Способ лабораторного определения максимальной плотности и оптимальной влажности грунта

(51)5 Е 02 О 1/00 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТПРИ ГКНТ СССР ЕТЫТИЯ БРЕТЕНИЯ ПИСАНИЕ ПАТЕНТ(56) Авторское свидетельство СССР М 654737, кл, Е 02 О 1/00, 1979.Метод лабораторного определения максимальной плотности. М., Госкомитет СССР по делам стр-ва, ГОСТ 22733-77 Грунты.1981.(54) СПОСОБ ЛАБОРАТОРНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ,МАКСИМАЛЬНОЙ ПЛОТНОСТИ И ОПТИМАЛЬНОЙ ВЛАЖНОСТИ ГРУНТА (57) Изобретение может быть использовано при строительстве для определения свойств Изобретение относится к способам оп- ределения механических характеристик грунтов, преимущественно к лабораторным способам определения максимальной плотности и оптимальной влажности грунтов,Известен способ определения физико- механических свойств грунтов в полевых условиях, основанный на вдавливании зонда в грунт, а по давлению в камере зонда определяют лобовое сопротивление (плотность) грунта.Наиболее близким техническим реше- . нием из известных является способ лабораторного определения максимальной плотности и оптимальной влажности грунта, включающий подготовку двух-трех проб увлажненного грунта, загрузку их в цилиндр прибора с уплотнением ударами стандартного груза, пяти- шестикратное повторение Рс" НЬЙ ИНСТИТУТ ПРОф 44 СО грунтов основании. Максимальную плотность ( у макс) и оптимальную влажность грунта(%опт) определяют в цилиндре прибора в 6 - 10 раз меньшим объемом по сравнению со стандартным, Предварительна осуществляют многократные замеры Хоп и )флокс в стандартных приборах и приборах меньшего объема. Затем метод статистического анализа определяют переходные эмпирические коэффициенты, а также погрешности оценок стандартного значения у макс и ЧЧопт. С учетом выявленных зависимостей пересчи 1 ывают значения умакс и Юопт, полученные в цилиндрах прибора с меньшим объемом, получая их стандартные значения, 2 табл., 5 ил. уплотнения грунта при увеличении влажности каждый раз на два-три процента, построение графика зависимости плотности скелета грунта после уплотнения от влажно- - д сти и нахождение максимального значения Я плотности скелета грунта и соответствующего значения оптимальной влажности,Недостатком указанного способа является низкая производительность, так как в нем осуществляют обработку проб грунта большой массы (до О кг) в цилиндре стан- ,Р даотного прибора большого обьема (до 1000 см") при увеличенном времени уплотнения грунта (120 ударов стандартного груза массой 2,5 кг, гадающего с высоты 0,3 м). Цель изобретения - повышение точности и производительности путем использования для загрузки грунта в цилиндр1718726 едактор Н.Химч тор М.Кучерявая аказ 893 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Про ственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарина, 101 ла ГУ Составитель Ю,МатвееТехред М.Моргентал= 0,01,55 прибора в 6-10 раз меньшим обьемом по сравнению со стандартным,Укаэанная цель достигается тем, цто в способе лабораторного определения максимальной плотности и оптимальной влажности, включающем подготовку двух-трех проб увлажненного грунта, загрузку их в .цилиндр прибора с уплотнением ударами стандартного груза, пяти- шестикратное повторение уплотНения грунта при увеличении влажности каждый раз на два-три процента, построение графика зависимости плотности скелета грунта после уплотнения от влажности и нахождение максимального значения плотности скелета грунта и соответствующего значения оптимальной влажности, производят подбор количества ударов стандартного груза, соответствующего стабилизации плотности образца грунта в цилиндре прибора с меньшим объемом, осуществляют многократные замеры значений максимальной плотности скелета грунта ( макс) и оптимальной влажности (Юопт) в цилиндре прибора с меньшим объемом. йт 1 етодом статистического анализа определяют эмпирические коэффициенты (А, В, С и О) йерехода от замеренных умакс и И опт к стандартным значения максимальной плотности с макс) и соответствующей оптимальной влажности грунта (Юстопт), а также погрешностей оценок у макс и ЧЧст ст ,и чч), причем связь между значениями1 ст ст у макс и Ч 4 опт и ЗначЕниямимакс и Ю опт аппроксимируют соответственно функциями видат ст макс = А ) макс + В + уЯ опт == =С В/опт+ О+ 1 в:а пробы грунта с объекта строительства обрабатывают в цилиндре прибора с меньшим объемом с определением значений максимальной плотности грунта и соответствующей ей оптимальной влажности, при атом стандартные значения максимальной плотности и оптимальной влажности грунта: с объекта строительства пересчитывают по указанным формулам.