 1.2) состоит из сменного конусного наконечника 12 с уг- лом 30° при вершине, который соединен со штоком 6. Надетая на шток пружи- на 4 обеспечивает необходимое усилие пенетрации. Прибор собран в корпусе, состоящем из круглой опорной плиты 11, ручки 1 и дюралюминиевой трубки 5. Цилиндрический движок 9, состоящий из оргстекла, с круговой черной риской и кольцом 7 обеспечивает отсчет глубины погружения конуса в грунт по шкале, нанесенной на наружной поверхности корпуса. В начальном положении риска на движке совпадает с конечным делением шкалы. При погружении конуса в грунт шпилька 10 смещает движок 9 на соответствующее расстояние. Сила натяжения пружины регулируется устройством, состоящим из на- жимного винта 2, гайки 3 и втулки 8, которая установлена в проточке корпуса 5. Пружина 4 прикреплена к хвостовикам гайки 13 и втулки 8. Шток 6 в нажим- ной винт 2 упирается конической заточкой.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА УПЛОТНЕНИЯ ПОЧВЫ – The Quality Guru

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА УПЛОТНЕНИЯ ПОЧВЫ

Коэффициент уплотнения – относительный термин, зависящий в основном от достигнутого процента уплотнения и номинального размера частиц. Коэффициент уплотнения определяется как отношение требуемого к фактическому либо по массе, либо по объему. Коэффициент уплотнения определяется как отношение Свободной толщины к проектной толщине при проведении полевых испытаний.

Рыхлый и уплотненный слой

Аналогично, в лабораторных условиях коэффициент уплотнения определяется как вес грунта, требуемый при определенном уплотнении, деленный на вес рыхлого грунта для того же объема. Единственное необходимое условие — объем контейнера должен быть точно измерен с использованием воды. Он должен быть достаточно большим, чтобы принять достаточный объем для достижения наилучших результатов. Имея это в виду, либо форма на 1 куб. см может быть изготовлена на месте, либо можно использовать легкодоступный цилиндр DLBD на месте. Важно определить коэффициент уплотнения для каждого типа грунта для точной отсыпки на месте.

РАЗНИЦА МЕЖДУ УПЛОТНЕННЫМ И НЕУПЛОТНЕННЫМ ПОЧВОМ

Коэффициент уплотнения можно рассчитать, используя два разных метода для разных дорожных материалов при строительстве дороги.

Лабораторный метод (точный метод)
Полевой метод (метод Hit & Trial)

ЛАБОРАТОРНЫЙ МЕТОД

в расчете используется рыхлый грунт на тот же объем. Лабораторный метод основан на свойствах проктора и является более точным. Он рассчитывается на основе процента уплотнения, необходимого для материала в полевых условиях. Максимальная плотность в сухом состоянии рассчитывается с использованием легкого или модифицированного теста Проктора в зависимости от требований контракта. Требования к уплотнению подробно описаны в Оранжевой книге (MORTH) для различных слоев дорожного строительства. Требования к толщине и проценту уплотнения приведены в таблице ниже на основе Оранжевой книги для ввода.

ВВОД ДАННЫХ

MDD данного материала преобразуется в его эквивалентную плотность при требуемом уровне уплотнения. Поскольку для прохождения слоя требуется как минимум такое процентное уплотнение. Это необходимо для того, чтобы испытуемый слой достиг требуемой плотности.

Например, в случае насыпи, если максимальное значение плотности в сухом состоянии грунта, испытанное в соответствии с IS 2720, часть 7 или 8, составляет 1730 кг/м3. Его эквивалентная плотность при 95% уплотнении должна составлять 1643,5 кг/куб.м. Это означает, что для контейнера емкостью один кубометр вес почвы, необходимой для заполнения, составляет 1643,5 кг при оптимальном содержании влаги для достижения 95% уплотнения. Для известного объема различной вместимости требуемый вес грунта можно рассчитать, используя вес, необходимый для одного кубометра при уплотнении 95%. В лаборатории доступны цилиндры DLBD различной емкости, которые можно использовать для проверки коэффициента уплотнения, как показано ниже:

ЦИЛИНДР DLBD

Вес грунта, необходимый для заполнения объема цилиндра DLBD, рассчитывается путем умножения веса, необходимого для 95% уплотнения. по объему цилиндра. Объем цилиндра DLBD рассчитывается путем заполнения цилиндра водой, как показано на рисунке ниже.

