Способ определения усадки двухфазных глинистых грунтов

Авторы патента:

Богомолова Оксана Александровна (RU)

E02D1/02 - Основания и фундаменты; котлованы; насыпи (для гидротехнических сооружений E02B); подземные и подводные сооружения

Владельцы патента RU 2755469:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) (RU)

Изобретение относится к грунтоведению, а именно к способам определения усадки глинистых грунтов при высыхании. Техническим результатом является упрощение способа определения и контроля усадки двухфазных глинистых грунтов. Технический результат достигается тем, что способ определения усадки двухфазных глинистых грунтов с нарушенным сложением включает отбор образца, определение его массы в исходном состоянии, определение его влажности в исходном состоянии, сушку образца глинистого грунта, выжидание времени стабилизации усадки грунта, определение массы образца грунта после усадки, определение влажности образца грунта после усадки, определение плотности скелета глинистого грунта в исходном состоянии, определение плотности воды, определение усадки двухфазного глинистого грунта. 1 табл.

Изобретение относится к грунтоведению, а именно к способам определения усадки глинистых грунтов при высыхании.

Известен способ определения усадки двухфазных глинистых грунтов, заключающийся в том, что образец грунта изготовляют коническим, с углом при вершине 45°-75°, а сушку его осуществляют в емкости, геометрически подобной образцу с проницаемыми стенками, причем образец помещают в емкости вершиной вниз, а величину уменьшения объема определяют по изменению высоты конуса образца по формуле:

где R – радиус основа конического образца грунта до усадки; r – радиус конического образца после усадки; Н – высота конического образца до усадки; h – высота конического образца после усадки.

Указанный способ осуществлялся при помощи специального устройства, в котором уменьшающаяся высота конического образца грунта контролировалась индикатором часового типа. По мере проведения определения усадки глинистого грунта определялись веса образца до и после усадки, а также влажности образца до и после усадки. Указанные параметры использовались как сопутствующие параметры усадочного грунта (SU №1113469, 15.09.1984 г. - аналог].

Недостатком этого способа является относительная сложность его практического осуществления и необходимость наличия и использования специального сложного устройства (SU №1113470, 15.09.1984 г.).

Из известных технических решений наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ определения усадки глинистых грунтов с нарушенным сложением, включающий отбор и изготовление образца цилиндрической формы, определение веса образца грунта в исходном состоянии, определение влажности образца грунта в исходном состоянии, размещение образца грунта в специальном приборе, сушку образца грунта в лабораторных условиях, выжидание стабилизации усадки грунта, контролируемым данными двух измерительных устройств (уменьшение высоты образца контролировалось индикатором часового типа, а уменьшение окружности образца контролировалось гибкой измерительной линейки с нониусом и пружинкой), определение веса образца глинистого грунта после усадки, определение влажности образца глинистого грунта после усадки и определение усадки образца глинистого грунта по данным двух измерительных устройств путем вычисления относительного уменьшение его объема [Руководство по лабораторному изучению характеристик набухание и усадки глинистых грунтов. Москва, Стройиздат, 1980, с. 12-14 - прототип].

Недостатками способа по прототипу являются относительная сложность его практического осуществления и необходимость наличия и использования специального сложного устройства.

Технический результат – упрощение способа определения и контроля усадки двухфазных глинистых грунтов.

Технической задачей изобретения является упрощение способа определения и контроля усадки двухфазных глинистых грунтов за счет создания возможности определения и контроля усадки двухфазных глинистых грунтов по показателям изменяющейся влажности без использования специальных сложных приборов при одновременном снижении затрат на осуществление способа.

Решение технической задачи

Техническая задача решается тем, что в способе определения усадки двухфазных глинистых грунтов с нарушенным сложением, включающем отбор образца, определение его массы в исходном состоянии, определение его влажности в исходном состоянии, сушку образца глинистого грунта, выжидание времени стабилизации усадки грунта, определение массы образца грунта после усадки, определение влажности образца грунта после усадки, определение усадки образца грунта путем расчета, в котором предварительно определяют плотность скелета глинистого грунта в исходном состоянии и плотность воды, а усадку двухфазного глинистого грунта определяют по формуле:

, где

- усадка двухфазного глинистого грунта (в долях единицы или процентах), - плотность скелета глинистого грунта в исходном состоянии (г/см³), W₁ и W₂– влажности глинистого грунта в исходном состоянии и после усадки (в долях единицы), - плотность воды (г/см³).