На фиг,1 изображен прибор для определения максимальной плотности и оптимальной влажности грунта с уменьшенным объемом цилиндра, общий вид; на фиг,2 - зависимость плотности скелета глинистого грунта от числа. ударов стандартного груза й, полученная в приборе с объемом цилиндра 100 см , на фиг.З - зависимости плотноз,сти скелета от влажности для супесчаного (а) и суглинистого (б) грунтов, на фиг,4 - взаимосвязь характеристик максимальной плотности (а) и оптимальной влажности (б), полученных в приборах; стандартном и с т 10 15 20 25 30 35 40 45 50 уменьшенным объемом цилиндра для песков и супесков; на фиг.5 - взаимосвязь ха.- .рактеристик максимальной плотности (а) иоптимальной влажности (б), полученных вприборах; стандартном и с уменьшеннымобъемом цилиндра для суглинков и глин,Изобретение осуществляется в приборедля определения максимальной влажностигрунта и соответствующей оптимальнойвлажности с уменьшенным объемом цилиндра. Прибор состоит из подстаканника 1, вкотором установлен разъемный цилиндр 2объемом 100 см, образованный двумя проздольными половинами, зафиксированнымидруг относительно друга в, вертикальнойплоскости при помощи шпилек (не показаны), На торцовой части разъемного цилиндра выполнены внешние цилиндрическиепроточки, В горизонтальной плоскости продольные половины разьемного цилиндра 2зафиксированы в подстаканнике 1 при помощи винтов 3. На верхний торец разъемного цилиндра 2 одет насадной цилиндр 4,имеющий внутренние проточки, В насаднойцилиндр вставлен плунжер 5, имеющий наверхнем торце углубление для установки направляющего стержня 6, на который одетагиря 7 с возможностью вертикального перемещения. Образец грунта 8 формируют вовнутреннем объеме разъемного цилиндра 2.Каждую отобранную пробу грунта испытывают в приборе с малым объемом цилиндра и в стандартном приборе.П р и м е р 1. Определяют количествоударов стандартного груза (гири), необходимое для уплотнения суглинистого грунта вприборе с объемом цилиндра 100 см .Грунт засыпают в разъемный цилиндр 2до верхнего края насадного цилиндра 4. Наповерхность грунта устанавливают плунжер5 и осуществляют уплотнение грунта 10-юударами гири 7, падающей по направляющему стержню 6 с высоты 30 см, с последующим замером плотности образца грунта.Операции уплотнения и замера плотностиповторяют неоднократно, причем каждыйраз делают пять ударов гири.Полученные результаты представленына фиг.2,Требуемое количество ударов гири йопределяют из условия Ускгде ускм - плотность грунта, достигнутая после последнеи серии ударов: Уск(н): - плотность грунта, достигнутая после предыдущей серии ударов.Так, при количестве ударов й = 40 достигнута плотность скелета грунта уск =1,745 г/смз, а при й = 45 - у ск = 1,76 г/см,3 что приводит к выполнению указанного условия.Следовательно,.требуемое количество . ударов составляет 45 БП р и м е р 2, Для целей дорожного. строительства в заданном районе определяют эмпирические коэффициенты перехо-; да от-значений максимальной плотности грунта у макс и оптимальной влажности.10 ЧЧопт, измеренных в цилиндре прибора с меньшим обьемом, к стандартным значени: ям максимальной плотности у "мако и оптимальной влажности ЧЧотопт, а такжв . 90-процентные доверительные интервалы. 15 погрешностей стандартного значения максимальной плотности 1 у и оптимальной влажности а для песчаных и супесчаных грунтов.Для этого из 12 карьеров взяты пробы 20 характерных песчаных и супесчаных грунтов различного гранулометрического состава.Их основные физические характеристики представлены в табл.1, 25Испытание в приборе с малым объемом цилиндра производят в следующей последовательности (пример для грунта по п.4 табл.1).1. Пробу грунта, имеющую исходную 30 массу 1055 г, высушивают до воздушно-сухого состояния с последующим отбором из нее проб для определения влажности термовесовым способом.