ОБЪЕМ ЦИЛИНДРА DLBD ПО ИЗМЕРЕНИЮ ВОДЫ В НЁМ

В этом примере мы получили 29,91 кг почвы, необходимой для заполнения данного цилиндра DLBD вместимостью 18,19 литров для достижения 95% уплотнения. Когда почва засыпается без уплотнения в цилиндр DLBD, излишки почвы остаются незаполненными в цилиндре. Это означает, что неуплотненная почва будет занимать больший объем, что приведет к меньшему весу. Следовательно, сыпучий вес грунта, засыпанного в цилиндр DLBD, должен быть меньше необходимого веса при 9Уровень уплотнения 5%.

Сыпучий вес грунта измеряется в лаборатории с помощью электронных весов необходимой грузоподъемности. В этом примере измеренный свободный вес почвы, заполненной в цилиндре DLBD, составляет [33,320-7,350 = 25,970 = 26] кг. Этого можно добиться, вычитая вес пустого цилиндра из общего веса цилиндра DLBD, содержащего песчаный грунт.

МАССА ПУСТОГО ЦИЛИНДРА DLBD ВЕС РЫСЛОГО ПЕСКА + ЦИЛИНДРА DLBD

Отношение необходимого веса к насыпному весу – это коэффициент уплотнения, достигаемый для данного песчаного грунта при 9Уровень уплотнения 5%. Отношение 29,91 кг, т.е. расчетного веса уплотненного грунта при 95% уплотнении, к весу рыхлого грунта в цилиндре DLBD, т.е. 26 кг, равно 1,15. Это означает, что если теоретический вес почвы равен X, то вес или объем почвы, необходимый для достижения требуемого уровня уплотнения, т. е. 95%, в данном случае равен 1,15X. Этот коэффициент будет использоваться для расчета количества почвы, необходимой для достижения расчетной толщины почвы в поле.

ЛАБОРАТОРНЫЙ МЕТОД РАСЧЕТА КОЭФФИЦИЕНТА УПЛОТНЕНИЯ

Полезно при расчете количества поездок, необходимых для достижения проектной уплотненной толщины заданного слоя дороги. Например, если мы пытаемся сделать участок длиной 100 м с шириной слоя насыпи 7,5 м. Теоретический объем слоя рассчитывается путем умножения (L*B*D), что дает 187,5 м3. Для достижения уплотненного объема 187,5 м3 при расчетной толщине 0,25 м или 250 мм необходимо рассчитать количество грунта, которое необходимо отсыпать на месте. Чтобы найти требуемый объем, нам потребуется коэффициент уплотнения данного грунта, который даст требуемый объем рыхлого грунта. В примере рассчитанный коэффициент уплотнения составил 1,15. Требуемый объем будет рассчитан путем умножения коэффициента уплотнения на теоретический объем. Коэффициент уплотнения обеспечит требуемый уровень уплотнения, т.е. 95% уплотнения в этом случае. Это можно проверить и подтвердить, взяв отношение фактического веса к теоретическому весу, которое составляет 95%.

РАСЧЕТ КОЛИЧЕСТВА ПОЕЗДОК НА ОСНОВЕ ЛАБОРАТОРНОГО МЕТОДА

Полевой метод (метод Hit & Trial)

В случае полевого метода значение проктора не учитывается. Пробная заплатка выполняется с использованием материала, для которого необходимо рассчитать коэффициент уплотнения. Основываясь на некотором эмпирическом правиле, во время пробной растяжки предполагается дополнительное количество. Отношение требуемой толщины к достигнутой толщине дает коэффициент уплотнения данного грунта.

Для данного материала изначально принимается толщина, скажем, 260 мм в случае GSB, где расчетная толщина составляет 200 мм. Предполагалось, что при уплотнении рыхлого слоя толщиной 260 мм можно добиться требуемой толщины 200 мм независимо от достижения уплотнения. Теоретический коэффициент уплотнения для данного случая получается [(260/200) = 1,30].

После раскатки и испытания основания на требуемое уплотнение измерялась достигнутая толщина слоя с помощью колышка или по данным съемки. Было замечено, что достигнутая толщина составила 180 мм, что означает, что скорректированный коэффициент уплотнения представляет собой соотношение [(260/180) = 1,44]. Таким образом, для проектной толщины 200 мм с коэффициентом уплотнения 1,44 нам потребуется свободная толщина 289 мм.мм скажем 290мм против предполагаемых 260мм. Таким образом, скорректированный коэффициент уплотнения для данного материала рассчитывается равным 1,44 вместо 1,30. Таким образом, для каждого типа материала на основе отчета о пробной заплате можно рассчитать коэффициент уплотнения.

