Тихоненко Д.Г., Дегтярьов В.В. та ін. Практикум з грунтознавства

Подождите немного. Документ загружается.

Фізико-механічні властивості ґр

нтів

изначення ве

хньо

меж

пластичност

)

Метод Аттен

ерга.

рунт готують звичайним способом: відбирають

корені, розтирають ґрунт у ступці товкачиком з гумовим наконечником,

просіюють крізь сито з отворами 1 мм. Близько 20—30 г ґрунту кладуть

у фарфорову або металеву чашку (

=12 см), змочують водою і ретельно

переміш

ють шпателем, доводячи до стан

стої пасти. Для повного

змочування залишають на добу, розміщуючи чашку з ґрунтом в екси-

каторі над водою. Потім ще раз переміш

ють, розрівнюють так, щоб

утворився шар товщиною 1 см по центру чашки, і розрізають ґрунтову

масу шпателем, загостреним під конус на дві рівні частини. Між ними

утворюється щілина шириною по дну чашки 1—1,5 мм і на поверхні

ґрунту 2—3 мм. Слід тричі ударити рукою по дну чашки або скинути

ї тричі з висоти 6 см. Якщо після цього обидві частини ґрунту в чаш-

ці почнуть зливатися так, що заповнять щілину між ними на висоту

1 мм і довжин

1,5—2 мм, то таке зволоження відповідає нижній межі

текучості. Якщо зливання немає, то до ґрунту додають води і операції.

повторюють. При надмірній кількості води ґр

нтова маса зливається

же після першого або другого удару. В цьому випадку в досліджуваний

зразок додають сухий ґрунт або підсушують ґрунт у чашці на повітрі

продовжують визначення

оли одержано потрібну консистенцію ґрунту, з чашки у сушильний

таканчик відбирають пробу ґрунту 10—15 г, зважують, висушують

обчислюють вміст води. Він відповідає ве

хній межі пластичності.

алансирний кон

с Васильєва

(

рис. 11). Кон

с виготовлено з не-

ржавіючої сталі, при вершині 3

висота 25 мм. На висоті 10 мм від

ершини кон

са нанесено колов

позначк

. Біля його основи змонто-

ано балансирний пристрій, який складається з двох металевих куль,

закріплених на кільцях сталевого дроту, зігнутого у півколо. Загальна

маса конуса 76 г. Центр основи

має ручку для утримання ко-

нусу. В дерев’яну підставку,

вс

тавля

ть м

тал

ви

такан-

ик діа метром 4 см і висотою

Ри

с.

алансирни

конус

Ва

иль

ва:

— полірований конус,

— металеві шари;

— к

ва

позначка

— підставка

— ґрунтова паста

агальне ґр

нтознавств

132

2 см, наповнений ґрунтом, який змішано з водою до робочого стану.

оверхню зразка ретельно вирівнюють, розміш

ють на ній кон

с, ос-

нову якого змазано тонким шаром вазеліну. Якщо протягом 5 с конус

заглибиться на 10 мм, це означає, що запас вологи

ґр

нті відповідає

нижній межі текучості або верхній межі пластичності. При меншому

заглибленні додають воду, при більшому — сухий ґрунт або підсушують

зразок ґрунту, домагаючись вказаної глибини опускання конусу. Після

цього відбирають в сушильний стаканчик зразок ґрунту і визначають

його вологість. Повторність визначення дво- трикратна

Визначення нижньої межі пластичності (W

)

ісля визначення верхньої межі пластичності ґр

нтов

мас

підс

шують перемішуванням або доданням сухого ґрунту. Скачують кульку

діаметром 1 см і розкач

ють її на папері

шн

р товщиною 3 мм. Якщо

під час цієї операції шнур не розпадається, то ґрунт знову збирають

у кульку і розкачують. Операцію повторюють, поки шнур через втрату

надлишку вологи не почне розпадатися на дрібні шматочки (8—10 мм).