Среднее значение влажности воздуш но-сухого грунта составило:ЧЧи = 2,5%.2. Из исходной пробы методом квартования выделяют три частные пробы, массы КОТОРЫХ СОСТдВИЛИ: 40 птпр 1 = 363 г, гп и р 2 = 380 г, гппрз = 357. г. 3, Количество воды О, которое необходимо добавить к указанным пробам для обеспечения влажности ЧЧт (исходное значение для песчаного грунта принимают рав ным 4%), определяемой формулой- 0 " 1 чЧ 0,01 (ЧЧ, - ЧЧ.) (1) где - номер пробы, составит: 50 01=5,24 г; 02=5,48 г; 03=5,15 г.4. Увлажненный грунт засыпают в расчетный цилиндр прибора до верхнего края насадного цилиндра 4, На поверхность грунта устанавливается плунжер 5 и произ водится уплотнение 35-ю ударами гири, падающей с высоты 30 см. Затем плунжер и насадной цилиндр снимают, а грунт, выступающий из разъемного цилиндра, аккурат.36. Операции. по пп.3-5 повторяют с увеличением влажности ЧЧт каждый раз на 23% до тех пор, пока в двух-трехпоследовательнь 1 х опытах не будет зафиксировано монотонное снижение величиныу, При этом испытание грунта каждой частной пробы производят не более 2-3 раз.7, По полученным, данным строят график зависимости уок = т(ЧЧи), представленный на фиг.2 а,На графике находят максимум величинплотности скелета грунта у макс и соответствующее значение. влажности грунта ЧЧопт,которые составляют для данного грунта2,01 г/см и 9,2% соответственно,Результаты испытаний всех проб грунтапрЕдставлены на фиг.4 в виде зависимостейт1 стмакс От ) макс и ЧЧ опт От /Ч опт соответственноПолученные данные аппроксимируютметодом наименьших квадратов линейными функциями видамакс = А Умакс+ В; (4)ЧЧ опт = СЧЧопт + 0 (5)с подсчетом эмпирических коэффициентов А, В, С и О по формуламст " 1стЗ иаэс 1 Ьиаксм) " Ц ионс 1)- бианс 1)ет 1:т " ест П. (3"мак) макс 1): Й макс 1) :- 3"макс 1 ) но срезают по уровню внешней кромки ци линдра, Полученный образец грунта взвешивают с точностью до 1 г и рассчитывают плотность ур 1 влажного грунта,где птоы - масса образца грунта во влажном состоянии, г, Чц = 100 см - внутренний обьем цилиндра.Так, при влажности Ют = 4% плотность влажного грунта после уплотнения составила:)в= 1,88 г/см .35: Полученный образец грунта разрыхляют, из Образовавшейся массы берут три пробы для определения истинного значения влажности грунта Юи термовесовым способом;ЧЧи = 4,03%.При этом плотность скелета грунта уск, определяемая по формуле1718726 25 30 оставедниезначе дои пробы грунтаъемом цилиндра льности,приведе ние влажноститавляет: 2,.опт)а нно максальнойдре прианиях отхого ие знай плотности, 50 где чения с ности получен объема грунта. Фааибольш имальновлаж бора с м обранн ньшим х проб ния Яуь и Я ческие з оста 55 ли:ЯВел упт = 0,014 г/смичины погрепо формуламт(а, и) Я утп Явлп = 0,85%ностей уи уу де ляемы у; (Ыпт,;) - СЕ (/опт,1)1:1 где и - число испытанных проб грунта, 10 Фактические значения коэффициентов составили: А = 0,968; В = 0,044 г/см; С = =0,95; О = 0,23 %.Определение вероятных погрешностей пРедСказаниЯ значений Устмакс и ЧЧстопт по 15 зависимостям (4) и (5) производят следующим образом. Рассчитывают средние квадратические отклонения между фактическими стандартными значениями максимальной плотности и оптимальной 20 влажности гРУнта (У стмаксз, ЧЧоптз) и соответствующими величинами, вычисленными по формулам(4) и(5) 1/ макс.1 ЧЧ оптз Фактические значения Яу и Яууляют;Яу = 0,012 г/смз; Яа = 0,7%.Определяют максимальныеквадратические погрешности оценния у "макс и В/стопт по формулам ( ю = т (а, иЯиц (15) где т (а, и) - квантиль распределения Стьюдента с (и) степенями свободы, соответствующая доверительной вероятности а, при а = 0,9 составляют: 1 у = 0,03 г/см; 1 уу=1,5%П р и м е р 3. Определяют стандартные значения максимальной плотности и оптимальной влажности песчаного грунта, Проба грунта взята из произвольного карьера, находящегося в регионе распространения грунтов, для которых в примере 2 осуществлена оценка эмпирических коэффициентов А, В, С и О, а также погрешностей уи 1 уу. Для этого данный грунт испытан в приборе с меньшим объемом цилиндра, как это описано в примере 2. с определением значений умас и ЧЧопт, Они составили 2,03 г/см и 9,7% соответственно.