Для данного отрезка необходимое количество подъемов также можно рассчитать путем расчета объема с использованием скорректированной толщины материала насыпью. Например, если длина кровати 100 м, а ширина 7,5 м, то для данного материала необходимая толщина будет 290мм. Умножив все три измерения, можно рассчитать объем кровати. Рассчитанный таким образом объем является скорректированным сыпучим объемом для данного материала. При уплотнении такого материала с помощью вибрационных катков 10T толщина уплотняемого материала составит 200 мм. Общий объем рассчитанного таким образом слоя составляет 217 куб. м. Предполагая, что каждый грузовик перевозит 10 куб. м данного грунта, общее количество грузовиков будет равно 22. т. е. чем крупнее частица почвы, тем выше коэффициент уплотнения, и наоборот. Лабораторный метод более точен, быстр и прост в расчетах. Полевой метод требует тщательной подготовки для проведения полевых испытаний. Хотя поданные испытания легко понять, они требуют много времени и менее точны.

Точность полевых испытаний зависит от точности измерения толщины рыхлого слоя почвы и однородности уровней уплотнения, достигаемых на всем протяжении. Ошибка в измерении толщины приведет к ошибке в расчете коэффициента уплотнения. Для каждого типа грунта требуются отдельные полевые испытания для оценки коэффициента уплотнения.

КОЭФФИЦИЕНТ УПЛОТНЕНИЯСкачать

Измерение степени уплотнения мелкозернистого грунтового основания с помощью светодинамического пенетрометра

На этой странице

РезюмеВведениеВыводыДоступность данныхКонфликты интересовБлагодарностиСсылкиАвторское правоСтатьи по теме

Для определения степени уплотнения земляного полотна, заполненного мелкозернистым грунтом, для образцов глины с низким пределом текучести были проведены испытание на уплотнение и испытание световой динамической пенетрометрией (СДП). с различным содержанием воды в лаборатории. Затем составляется уравнение прогноза коэффициента проходки (PR), определяемого как глубина падения молота ТБД, степень уплотнения ( K ) и содержание воды ( ω ). После этого были выкопаны существующие мелкозернистые грунтовые основания земляного полотна на базе ТБД на полевых испытаниях. Получены натурные значения PR, обводненности и степени уплотнения откосов. Оцененные степени уплотнения с использованием уравнения прогнозирования сравнивались с измеренными значениями степени уплотнения в полевых условиях. Результаты показывают, что между ними имеется хорошая согласованность, и была получена ошибка в пределах 3,5%. Кроме того, содержание воды должно быть определено в первую очередь при использовании уравнения прогнозирования, которое предлагается в этом исследовании. Поэтому был разработан численный метод определения содержания воды в земляном полотне, и было проведено сравнение прогнозируемого и измеренного содержания воды, что показывает относительно высокую степень относительности. Затем можно рассчитать степень уплотнения мелкозернистого грунтового основания в соответствии с уравнением прогнозирования, которое включает в себя коэффициент проникновения (PR) и численно рассчитанное содержание воды в качестве входных данных вместо измеренного значения в полевых условиях.

1. Введение

В гражданском строительстве исследование прочности и целостности каждого земляного полотна становится необходимым для оптимизации характеристик и безопасности конструкции покрытия [1]. Степень уплотнения является важным показателем исследования для достижения цели контроля качества/обеспечения качества на месте зернистых слоев дорожной одежды (грунтового основания, подстилающего слоя и основания) [2–4]. Если результаты исследования не будут соответствовать требованиям уплотнения при проектировании, несущая способность земляного полотна будет ниже, и тогда возникнут некоторые бедствия, такие как осадка земляного полотна и растрескивание дорожной одежды [5]. Традиционно одним из мероприятий при исследовании земляного полотна является определение степени уплотнения с помощью различных полевых и лабораторных тестов, таких как метод песчаного конуса [6] и метод врезного кольца [7, 8]. Хотя эти методы оценки являются лучшими и надежными, они имеют относительно сложные этапы и требуют много времени для получения конечного результата [9]. ]. Кроме того, образцы грунта в этих методах должны быть отобраны или выкопаны на земляном полотне, что является разрушительным и может оказать существенное влияние на характеристики дорожного покрытия [10]. Для преодоления этих недостатков было разработано множество неразрушающих и экономящих время методов и оборудования для определения [11–13].