Сущность изобретения

К двухфазным глинистым грунтам относят двухфазные глинистые пасты и водонасыщенные глины, в которых третья фаза (воздух) отсутствует или настолько мала, что ею можно пренебречь.

Сущность изобретения заключается в том, что определяют плотность скелета глинистого грунта в исходном состоянии, определяют плотность воды, а усадку двухфазного глинистого грунта определяют по формуле:

где - усадка двухфазного глинистого грунта (в долях единицы или процентах); - плотность скелета глинистого грунта в исходном состоянии (г/см³); W₁ и W₂– влажности глинистого грунта в исходном состоянии и после усадки (в долях единицы); - плотность воды (г/см³).

Первый новый признак предложенного технического решения состоит в том, что для определения усадки двухфазного глинистого грунта на основе общедоступных грунтоведческих анализов определяют обычные физические параметры глинистого грунта: плотность скелета глинистого грунта в исходном состоянии и плотность воды. Второй новый признак предложенного технического решения состоит в том, что усадку двухфазного глинистого грунта определяют по формуле:

Данная формула получена не на основе теоретических предложений, а на основе физического вывода, который анализируется следующим образом.

Усадку двухфазного глинистого грунта (глинистые частицы + вода, заполнившая поры) можно представить так.

Исходный объем глинистого двухфазного грунта можно представить как сумму объемов частиц грунта и воды до усадки в виде:

(1)

Объем грунта после усадки двухфазного глинистого грунта можно представить как сумму объемов частиц грунта и воды после усадки в виде:

. (2)

Если усадка глинистого грунта определяется по формуле:

, (3)

и подставляя формулы (1) и (2) в числитель выражения (3) и раскрыв скобки получим:

. (4)

Из выражения (4) видно, что в двухфазном глинистом грунте уменьшение объема грунта при усадке равно объему исправившейся из грунта воды.

Если , (5)

, (6)

где - плотность глинистого грунта при исходной влажности;W_в^исх - влагосодержание двухфазного глинистого грунта в исходном состоянии; - плотность воды, равная 1 г/см³; W₁ – влажность грунта в исходном состоянии,

а , (7)

где W₂ – влажность глинистого грунта после усадки.

Подставляя формулы (5) и (7) в формулу (4), получим:

. (8)

Используя формулу (6) в формуле (8) получим:

. (9)

Зная, что

, (10)

получим окончательную формулу для определения усадки двухфазного глинистого грунта:

. (11)

Вставляя в формулу (11) измерения параметров, входящих в нее получим безразмерную величину, что и соответствует усадке глинистого грунта.

Изложенные новые признаки заявляемого технического решения отсутствуют в известных технических решениях и позволяют, по сравнению со способом по прототипу, предложенному техническому решению проявить эффективность, заключающуюся в создании возможности определения и контроля усадки двухфазного глинистого грунта по показателям изменяющейся влажности без использования специальных сложных приборов.

На основе всего вышеизложенного можно утверждать, что предложенное техническое решение соответствует критерию «изобретательский уровень».

Осуществление способа

Способ определения усадки двухфазного глинистого грунта осуществляется следующим образом.

Берется образец глинистого грунта, определяется его масса в исходном состоянии. Производится сушка образца глинистого грунта в лабораторных условиях, выжидается время стабилизации усадки образца глинистого грунта. Определяется масса образца глинистого грунта после усадки. По известным стандартным методам определяются влажность глинистого грунта в исходном состоянии и влажность глинистого грунта после усадки. Определяют плотность скелета глинистого грунта в исходном состоянии и плотность воды, которая равна 1 г/см³. Усадку двухфазного глинистого грунта определяют по формуле (11).