х швидко збирають у сушильний стаканчик, і набравши 5—10 г ґрунту,

изначають його вологість. Повторність визначення двократна. За цими

даними обчислюють се

едні значення вологості, які відповідають ниж-

ній межі пластичності. Для багатьох ґр

нтів нижня межа пластичності,

або межа розкачування у шнур, відповідає приблизно максимальній мо-

ек

лярній вологоємкості

исло пластичності W дорівнює різниці у вмісті вологи при ниж-

ній межі текучості та межі розкачування у шнур. Наприклад,

—

. Припустимо, що вологість нижньої межі текучості дорівнює 36%,

межі розкачування — 18%. Число пластичності становитиме

—

18 = 18

а числом пластичності висновують про гранулометричний склад

ґр

нт

(0 — пісок, 0—7 — с

пісок, 7—17 — с

глинок, більше 17 —

глина

а показниками пластичності та природної вологості обчислюють

показник консистенції

або число консистенції

пpиp.

−

(

прир.

—

природна вологість, %;

—

— нижня межа пластичності

;

— чи

пластичності

апропоновано таку класифікацію ґрунтів за показниками консис-

енцій [1

133

Фізико-механічні властивості ґр

нтів

упіски

углинки та глини

тверді ………………. <

верді………………..

пла

тичні

……………

—

напівтве

ді………….

-0

тек

чі……………….

ту

жаво пластичні…...

25-0

м’ягк

пла

тичні

……..

екучопластичні…….

75—

екучі………………..

Наб

хання

Набухання — збільшення об’єму ґрунту в процесі змочування.

наслідок гідратації ґрунтових часток і утворення на поверхні їх обо-

лонок крихко зв’язаної води зменшуються сили зчеплення між ними,

они віддаляються одна від одної, що п

изводить до збільшення загаль-

ного об’єм

ґр

нт

. Здатність ґр

нтових часток до наб

хання пов’язана

з гранулометричним, мінералогічним та хімічним складом, а також з їх

початковою

ільністю та вологістю.

Існує декілька теорій про природу набухання. Капілярна теорія по-

снює набухання дією капілярних сил в середині та на поверхні змо-

уваного зразка. В основі теорії сольватних оболонок — уявлення про

подвійний електричний шар як конденсатор, у якого одна обкладка зна-

одиться в твердій фазі, друга — в рідкій

смотична теорія пояснює процес набухання різницею концентра-

цій розчинів. Якщо концентрація розчин

в пористом

просторі вища,

за концентрацію навколишнього розчину, то відбувається набухання,

а якщо нижча — спостерігається стиснення. Ця теорія підтрим

ється

багатьма дослідниками.

датність ґр

нтів до наб

хання можна охарактериз

вати ст

пенем,

ологістю та тиском набухання.

1. Ступінь, або деформація, набухання визначається зміною об’єму

маси а

о висоти зразка

100

ПK

⋅

−

;

100

ПK

⋅

−

;

100

пк

⋅

−

агальне ґр

нтознавств

134

(

((

— ступінь набухання за об’ємом, масою та висотою зразка, %;

— попе

едній та кінцевий об’єми з

азка, с

;

— попе

едня та кінце-

а маси зразка, г

;

— попередня та кінцева висота зразка, мм;

— щіль-

ність води

г/см

2. При вологості набухання припиняється вбирання рідини зразком

ґрунту:

100

СК

⋅

−

РР

(

— вологість набухання, %;

— маса повністю набухлого зразка, г;

— маса с

хого зразка, г)

3. Тиск набухання — розвивається в процесі набухання при відсут-

ності об’ємних деформацій

(

—

тиск наб

хання, кг/с

;

— сила набухання, кг;

—

площа зразка,

який досліджується, см

методів визначення ступеня набухання найбільш розповсюджений

метод Васильєва. Досліджуваний зразок ґрунту вміщують в металеве

кільце між перфорованими пластинками. Ст

пінь наб

хання точно фік-

ують індикатором (мессурою). Автором методу сконструйовано прилад

(

рис. 12)

ільце та насадка з одного боку заточені під кутом 6

з друго-

го — мають вист

п для з’єднання. Висота кільця 10 мм. На верхній

астині диска є перфороване

аглиблення —

ін

е як ос-

нова для кільця з насадкою.

На диску гвинтами кріпить-

я з’єдн

вальна д

жка, при-

начена для фіксації кільця

Ри

с.