В качестве неразрушающего, эффективного, быстрого и надежного метода испытаний пенетрометр с динамическим конусом (DCP) был введен в качестве критерия для проверки прочности фундамента в спецификациях Американской ассоциации государственных служащих автомобильных дорог и транспорта (AASHTO) и Южной Африки. [14]. Этот прибор обеспечивает непрерывные и непрерывные стратиграфические данные, когда его конусный зонд загоняется в грунт по вертикальной глубине. Данные, полученные из DCP, получили сильное теоретическое признание и могут быть использованы для всесторонней оценки грунта основания. Применение DCP было дополнительно исследовано предыдущими исследователями. Сикмайер и др. [15], Джордж и др. [16] и Мукаби [17] построили эмпирическую формулу, объединяющую коэффициент проникновения (PR) DCP с модулем упругости и калифорнийским коэффициентом подшипника (CBR). Мохаммади и др. [18], Альгамди [19], Эмре и др. [20], а Ян и соавт. [21] добились некоторых полезных результатов для оценки плотности грунтового основания с помощью DCP, и была установлена корреляция между степенью уплотнения, коэффициентом проникновения и содержанием воды. Преимущество использования DCP заключается в проверке свойств грунта в состоянии его естественной плотности и влажности. Эти приложения теории и метода DCP были приняты для различных почв, и они открывают путь к эмпирическим корреляциям, основанным на статистическом анализе полевых испытаний и свойств почвы.

Светодинамический пенетрометр (LDP) также представляет собой неразрушающий метод оценки характеристик слоя почвы, принцип работы которого аналогичен DCP. По сравнению с DCP его молот легче, а расстояние падения меньше, что удобно и быстро для полевых испытаний грунтового основания с использованием LDP вместо DCP. Поэтому целью данной работы является проверка степени уплотнения мелкозернистого грунта земляного полотна с помощью ТБД. Во-первых, были представлены принципы и этапы теста на основе LDP. Испытания на уплотнение и LDP типичной глины с низким пределом текучести были проведены в лаборатории, и квадратичное уравнение прогнозирования между степенью уплотнения ( K ), коэффициент проникновения (PR) и содержание воды ( ω ). Затем справедливость этого уравнения была проверена полевыми испытаниями мелкозернистого грунтового основания. Наконец, был предложен и проверен численный метод расчета содержания воды в земляном полотне. Таким образом, степень уплотнения мелкозернистого грунта земляного полотна можно рассчитать по квадратичному уравнению прогнозирования, в котором вместо измеренного значения в полевых условиях используется коэффициент проникновения (PR) и численно рассчитанное содержание воды.

2. Устройство и метод испытаний LDP

Световой динамический пенетрометр (LDP), малогабаритный портативный пенетрометр для испытания грунта на месте, состоит из молотка (весом 10 кг и расстоянием падения 500 мм), пробивной стержень (длиной 1000 мм и всего 4 стержня) и коническую головку (диаметром 40 мм и коническим наконечником под углом 60 °), как показано на рис. 1. При проведении полевых испытаний с использованием LDP глубина а падения молота БДС регистрируются при забивке молотком наконечника конуса в грунты. Коэффициент проникновения (PR), определяемый как глубина удара молотка, может отражать свойства слоев почвы.

При проведении испытания с использованием LDP необходимо выполнить следующую процедуру: (1) Площадка для испытаний должна быть плоской, а также должна быть подготовлена книга записей. (2) Наконечник конуса и проникающий стержень со шкалой должны быть собран и подключен. Проникающий стержень всегда должен быть перпендикулярен поверхности земли во время проведения испытания. (3) Во время проведения испытания пробивной стержень должен удерживаться одним испытателем. Молоток следует поднять и отпустить вдоль стержня. В то же время необходимо регистрировать частоту и глубину проникновения.

3. Лабораторные испытания на основе LDP и прогноз степени уплотнения

3.1. Лабораторный тест на основе LDP

Образцы почвы были взяты из проекта расширения скоростной автомагистрали Наньчан-Чжаншу в провинции Цзянси. Предел жидкости, предел пластичности, оптимальное содержание влаги, максимальная плотность в сухом состоянии и анализ размера частиц были проведены для классификации почвы и основных свойств. Их предел текучести и предел пластичности составляют 35,8% и 22,8% соответственно. По результатам испытаний на уплотнение оптимальная влажность и максимальная плотность в сухом состоянии составляют 13,0 % и 1,954 г/см ³ соответственно. Анализ размера частиц показывает, что процент прохождения 0,075 мм образцов почвы составляет 82,2%. Таким образом, образец почвы был классифицирован как глина с низким пределом текучести в соответствии со стандартом «Методы испытаний грунтов для дорожного строительства» (JTG E40-2007) в Китае.

