СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОЧНОСТИ СМЕРЗАНИЯ ГРУНТА
METHOD FOR DETERMINING THE STRENGTH OF SOIL FREEZING

Изобретение относится к строительству, а именно к исследованию прочностной характеристики мерзлого грунта - прочность смерзания мерзлого грунта с материалом фундамента, и может быть использовано в инженерной геологии при исследовании свойств грунтов до начала строительства, а также при реконструкции зданий и сооружений.
Известен способ определения прочности смерзания грунта, который заключается в фиксации усилия среза образца грунта, представленного в виде цилиндра диаметром не менее 70 мм и высотой от 1/3 до 1/2 от его диаметра, по образцу материала фундамента, представленного в виде круглой пластины того же диаметра, что и образец грунта, и выполненного из исследуемого материала фундамента, и помещенных в форму (корпус) из материала низкой теплопроводности, позволяющей передавать сдвиговое усилие на образец грунта. При этом на образец грунта создается нормальное к поверхности соприкосновения грунта и материала давление, моделирующее бытовое давление грунта на исследуемой глубине, а сама поверхность находится в горизонтальном положении (см. ГОСТ 12248-2010 Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости. - М.: 2012. - С. 35-38).
Недостатком данного способа является его низкая эффективность, характеризующаяся длительностью всего процесса и высокими трудозатратами. Это обусловлено тем, что для определения одного значения прочности смерзания необходимо смораживать грунт и материал фундамента внутри прибора, прикладывающего срезное усилие. Для проведения следующего испытания необходимо разморозить образец, отформовать новый, установить его на образец материала, поместить в испытательную машину, проморозить и испытать. Таким образом, образцы грунта промораживаются последовательно, а не параллельно. А для параллельного ведения опытов требуется большое количество машин, прикладывающих срезное усилие, что является экономически не целесообразным.
Наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению является способ, который заключается в фиксации усилия среза образца фундамента относительно образца исследуемого грунта. При этом образец фундамента в виде пластины выполнен из тех же материалов, что и реальный исследуемый фундамент. Поверхность соприкосновения пластины и грунта обеспечена путем установки пластины в вертикальное положение в середину ящика-корпуса, тем самым разделяя его на два отсека известных размеров, которые, в свою очередь, заполняются исследуемым грунтом. После этого корпус с пластиной промораживают и осуществляют сдвиг пластины относительно мерзлого грунта (см. Иоспа А.В., Аксенов В.И., Шмёлев И.В. Некоторые результаты испытаний противопучинных и антикоррозионных покрытий для защиты металлических фундаментов на многолетнемерзлых грунтах // ОФМГ. - №5. - 2015. - С. 27-31).
Недостатком данного способа является его низкая эффективность, характеризующаяся длительностью всего процесса и высокими трудозатратами, обусловленными тем, что для получения одного значения прочности смерзания одного образца материала с одним видом грунта, необходимо промораживать его внутри корпуса. Для проведения последующего испытания необходимо разморозить корпус и грунт, заново установить пластину, проморозить и провести испытание. Таким образом, образцы грунта промораживаются последовательно, а не параллельно. А для параллельного ведения опытов необходимо большое количество корпусов и пластин, что является экономически нецелесообразным, ввиду их больших размеров и дороговизны материала.
Техническая проблема известных технических решений заключается в низкой эффективности способов определения прочности смерзания, характеризующейся длительностью всего процесса и высокими трудозатратами, обусловленными последовательным промораживанием каждой формы с грунтом перед определением прочности смерзания и оттаиванием после, а также экономической нецелесообразностью параллельного их определения.
Сущность заявляемого изобретения заключается в том, способ определения прочности смерзания грунта включает размещение исследуемого грунта в форме виде кольца из исследуемого материала фундамента, их промораживание, прикладывание продавливающего усилия к исследуемому грунту и фиксацию усилия среза образца грунта по образцу материала фундамента в процессе продавливания исследуемого грунта сквозь форму.
Технический результат, достигаемый заявляемым изобретением, заключается в повышении эффективности процесса определения прочности смерзания за счет сокращения времени проведения испытаний и их трудоемкости благодаря возможности промораживать требуемое количество форм с грунтом параллельно. Кроме того, обеспечена относительная дешевизна изготовления форм, которая, в свою очередь, обусловлена возможностью их изготовления малого размера из исследуемого материала проектируемого фундамента, то есть отсутствует необходимость изготавливать толстостенную металлическую форму, или же толстостенную форму из дорогостоящего материала низкой теплопроводности. Также обеспечена необходимость только в одной испытательной машине, передающей продавливающее усилие, поскольку формы можно промораживать отдельно, после помещать их в охлажденную машину и далее последовательно испытывать, исключая тем самым необходимость последовательного промораживания каждого образца перед испытанием и оттаивания его после.
Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежами, где:
- на фиг. 1 схематично изображен процесс определения прочности смерзания;
- на фиг. 2 схематично изображен график, получаемый в ходе испытания.
Форма 1, выполненная из того же материала, что и исследуемый материал фундамента проектируемого здания, имеет круглое поперечное сечение с внутренним диаметром не менее 40 мм и высотой равной от 0,75 до 1,5 от внутреннего диаметра. Форма 1 заполнена исследуемым мерзлым грунтом 2, предварительно промороженная вместе с грунтом 2 до требуемой температуры, и установлена на пустотелую опору 3, препятствующую перемещению формы 1 и не препятствующую перемещению грунта 2, которая стоит на горизонтальной поверхности 4 (фиг. 1).
Процесс определения прочности смерзания осуществляется следующим образом.
К исследуемому грунту 2 плавно прикладывают продавливающее усилие 5. Для обеспечения продавливающего усилия может быть использовано любое нагрузочное устройство, например, гидравлический пресс фирмы «INSTRON», оборудованный системой автоматической фиксации прикладываемых усилий и следующих за ним перемещений, или же ручной механический пресс, снабженный динамометром и одним, или двумя, индикаторами ИЧ-50 с точностью измерений 0,01 мм. При этом, ввиду невозможности перемещения формы 1 из-за сопротивления опоры 3 и из-за возможности перемещения исследуемого мерзлого грунта 2 ввиду отсутствия опоры 3 на пути его перемещения на поверхности соприкосновения 6 мерзлого грунта 2 и материала формы 1 возникают реактивные силы сопротивления сдвигу 7 (фиг. 1). При достижении максимального сопротивления сдвигу 8 происходит срыв, характеризующийся падением сил сопротивления 9. Максимальное сопротивление 8 принимается как прочность смерзания (фиг. 2).
Таким образом, заявляемый способ определения прочности смерзания является более эффективным за счет сокращения времени проведения испытаний и их трудоемкости благодаря возможности промораживать требуемое количество форм с грунтом параллельно. Это достигается за счет выполнения относительно дешевых малогабаритных форм из исследуемого материала, отказа от толстостенных, массивных и дорогостоящих форм, отказа от дополнительных пластин из исследуемого материала и, как следствие, последующей ее установки, а также отсутствия необходимости промораживать форму с грунтом непосредственно на испытательной машине.