Пр

илад для визна

ення на

ухання ґрунту

— диск з перфорованим дін-

цем

;

— гвинти

;

— м

та-

леве кільце

;

— насадка

;

— поршень

;

—

’єднувальна дужка;

— інди-

катор-м

сс

ра

;

— ванночка

;

— к

ишка до кільця

135

Фізико-механічні властивості ґр

нтів

з насадкою і як опора для індикатора (мессури). Ніжка індикатора тор-

кається перфорованого поршня

ід аналізу

Перед початком роботи прилад розбирають. В кільце

з насадкою бер

ть проб

ґр

нт

з моноліт

. Для цього кільце гострим

краєм насадки становлять на горизонтальну поверхню моноліту і, по-

тупово вдавлюючи (використовують для цього кришку 10), заповню-

ть зразком з деяким надлишком. Кільце зі зразком виймають ножем,

ізають надлишки і зачищають то

ець пове

хні. Обе

ежно відділяють

ід кільця насадку, а зразок акуратно зрізають по площині врівень з кра-

ми кільця. Кільце зі зразком зважують і, надівши насадку, становлять

на перфороване дінце диска, покрите фільтром

оверхню зразка також покривають фільтром і опускають на неї пор-

шень. Закривши гвинтами д

жк

налагодж

ють індикатор так, щоб його

ніжка торкалася головки поршня

ібраний прилад ставиться у ванночку. Перед проведенням досліду

записують показники індикатора за великим і малим циферблатами.

оцільно відрахування починати з нуля. У ванночку наливають воду,

повністю закриваючи дінце; зразок повинен насичуватися капілярно.

ідмічають час заливки води, а потім фіксують показання індикатора

ерез певні інтервали час

до припинення наб

хання зразка (спочатк

вилинні, потім годинні, а в кінці добові строки спостережень). Процес

наб

хання можна вважати закінченим, якщо показання індикатора за

станні дві доби не перевищують 0,01 мм

садк

ід усадкою ґрунту розуміють зменшення його об’єму під час ви-

ихання. Межа усадки відповідає повному видаленню води з ґрунту

переход

з напівтвердої

тверд

консистенцію. Усадка залежить від

тих же факторів, що і набухання, і прямо корелює з ним.

Усадк

визначають за величиною лінійної або об’ємної

садки та во-

логості, за якої припиняється усадка

ід

оботи.

овітряно сухий зразок ґрунту подрібнюють у ступці

товкачиком з гумовим наконечником і просіюють крізь сито 0,5—1 мм.

ідготовлений зразок змішують з водою до консистенції, яка відпові-

дає верхній межі пластичності, і витримують протягом доби в закритій

посудині над водою (для повного набухання). Перевіривши конусом Ва-

ильєва відповідність зволоженості верхній межі пластичності, сирий

ґрунт кладуть у металеву або з органічного скла прямокутну формочку

розміром 5х3х2 см, змазавши стінки тонким шаром вазелін

. При від-

утності спеціальних формочок можна використовувати кришки від

алюмінієвих бюксів. Поверхню ґрунту у формочці ретельно вирівнюють

агальне ґр

нтознавств

136

роблять неглибокі діагональні канавки. Після цього ґрунт висушують

на повітрі. Підсихаючий, ґр

нт стискається і відстає від стінок формоч-

ки. Ґрунт виймають з формочки, фільтрувальним папером обережно зні-

мають з його поверхні вазелін, клад

ть ґр

нт

шильн

шаф

і вис

шують при температурі 10

до постійної маси

имірюють об’єм формочки та довжину діагоналей сирого та сухого

зразків ґрунту. Об’єм сухого зразка визначають методом гідростатично-

го зважування.