Для изучения влияния содержания воды на PR, измеренное с помощью LDP, были подготовлены различные образцы почвы с 5 исходными значениями влажности и 5 значениями плотности в сухом состоянии. Содержание воды в образцах почвы было установлено на уровне 9%, 13 %, 16 %, 19 % и 23 %, охватывающих возможный диапазон влажности грунтов земляного полотна в Китае. Степень уплотнения земляного полотна составляет 96% и 93% соответственно, согласно требованиям действующих в Китае технических условий. Для повышения точности теста на основе LDP были выбраны степени уплотнения 82 %, 86 %, 90 %, 94 % и 98 % образцов грунта. Образцы размерами 152 мм × 220 мм (диаметр × высота) были изготовлены методом статического давления в 5 слоев, как показано на рис. На рисунке 3 видно, что минимальное значение PR находится рядом с оптимальным содержанием воды для той же степени уплотнения, а значения PR уменьшаются с увеличением значений степени уплотнения для того же содержания воды. Как уже упоминалось выше, коэффициент проникновения (PR) ТБД может отражать плотностные свойства слоев грунта. Таким образом, зависимость между PR, степенью уплотнения ( K ), а влажность ( ω ) грунтов можно построить по результатам НДП [18–21], как показано в следующем уравнении: где – степень уплотнения грунта (%), коэффициент проникновения (мм/капля) и влажность почвы (%).

3.2. Полевые испытания на основе LDP

Был выбран типичный участок K24 + 600, откуда были взяты образцы грунта. Испытания светодинамическим пенетрометром (СДП) проводились от кровли зоны 96 (т.е. степень уплотнения 96%), зона 94 и зона 93 существующего земляного полотна с глубиной проникновения 360 см, как показано на рисунке 4. Данные испытаний записывались для каждой глубины проникновения 20 см.

На рис. 5 показаны значения PR для различных программ тестирования. Из рис. 5 видно, что значения PR постепенно увеличиваются с увеличением глубины, что свидетельствует о постепенном уменьшении степени уплотнения грунта откосов земляного полотна с увеличением глубины. Величина PR составляет около 13 мм за ход молотка на глубине 100 см откоса земляного полотна и распределяется относительно равномерно. Это связано с тем, что полевые испытания на основе ТБД проводились летом, а водность поверхности склона была относительно низкой. Значения PR постепенно увеличиваются и составляют от 14 мм до 20 мм за удар на глубину от 100 см до 360 см. Кроме того, из рис. 5 видно, что, хотя V1, V2 и V3 начинались с кровли разных зон, их значения PR практически одинаковы в пределах глубины 100 см. Это показывает, что нет никакой очевидной разницы в свойствах земляного полотна в этом диапазоне, несмотря на то, что их начальная степень уплотнения различна. Кроме того, на Рисунке 5 показано, что значения PR для секции V3 больше, чем для двух других секций, что указывает на то, что содержание воды в нижнем грунтовом основании больше, чем в верхнем грунтовом основании.

3.3. Измерение степени уплотнения и обводненности откоса земляного полотна

Для исследования изменений степени уплотнения и обводненности откоса земляного полотна K24 + 600 вручную был вырыт ров шириной 50 см и глубиной 510 см. глубины по разрезу V1. Степень уплотнения и влагосодержание измеряли методом врезных колец в горизонтальных плоскостях с вертикальным расстоянием 20 см. Самая нижняя горизонтальная плоскость находится на дне рва. Для каждой горизонтальной плоскости были отобраны два образца почвы на расстоянии 20 см в продольном направлении (параллельно направлению движения), как показано на рис. 6. Их средние значения были приняты в качестве окончательных значений для этого местоположения.

На рис. 7 показано измеренное содержание воды и степень уплотнения. На рис. 7(а) видно, что содержание воды постепенно увеличивается с увеличением глубины и становится относительно стабильным ниже глубины 200 см. Содержание воды составляет от 18% до 27% на глубине 200 см и от 21% до 27% ниже глубины 200 см. Это связано с тем, что содержание воды на верхней глубине контролируется климатом, а на нижней глубине — грунтовыми водами. Первая резко меняется для разных сезонов, а вторая устойчива при сезонных изменениях. На рис. 7(б) видно, что степень уплотнения резко меняется от 80% до 93% на глубине 200 см. Для глубины менее 200 см степени уплотнения относительно стабильны, изменяясь от 82% до 88%.

3.4. Сравнение расчетных и измеренных степеней уплотнения

Расчетные степени уплотнения с использованием (1) и измеренные значения показаны на рисунке 8. На рисунке 8 видно, что они относительно непротиворечивы. Среднеквадратичные ошибки между расчетными и измеренными степенями уплотнения на вертикальных разрезах V1, V2 и V3 составляют 3,44, 3,24 и 3,31 % соответственно, а среднеквадратические ошибки составляют 3,33 %. Следовательно, различия между расчетными и измеренными степенями уплотнения допустимы, а это означает, что прогнозное уравнение степеней уплотнения на основе PR и обводненности имеет удовлетворительную точность.

