Способ определения усадки двухфазных глинистых грунтов
METHOD FOR DETERMINING SHRINKAGE OF TWO-PHASE CLAY SOILS

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
3
3
1
2
- усадка двухфазного глинистого грунта (в долях единицы или процентах),  - плотность скелета глинистого грунта в исходном состоянии (г/см), W и W– влажности глинистого грунта в исходном состоянии и после усадки (в долях единицы), - плотность воды (г/см).
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:
,
3
3
1
2
где - усадка двухфазного глинистого грунта (в долях единицы или процентах);  - плотность скелета глинистого грунта в исходном состоянии (г/см); W и W– влажности глинистого грунта в исходном состоянии и после усадки (в долях единицы); - плотность воды (г/см).
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)
в
1
исх
3
где  - плотность глинистого грунта при исходной влажности;W - влагосодержание двухфазного глинистого грунта в исходном состоянии; - плотность воды, равная 1 г/см; W – влажность грунта в исходном состоянии,
а , (7)
2
где  W – 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.
3
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/см. 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
<maths num="29"><img file="00000024.jpg" he="6" wi="8" img-content="undefined" img-format="jpg" /></maths>  г/см<sup>3</sup>
Усадка глинистого грунта <maths num="30"><img file="00000025.jpg" he="7" wi="5" img-content="undefined" img-format="jpg" /></maths>, в долях единицы
исходнаяW<sub>1</sub>
после усадкиW<sub>2</sub>
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.