Усадку обчислюють за формулами

100

⋅

−

;

100

⋅

−

;

100

)(100

⋅

−⋅

⋅=

(

— лінійна

садка, %;

— о

’ємна

садка, %;

— вологість

садки, %;

— довжина діагоналей сирого ґрунту (діагоналей формочки), см;

—дов-

жина діагоналей ґрунту після усадки, см;

— початковий о

’єм ґрунту

(

об’єм формочки), см

;

— об’єм ґрунту після усадки, с

;

— вологість

яка відповідає ве

хній межі пластичності, %;

—

маса сухого ґрунту після

садки, г)

ипкі

е здатність ґр

нт

прилипати до предметів, які взаємодіють з ним

до робочих частин і коліс ґрунтообробних знарядь та машин. Вона ви-

являється тоді, коли зчеплення між ґр

нтовими частинками менше, ніж

між ґрунтом та предметами, які з ним взаємодіють

Липкість вимірюється з

силлям в г на 1 см

пот

ібним для того, щоб

ідірвати від ґрунту прилиплі до нього диск або пластини

=τ

(

τ — липкість, г/см

;

— зусилля, яке пішло на відривання диску від ґрунту,

Н;

— площа диска, см

Липкість ґрунту залежить від його гранулометричного, хімічного

а мінералогічного склад

, від стр

кт

ри та вологості. Ґр

нти глинисті

137

Фізико-механічні властивості ґр

нтів

та безструктурні прилипають сильніше, ніж легкі за гранулометричним

кладом або стр

кт

рні глинисті. З підвищенням вологості до певної

межі липкість збільшується, а далі зменшується, бо порушується зчеп-

лення між частинками ґр

нт

. У ґр

нтах стр

кт

рних, наприклад, в чор-

ноземах, липкість починає з’являтися при 60—80% загальної вологоєм-

кості. Безструктурні ґрунти починають прилипати при більш низькій

ологоємкості. Поява липкості пов’язана з вертикальним тиском. Тому

для ха

акте

истики липкості та п

актичного вико

истання даних слід

ивчати її в динаміці вологості, починаючи від найменшої і закінчуючи

насиченням. Під час дослідження слід використовувати диски з такого

ж матеріал

що і предмет, який взаємодіє з ґр

нтом

Для визначення липкості користуються приладами В. В. Охотіна,

Н. А. Качинського

М. І. Лактіонова та ін

Для визначення липкості ґрунту під час обробітку плугом користу-

ться металевим диском, для пневматичних коліс машин — гумовим.

о приладу додаються гирі для доповнення маси диска за стержнем до

200 г та до 500 г. Формочки для зразка ґрунту мають сітчасте дно та за-

гострений верхній край (щоб легше врізалися в ґрунт). Визначення мож-

на проводити на зразках порушеного та непорушеного складу. Оскільки

липкість виявляється в певном

інтервалі вологості, для визначення по-

атку та кінця прилипання дослідження починають при вологості, яка

ідповідає загальній вологоємкості, і продовж

ють підс

вати ґр

нт.

Прилад Качинськог

(рис. 13) являє собою видозмінені технохіміч-

ні ваги, праву чашку яких замінено спеціальним підвісним стрижнем,

кий закінчується диском площею 10 см

. Диск та стержень зрівнова-

жуються лівою чашкою вагів та алюмінієвим стаканчиком відповідної

маси. Підвісний стержень має гвинтове кріплення, що дозволяє зміню-

ати його довжину. Коромисло приладу поставлене на нерухому колон-

, закріплен

на металевій основі, і том

має постійн

висот

у.

порою для призми коромисла є металева «подушка» верхньої час-

тини колонки. Тяга в середині колонки підіймає і оп

скає аретір

неробочому положенні коромисло лежить на стійках трохи підня-

того аретіра. Під час роботи аретір опускають і опорна призма коромисла

лягає на «подушку». Чашки та стержні з диском підвішені на коромислі

на сережках. На вінцях коромисла є таровочні грузики, а в центрі закріп-

лена стрілка, за допомогою якої знімають виміри по

шкалі, розташованій

біля основи колонки. П

илад встановлено на важкій металевій плиті. До

комплект

входить декілька дисків: металевий, лат

нний, дерев’яний,

гумовий, які використовуються в залежності від потреби в них

ід роботи.

разок ґр

нт

для досліджень клад

ть

формочк

з фільтрувальним папером на сітчастому дні. При дослідженні липкості

ґрунту в полі у формочку беруть зразок непорушеного складу. Під час

агальне ґр

нтознавств

138

зяття монолітика формочку розміщують на поверхні ґрунту і надавлю-

чи р

кою або спеціальним шомполом, заглиблюють її до наповнення.