4. Степень уплотнения по численному содержанию влаги

Согласно вышеприведенным исследованиям, степень уплотнения грунта откоса земляного полотна на различной глубине может быть рассчитана на основе значения PR и измеренного содержания воды. Первое можно быстро получить с помощью LDP, а второе требует много времени. Поэтому экспресс-метод определения содержания воды является ключевым для расчета степени уплотнения по (1). Влажность грунта откоса земляного полотна можно рассчитать с помощью численного моделирования, целесообразность которого доказана некоторыми исследователями с использованием программы GeoStudio [22–25].

4.1. Параметры теста

Для этого моделирования необходимы некоторые параметры, включая гидравлические свойства, термодинамические свойства, физиологические параметры и метеорологические параметры почв. Все необходимые параметры приведены в табл. 1. Их значения можно найти в литературе [22].

4.2. Расчетные и измеренные значения водосодержания

Затем было выполнено численное моделирование уклона земляного полотна K24 + 600 по методике, описанной в литературе [22, 26, 27]. Содержание воды было рассчитано с использованием параметров, упомянутых выше, и результаты расчетных значений содержания воды в почве показаны на рисунке 9.. Измеренные значения для разреза К24 + 600 также приведены на рис. 9. Из рис. 9 видно, что расчетное и измеренное содержание воды в разрезах В1, В2 и В3 в целом хорошо совпадают. Из-за неоднородности грунтового основания и погрешностей измерений некоторые данные разбросаны. Помимо дискретных точек, среднеквадратичные ошибки между измеренной и рассчитанной водностью разрезов В1, В2 и В3 составляют 1,19%, 1,53% и 1,34% соответственно, а их среднее значение равно 1,35%. Он показывает относительно высокую точность для инженерных практик. Поэтому обводненность земляного полотна на разных глубинах можно рассчитать численным методом.

4.3. Степень уплотнения, основанная на расчетном и измеренном содержании воды

Кроме того, чтобы исследовать точность степеней уплотнения из (1) с использованием рассчитанного и измеренного содержания воды, они показаны на рисунке 10. Из рисунка 10 видно, что расчетные степени уплотнения грунтового основания на основе численного содержания воды, как правило, существенно не отклоняются от измеренных значений. Из-за неоднородности грунтового основания и погрешностей измерений некоторые контрольные точки разбросаны. Помимо трех дискретных точек, среднеквадратические ошибки между расчетной и измеренной степенью уплотнения составляют 2,80 %, 3,53 % и 2,46 % для разрезов V1, V2 и V3 соответственно, а их среднее значение равно 2,9.3%. Он показывает, что для существующего земляного полотна эти степени уплотнения, оцененные по (1) по численному и измеренному водосодержанию, практически эквивалентны. Поскольку содержание воды на любой глубине в земляном полотне можно определить с помощью численного метода в данном исследовании без раскопок откосов земляного полотна, что намного экономит время, чем измерение в полевых условиях, PR и численное содержание воды можно использовать для прогнозирования. степень уплотнения с помощью (1) быстро.

5. Выводы

Испытания на уплотнение и светодинамическую пенетрометрию (LDP) были проведены для образцов глины с низким пределом текучести с различным содержанием воды в лаборатории. Содержание воды и степень уплотнения были измерены для типичного уклона земляного полотна K24 + 600 с помощью теста LDP в полевых условиях. Затем было построено и проверено прогнозное уравнение коэффициента проникновения (PR), степени уплотнения ( K ) и содержания воды ( ω ). Во избежание земляных работ на откосе земляного полотна для измерения содержания воды в нем был предложен численный метод определения содержания воды в откосе земляного полотна. Его можно использовать для замены измеренного содержания воды. Некоторые основные выводы могут быть сделаны следующим образом: (1) Была установлена и проверена квадратичная зависимость между степенью уплотнения, PR и содержанием воды, измеренным для глины с низким пределом текучести. Среднеквадратическая ошибка между расчетной и измеренной степенью уплотнения не превышала 3,5%, что доказывает справедливость соотношения, предложенного в данном исследовании. (2) Трудно измерить содержание воды без земляных работ на откосах земляного полотна. Предложен и апробирован численный метод определения влажности грунтов откосов земляного полотна. Результаты показывают, что они имеют относительно удовлетворительную точность. Таким образом, этот численный метод можно использовать для расчета содержания воды в земляном полотне, что намного экономит время, чем измерение на месте. , и взаимосвязь между степенью уплотнения, PR и содержанием воды, построенная в этом исследовании, позволяет быстро определить степень уплотнения. Рациональность этого метода доказана сравнением расчетного и измеренного содержания воды.

