СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ПОРИСТОСТИ ГРУНТА ПРИ КОМПРЕССИОННЫХ ИСПЫТАНИЯХ
METHOD FOR DETERMINING CHARACTERISTICS OF SOIL POROSITY IN COMPRESSION TESTS

Изобретение относится к области инженерной геологии, в частности к изучению физических свойств грунтов, и может быть использовано для определения характеристик пористости грунта  при компрессионных испытаниях образцов в условиях невозможности бокового расширения.
Известен «СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО ИЗМЕРЕНИЯ ПОРОВОГО И БОКОВОГО ДАВЛЕНИЯ В УСЛОВИЯХ КОМПРЕССИОННОГО СЖАТИЯ ГРУНТА» RU 2416081 [2], содержащий следующие этапы: подготовка одометра, датчиком перемещений контролируют и измеряют величину перемещения образца грунта, датчиком контролируют поровое давление на нижней границе образца. Используя разработанную программу, производят испытание грунта на компрессионное сжатие с постоянной скоростью осевой деформации до заданного эффективного напряжения. В ходе испытаний измеряют полные и эффективные вертикальные и боковые напряжения, поровое давление и осевую деформацию.
Недостатком способа является невозможность определения характеристик пористости грунта.
Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков является «ГОСТ 25100-2011. Грунты. Классификация»,
Приложение А.6 – коэффициент пористости  и
Приложение А.20 – пористость грунта
3
3
где  - плотность частиц грунта, г/см,  плотность сухого грунта, г/см. [1]
Если в рамках известного способа проводить компрессионные испытания образцов на множестве ступеней давления в условиях невозможности бокового расширения, то определение параметров пористости и коэффициента пористости займет много времени и будет обладать повышенной трудоемкостью, так как на каждой ступени понадобится определение всех искомых величин.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение скорости и снижение трудоемкости определения характеристик пористости грунта  при компрессионных испытаниях образцов.
Технический результат достигается тем, что способ определения характеристик пористости грунта при компрессионных испытаниях, включающий взвешивание образца, измерения высоты и площади поперечного сечения его, высушивание образца до установления постоянной массы, определение массы высушенного образца и объема минеральных частиц, причем пористость грунта определяют на каждой из ступеней давления компрессионных испытаний по формуле:
где  QUOTE – объем минеральных частиц в образце;  QUOTE  площадь поперечного сечения образца;  QUOTE  – высота образца перед началом компрессионных испытаний (начальная высота);  QUOTE  – изменение высоты образца на i-й ступени, а коэффициент пористости грунта определяют на каждой из ступеней давления компрессионных испытаний по формуле
QUOTE
Формула выполнена без разделения признаков на ограничительную и отличительную части, поскольку изобретение не имеет прямого аналога.
Отличительной особенностью предлагаемого способа является то, что одновременно определяют серию характеристик пористости грунта при компрессионных испытаниях.
d
s
о
о
Известен  способ определения характеристик пористости грунта расчетным способом по экспериментально найденным значениям плотности сухого грунта ρ и минеральных частиц ρ. Однако этот способ позволяет определять только начальные значения величин пористости n и коэффициента пористости eпо формулам:
(1)
(2)
Характеристики пористости грунта на i-й ступени давления при компрессионных испытаниях можно определить по формулам:
(3)
;
(4)
где  QUOTE  – плотность сухого грунта на i-й ступени давления.
Выражение плотности сухого грунта в процессе компрессионных испытаний образца можно представить в виде:
(5)
где  QUOTE  – масса высушенного образца;  QUOTE  – объем образца на i-й ступени компрессионных испытаний. В свою очередь объем образца определяется зависимостью:
QUOTE (6)
где  QUOTE  площадь поперечного сечения образца;  QUOTE  – высота образца перед началом компрессионных испытаний (начальная высота);  QUOTE  – высота образца на i-й ступени давления;  QUOTE  – изменение высоты образца на i-й ступени.
Плотность минеральных частиц образца определяется зависимостью:
(7)
где  QUOTE  – объем минеральных частиц в образце.
Подставив приведенные зависимости (5), (6) и (7) в (3) и (4), получаем формулы для определения характеристик пористости грунта в процессе компрессионных испытаний
(8)
(9)
На рисунке 1 показан пример устройства для компрессионных испытаний образцов грунта (разрез), где:
1 - перфорированный верхний штамп;
2 - фильтрационная бумага;
3 - корпус;
4 - образец грунта.
0
i
i
d
i
i
°
Определение характеристик пористости  грунта при компрессионных испытаниях производится в следующей последовательности. Образец грунта подготовленный для компрессионных испытаний, помещают в корпус 3 с известной площадью поперечного сечения F, измеряют начальную высоту образца h, проводят ступенчатое нагружение образца нагрузками σ, при этом фиксируют изменения высоты образца ∆h, затем образец высушивают при температуре 105С, определяют объем минеральных частиц Vи по формулам (8) и (9) рассчитывают пористость nи коэффициент пористости eна каждой ступени награждения образца.
2
3
0
d
В таблице 1 представлены результаты определения характеристик пористости грунта по данным компрессионных испытаний (F=60,10 см; h=25 мм; V=90,15см).
Предлагаемый способ позволяет определять характеристики пористости грунта на всех ступенях давления компрессионных испытаний без дополнительных измерений и определений, что создает предпосылки для автоматизации процесса измерения.
Технический результат – повышение скорости определения характеристик пористости грунта  на всех ступенях давления и снижения трудоемкости достигается тем, что при определении характеристик пористости грунта  используются данные, полученные при производстве серии компрессионных испытаний без дополнительных измерений.
Промышленное применение
Изобретение может применяться для точного измерения пористости грунта на всех ступенях давления компрессионных испытаний, что позволит точнее предсказать поведение грунта под фундаментом постройки и повысить надежность и долговечность фундаментов и, соответственно, сооружений.