отім її обкопують ножем і виймають з деяким запасом ґрунту. Надли-

шок ґр

нт

зрізають гострим ножем врівень з краями формочки. При

изначенні липкості ґрунту порушеного складу у формочку насипають

зразок, просіяний крізь решето з отворами 1—3 мм. Формочк

зі зраз-

ком ґрунту ставлять у ванночку з водою для насичення до загально

во-

огості, а потім переносять на плиту приладу з боку диска. На коро-

мисло підвішують диск і зрівноважують його з чашкою. Подовжуючи

або скорочуючи підвісний стержень, досягають повної взаємодії диска

з ґр

нтом. Зверх

на диск клад

ть гирю, вага якої визначається завдан-

ням дослідження. Опускають аретір і витримують навантаження про-

ягом

с. Диск прилипає до ґр

нт

. Придерж

ючи р

кою стержень,

знімають вантаж. В стаканчик на лівій чашці терезів з пісочниці поти-

еньк

насипають чистий кварцовий пісок до відрив

диска від ґр

нт

ісок зважують. Перемістивши формочку і витерши диск, повторюють

Ри

с.

Прилад Качинського для визначення липкості ґрунту.

1 — аретір; 2 — колонка

;

— стрілка;

— ліва чашка терезів;

— стаканчик

;

— таровочний грузик;

— коромисло;

— с

жка

;

— гвинтове кріплення;

—

ст

рж

нь

;

— диск

;

— формочки;

— лиски

;

—

івноваги; 1

— пісочниця

139

Фізико-механічні властивості ґр

нтів

изначення на новому місці. На одно

зразк

викон

ють п’ять визначень

ереднє з яких є кінцевим результа

том. По відношенню маси піск

площі диска обчислюють липкіст

ґрунту в г/см

Пі

ля ви

нач

ння лип

кості з поверхні зразка ґрунту берут

оби на вологість. Че

ез певни

проміжок часу на цьому ж зразку по

то

юють визначення до п

ипиненн

прилипання ґр

нт

до диска

а одержаними даними складают

таблицю та графік липкості ґр

нт

залежності від його вологості. На ос

ор

динат відкладають липкість в г/см

на осі абсцис — відносну вологість

илад Лакт

онова

(р

ис. 14

)

складається з динамометра, який

рухається вертикально по стійках за

допомогою гвинтового стержня. До

пружини динамометра прикріплено

металев

жк

з крюком. Основа

приладу має пази для закріплення

формочки зі зразком ґрунту

Формочка (рис. 15) для визна-

ення липкості ґрунту виготовлена

з кольорового металу. Чашку фор-

мочки ретельно заповнюють ґрун-

том

доведеним водою до тістоподіб-

ного стану (контроль — конусом

асильєва). Кількість ґр

нт

повин-

на

ути з невеликим надлишком. До

ґрунту притирається металева плас-

тина, доки вона н

стан

торкатися

інців формочки. Ґрунт, який вида-

иться з-під пластини

видаляється.

Формочка ставиться у пази прила-

. За допомогою гвинтового стержня

металева пластинка відривається від

поверхні ґр

нт

. В момент відрив

трілка динамометра фіксує силу,

итрачену на відрив.

Ри

с.

14.

Прилад Лакт

онова

ля ви значення липкості

нт

— динамометр

;

—

тійки

;

— гвинтови

сте

жень;

— пружина динамометра

;

— металева дужка

;

— крюк;

— основа приладу;

— пази для кріплення

формочки;

— стрілка

динамометра

Ри

с.

мочка для визна

ення липкості ґрунту

— чашка формочки;

— м

тал

ва пла

тинк

агальне ґрунтознавств

140

а показниками динамометра визначають липкість ґрунту в г/с

ви-

користовуючи дані таблиці

40. Прилипання ґр

нт

, г/с

По

ка

ан-

я шк

ли

ипкість

г/с

ка

ання

ли

ипкість

г/см

По

ка

ання

ли

ипкість

г/с

115

175

130

185

8 195

145

200

105

160

215