В таблице приведены результаты определения усадки двухфазных глинистых грунтов (паст) по известному (при помощи конического прибора) и предложенному способам.

Таблица

Наименование глинистого грунта	Влажность глины, в долях единицы	Плотность глины в исходном состоянии г/см³	Усадка глинистого грунта , в долях единицы
исходная W₁	после усадки W₂	предложенный способ	известный способ
монтмориллонитовая глина	0,94	0,17	1,479	0,604	0,589
монтмориллонитовая глина	0,94	0,50	1,479	0,331	0,338
гидрослюдистая глина	0,49	0,13	1,735	0,399	0,412
гидрослюдистая глина	0,49	0,25	1,735	0,282	0,271
каолинитовая глина	0,48	0,41	1,746	0,077	0,072

Как видно из сравнительных исследований разница между предложенным способом и известным способом (инструментальным) незначительна и находится в пределах допустимых погрешностей, что доказывает достаточную точность результатов предложенного способа. Преимуществом предложенного способа определения усадки двухфазных глинистых грунтов является то, что усадка определяется по данным изменения влажности грунта без использования специального сложного прибора.

Способ определения усадки двухфазных глинистых грунтов с нарушенным сложением, включающий отбор образца, определение его веса в исходном состоянии, определение его влажности в исходном состоянии, сушку образца глинистого грунта, выжидание времени стабилизации усадки грунта, определение массы образца грунта после усадки, определение влажности образца грунта после усадки, определение усадки образца грунта расчетным путем, отличающийся тем, что для расчета вначале определяют плотность скелета глинистого грунта в исходном состоянии и плотность воды, а усадку двухфазного глинистого грунта определяют по формуле:

где - усадка двухфазного глинистого грунта (в долях единицы или процентах); - плотность скелета глинистого грунта в исходном состоянии (г/см³); W₁ и W₂ – влажности глинистого грунта в исходном состоянии и после усадки (в долях единицы); - плотность воды (г/см³).

Изобретение относится к грунтоведению, а именно к способам определения набухания глинистых грунтов при их увлажнении. Техническим результатом является упрощение способа определения набухания двухфазных глинистых грунтов.

Устройство для определения коэффициента оттаивания многолетнемёрзлого грунта // 2754094

Изобретение относится к строительству и может быть использовано для определения просадок многолетнемёрзлых грунтов при их оттаивании. Устройство для определения коэффициента оттаивания многолетнемёрзлых грунтов, включающее котлован, площадью А, м2, назначаемой в зависимости от глубины h2, м, определения коэффициента оттаивания, коэффициента бокового давления оттаявшего грунта ξ, угла внутреннего трения ϕ, град., оттаявшего грунта по приведенной формуле, с выделенным целиком-столбом грунта площадью А, м2, отделенным от окружающего грунта посредством пробуренных и часто расположенных скважин.

Прибор для определения деформационных и прочностных свойств грунтов // 2753244

Изобретение относится к строительству применительно к определению деформационных и прочностных свойств грунтов. Прибор содержит гильзу для образца грунта, перфорированные днище и поршень, механизм нагружения поршня, по меньшей мере, два размещенных в поршне штампа, составленных из втулок, вставленных друг в друга, и механизм нагружения штампов.

Штамп для определения деформационных свойств грунтов // 2751302

Изобретение относится к строительству и, в частности, к устройствам для определения деформационных свойств грунтов. Штамп для определения деформационных свойств грунтов включает плоский диск с ребрами жесткости, стол для установки домкрата.