Доступность данных

Данные, использованные для подтверждения результатов этого исследования, можно получить у соответствующего автора по запросу.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Благодарности

Авторы выражают благодарность за финансовую поддержку со стороны Национальной ключевой программы исследований и разработок Китая (2017YFC0805307), Национального фонда естественных наук Китая (51478054), Превосходного молодежного фонда естественных наук провинции Хунань (2018JJ1026), Ключевой проект Департамента образования провинции Хунань (17A008), Программа Департамента связи Цзянси (2013C0011) и Открытый исследовательский фонд Государственной инженерной лаборатории технологии обслуживания дорог Чаншаского университета науки и технологий (kfj150103).

Ссылки

Б. Т. Нгуен и А. Мохаджерани, «Определение CBR для мелкозернистых грунтов с использованием динамического легкого конусного пенетрометра», International Journal of Pavement Engineering , vol. 16, нет. 2, стр. 180–189, 2015 г.
Посмотреть по адресу:
Сайт издателя | Google Scholar
М. Клос, З. Ващишин и М. Дж. Сулевска, «Нейронная идентификация характеристик уплотнения гранулированных почв», Исследование нуклеиновых кислот , том. 30, нет. 1, pp. 395–397, 2017.
Просмотр по адресу:
Google Scholar
Дж. Х. Чжан, Дж. Х. Пэн, Дж. Л. Чжэн и Ю. С. Яо, «Характеристика стрессо- и влагозависимого упругого поведения уплотненных глин на юге China», Road Materials and Pavement Design , стр. 1–14, 2018 г.
Посмотреть по адресу:
Сайт издателя | Google Scholar
А. У. Рехман, К. Фарук, Х. Муджтаба и др., «Прогнозирование коэффициента несущей способности Калифорнии (CBR) и характеристик уплотнения гранулированных грунтов», Acta Geotechnica Slovenica , vol. 14, нет. 1, стр. 63–72, 2017.
Просмотр по адресу:
Google Scholar
А. М. Шабан и П. Дж. Косентино, «Моделирование долговременных деформаций несвязанных материалов дорожного покрытия с использованием миниатюрных данных о ползучести измерителя давления», Geotechnical Журнал испытаний , том. 39, нет. 5, ID статьи 20150273, 2016.
Посмотреть по адресу:
Сайт издателя | Google Scholar
С. С. Парк, «Оценка метода песчаного конуса для определения плотности грунта на месте», Геотехника , том. 60, нет. 9, стр. 701–707, 2010.
Посмотреть по адресу:
Сайт издателя | Google Scholar
Дж. В. Парк и Дж. Л. Ферракейн, «Измерение остаточного напряжения в стоматологических композитах с использованием метода кольцевой резки», Dental Materials , vol. 21, нет. 9, стр. 882–889, 2005.
Посмотреть по адресу:
Сайт издателя | Google Scholar
Дж. В. Парк и Дж. Л. Ферракейн, «Оценка остаточного напряжения в самоадгезивном полимерном цементе методом разрезания тонким кольцом», Стоматологические материалы , vol. 27, нет. С1, с. e58, 2011.
Посмотреть по адресу:
Сайт издателя | Google Scholar
Г. Жан, «Старая и новая технология соединения насыпей в проекте реконструкции шоссе», Прикладная механика и материалы , том. 587–589, стр. 1190–1193, 2014.
Посмотреть по адресу:
Сайт издателя | Google Scholar
В. Лю, С. Цюй, З. Ни и Дж. Чжан, «Влияние плотности и колебаний влажности на динамические деформационные свойства уплотненного латеритного грунта», Достижения в области материаловедения и инженерии , vol. 2016 г., идентификатор статьи 5951832, 11 страниц, 2016 г.
Посмотреть по адресу:
Сайт издателя | Google Scholar
Чжан Дж. Х., Цзян К. П., Чжан Ю. К., Дай Л. Л. и Ву Х. Х., «Неразрушающее измерение содержания воды и миграции влаги в ненасыщенных красных глинах в Южном Китае», Достижения в области материаловедения и инженерии , том . 2015 г., ID статьи 542538, 7 стр., 2015 г.
Просмотр:
Сайт издателя | Google Scholar
Дж. Э. Херрик и Т. Л. Джонс, «Динамический конусный пенетрометр для измерения сопротивления проникновению грунта», Журнал Американского общества почвоведов, , том. 66, нет. 4, стр. 1320–1324, 2002.
Посмотреть по адресу:
Сайт издателя | Google Scholar
Л. Дэвид Сьютс, Т. С. Шихан, Д. Х. Чен, Д. Ф. Лин, П. Х. Лиау и Дж. Бильеу, «Корреляция между значениями динамического конусного пенетрометра и модулями слоя дорожного покрытия», Журнал геотехнических испытаний , том. 28, нет. 1, стр. 42–49, 2005 г.