Способ испытания грунтового основания сваей // 2750919

Изобретение относится к строительству, а именно к способам испытания свай статической нагрузкой. Способ испытания грунтового основания сваей включает приложение на модельную сваю вдавливающей силы, непрерывно возрастающей с постоянной скоростью, синхронную регистрацию вдавливающей силы, времени ее приложения и осадки сваи с шагом 0,005 мм осадки сваи, причем в качестве модельной сваи используют натуральную буронабивную сваю в фундаменте сооружения, на нижнем конце модельной сваи размещают датчик давления грунта, на боковой поверхности модельной сваи размещают измерители вертикальной деформации грунта относительно боковой поверхности сваи и на уровнях измерителей размещают глубинные марки по замкнутому контуру в плане радиусом 1-2 диаметра сваи от оси сваи, в направлениях от оси модельной сваи на соседние рабочие сваи в данном свайном фундаменте, при этом дополнительно регистрируют вертикальную деформацию грунта относительно боковой поверхности сваи, вертикальные перемещения глубинных марок, давление грунта под нижним концом сваи синхронно регистрации осадки сваи с шагом 0,005 мм осадки сваи, а после достижения конечного значения вдавливающей силы при ее постоянной величине до стабилизации осадки модельной сваи по условию 0,005 мм/ч синхронно регистрируют осадку сваи, время ее регистрации, вертикальные деформации грунта относительно боковой поверхности сваи и вертикальные перемещения глубинных марок во всех уровнях их размещения и давление грунта под нижним концом сваи синхронно осадке сваи с шагом 0,005 мм осадки сваи.

Способ определения прочности смерзания грунта // 2749226

Изобретение относится к строительству, а именно к исследованию прочностной характеристики мерзлого грунта, и может быть использовано в инженерной геологии при исследовании свойств грунтов до начала строительства, а также при реконструкции зданий и сооружений. Способ определения прочности смерзания грунта включает размещение исследуемого грунта в форме, их промораживание, прикладывание продавливающего усилия и фиксацию усилия среза образца грунта по образцу материала фундамента.

Способ проведения инженерно-геологических и геотехнических изысканий // 2748876

Изобретение относится к области строительства и предназначено для инженерно-геологических и геотехнических изысканий, проводимых при проектирования оснований объектов капитального строительства. Способ проведения инженерно-геологических и геотехнических изысканий с помощью измерительно-вычислительного комплекса, содержащего буровую установку, компьютер, механизм силового нагружения, устройства для полевых испытаний грунтов, программные средства обработки данных измерений и управления механизмом силового нагружения, корреляционные зависимости между параметрами испытаний и характеристиками грунтов.

Способ испытания грунтового основания сваей // 2745499

Способ мониторинга состояния многолетнемерзлых грунтов, служащих основанием для зданий и сооружений, и устройство для его осуществления // 2743547

Изобретение относится к геотехническому мониторингу многолетнемерзлых грунтов и предназначено для прогнозирования критических осадок фундаментов зданий и сооружений на многолетнемерзлых грунтах. Способ мониторинга состояния многолетнемерзлых грунтов, служащих основанием для фундаментов зданий и сооружений, включает возбуждение колебаний, определение скорости и времени вступления продольной волны, проходящей через массив грунтов.

Стенд для моделирования процесса деформирования грунта уплотняющим веществом // 2733534

Изобретение относится к исследованиям процесса деформации твёрдых сред. Стенд включает две плиты (1) и (2), между которыми размещён испытуемый материал (3).

Способ приготовления образцов с цементно-песчаным раствором и устройство для его осуществления // 2755575

Группа изобретений относится к области строительства, а именно к лабораторным исследованиям грунтов, и может быть использована для определения прочностных характеристик мерзлых грунтов и грунтовых растворов. Способ приготовления образцов с цементно-песчаным раствором для определения сопротивления сдвигу по поверхности смерзания с фундаментом и по грунту включает заполнение формы для срезного прибора цементно-песчаным раствором, материалом фундамента или грунтом, охлаждение полученных образцов до заданной температуры, герметизацию и хранение их до начала испытаний. При этом образцы охлаждают в изменяющихся во времени температурных условиях по заранее заданному температурному режиму, который определяют решением теплотехнической задачи или опытным путем, путем передачи образцам ограниченного до требуемого значения количества холода в разные временные периоды их замерзания/твердения. Также представлено устройство для осуществления вышеуказанного способа. Достигается повышение достоверности и надежности определения за счет создания при подготовке образцов для испытания условий замерзания/твердения цементно-песчаного раствора, идентичных натурным условиям. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.