Посмотреть по адресу:
Сайт издателя | Google Scholar
С. А. Хедр, С. К. Дэвид и Л. Джеймс, «Автоматизированный конусный пенетрометр: неразрушающие полевые испытания для оценки грунтового основания», International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences & Geomechanics Abstracts , vol. 23, нет. 3, с. 94, 1985.
Посмотреть по адресу:
Google Scholar
Дж. А. Сикмайер, Д. Янг и Д. Беберг, «Сравнение динамического конусного пенетрометра с другими тестами во время определения характеристик земляного полотна и зернистого основания в Миннесоте», в Неразрушающий контроль дорожных покрытий и обратный расчет модулей: третий том , ASTM International, West Conshohocken, PA, USA, 2000. , «Корреляции PFWD, DCP и CBR для оценки латеритных оснований», International Journal of Pavement Engineering , vol. 10, нет. 3, стр. 189–199, 2009 г.
Посмотреть по адресу:
Сайт издателя | Академия Google
Дж. Н. Мукаби, «Обзор моделей CBR-UCS на основе DCP и моделей модуля упругости для приложений при проектировании покрытий шоссе и аэропортов», Армия США , том. 10, с. 1, 2016.
Просмотр по адресу:
Google Scholar
Мохаммади С.Д., Никудел М.Р., Рахими Х., Хамехчиян М. Применение динамического конусного пенетрометра (DCP) для определения инженерных параметров песчаных почв», Инженерная геология , вып. 101, нет. 3-4, стр. 195–203, 2008.
Посмотреть по адресу:
Сайт издателя | Google Scholar
H. A. Alghamdi, Оценка устойчивых методов восстановления дорог с малой интенсивностью движения на основе динамического пенетрометра (DCP) , Университет Огайо, Колумбус, Огайо, США, 2016. Я. Гёкалп, «Сравнение результатов испытаний DCP, CBR и RLT для гранулированных материалов дорожного покрытия и земляного полотна с точки зрения конструкции», в материалах Международного симпозиума по неразрушающему контролю в гражданском строительстве (NDT-CE) .0066, том. 2, стр. 158–176, Берлин, Германия, сентябрь 2015 г.
Просмотр по адресу:
Google Scholar
Б. Ян, Р. Чжан, X. Д. Чжа, К. Лю и К. Пан, «Улучшенное метод испытания динамического конусного пенетрометра в лаборатории для оценки уплотняющих свойств грунтового основания», Дорожные материалы и проектирование дорожных покрытий , вып. 17, нет. 2, стр. 487–498, 2015 г.
Посмотреть по адресу:
Сайт издателя | Google Scholar
Ю. С. Яо, Дж. Л. Чжэн, З. С. Чен, Дж. Х. Чжан и Ю. Ли, «Полевые измерения и численное моделирование температуры и влажности в дорожном строительстве с использованием датчика рефлектометрии в частотной области», Датчики , т. 16, нет. 6, с. 857, 2016.
Посмотреть по адресу:
Сайт издателя | Google Scholar
Ф. Ниу, А. Ли, Дж. Луо и др., «Влажность почвы, температура грунта и деформация насыпи высокоскоростной железной дороги в Северо-Восточном Китае», Наука и технологии холодных регионов , об. 133, стр. 7–14, 2017 г.
Посмотреть по адресу:
Сайт издателя | Google Scholar
Н. Ан, С. Хеммати и Ю. Куи, «Численный анализ объемной влажности почвы и изменений температуры в насыпи из-за взаимодействия почвы и атмосферы», Вычислительная техника и геотехника , том. 83, стр. 40–51, 2017 г.
Посмотреть по адресу:
Сайт издателя | Google Scholar
Дж. Р. Филип и Д. А. В. Дерис, «Движение влаги в пористых материалах при температурных градиентах», Transactions American Geophysical Union , vol. 38, нет. 2, стр. 222–232, 1957.
Посмотреть по адресу:
Сайт издателя | Google Scholar
Н. Лу, М. Кайя и Дж. В. Годт, «Взаимосвязь между характеристическими кривыми водоудержания почвы, гидравлической проводимости и напряжения всасывания», Журнал геотехнической и геоэкологической инженерии , том. 140, нет. 5, ID статьи 04014007, 2014.
Посмотреть по адресу:
Сайт издателя | Google Scholar
C. W. W. Ng, C. Zhou и A. K. Leung, «Сравнения различных методов управления всасыванием с помощью кривых удержания воды: теоретические и экспериментальные исследования», , журнал Vadose Zone, , том.

Определение коэффициента уплотнения грунта: Определение коэффициента уплотнения грунта | Геологические изыскания