СтандаРтные значениЯ У"макс и ЧЧопт пересчитывают по формулам:/ макс = 0,968 у макс + 0,044 г/ м УЧ"опт = 0,95 ЧЧопт+ 0,23%,а их истинные значения находятся вследующих 90-процентных доверительныхинтервалах:у макс = 2,01 +0,03 г/см;ЧЧ опт = 9,4 т. 1,5%.П р и м е р 4. Необходимо определитькоэффициенты,А, В, С и О, а также значенияпогрешностей 1 у и 1 в с 90-процентной доверительной вероятностью для глинистых исуглинистых грунтов заданного районастроительства,Физические характеристики грунтов (и= 12), взятых из различных карьеров, представлены в табл,2,Испытание каж в приборе с меньшим об производят в последовате нной впримере 2.1. Среднее значе воздушно-сухого грунта сосЧЧи = 3,07%.2, Массы частных проб воздушно-сугрунта, выделенных из исходной пробы, составляют:п)пр 1 = 390 г; гппр 2 = 431 г; Гппрз = 408 г.3, Количество воды, необходимой длядоувлажнения грунта проб заданного значения ЧЧт (исходное значение для глинистыхгрунтов принимают равным 8%), рассчитываемое по формуле (1), составляет:01 = 17,8 г; С 22 = 19,7 г, Оз = 18;6 г,4, Плотность влажного грунта (при ЧЧт =ющей гири, рассчитанная по формуле (2),составляет:м 2,05.г/смИсходное значение влажности образца,полученное термовесовым способом, составляетЧЧи = 7,98%.Плотность скелета сухого грунта, вычисленная по формуле (3), составляет;уск=1,9 г/см .з105. Полученный в результате опытов споследовательным увеличением влажностиЧЧт каждый раз на 2 - 3% график зависимостииск = т(ЧЧи) представлен на фиг,2 б. Максимумвеличины плотности скелета грунта умакс исоответствующее значение влажностиЧЧопт составляют 2,01 г/см и 12,5%.соответственно.Результаты испытаний всех проб грунтапредставлены на фиг,5. 20Расчет коэффициентов А, В, С и О, атакже погрешностей 1 у ид выполняют поформулам (6) - (9) и (10) - (15) примера 1,Ихконкретные значения составляют:25А= 1,104; В =-0,091 г/см; у= 0,03 г/см; С=з,:1,19; О = 006%; а=1,5%,П р и м е р 5, Определяют стандартные максимальную плотность и оптимальную влажность суглинка, проба которого взята; в районе распространения грунтов, представленных в табл.2. В результате испытания в приборе с меньшим объемом цилиндра по методике, изложенной в примере 4, получено:у макс = 1,90 г/см, ЧЧопт= =115%Искомые значения у "макс и ЧЧстопт пересчитывают по формулам:40у ст = 1,104 у макс - 0,091, г/См ЧЧ опт = 1,19 ЧЧопт+ 0,06, %,а их истинные значения будут находиться в следующих интервалах;у макс =. 2,01 -ф 0,03 г/см; ЧЧ опт =ст 3, ст 45 =13,75 + 1,5%.Формула изобретенияСпособ лабораторного определения максимальной плотности и оптимальной влажности грунта, включающий подготовку проб увлажненного грунта, загрузку их в цилиндр прибора с уплотнением ударами стандартного груза, пяти- шестикратное повторение уплотнения грунта при увелйчении влажности каждый раэ на два-три процента. построение графика зависимости скелета грунта после уплотнения от влажности и нахождение максимального значения плотности скелета грунта и соответствующего значения оптимальной влажности о лича ющи йся тем,что,сцельюповьню. ния точности и производительности путе использования для загрузки грунта,", ци линдр прибора в 6 - 10.раз меньшим обомом по сравнению со стандартным, производят подбор количества ударов ста:,- дартного груза, соответствующего стагилизации плотности образца грунта в цилиндр прибора с меньшим обьемом, осуществляют многократные замеры значений макси мальной плотности скелета грунта и оптимальной влажности в цилиндре прибора с меньшим объемом, одноразово методом статистического анализа определян эмпирические коэффициенты перехода от значений максимальной плотности скелета грунта и соответствующего значения оптимальной влажности, замеренных в цилиндре с меньшим объемом, к стандартным значениям плотности грунта и соответствующей оптимальной влажности, а также погрешности оценок стандартного значения максимальной плотности скелета грунта и оптимальной влажности, причем связь между значениями максимальной плотности скелета грунта и соответствующей ей оптимальной влажности, замеренными в цил:ч: дре прибора с меньшим объемом, и стандартными значениями максимальной плотности скелета грунта и соответствующей ей оптимальной влажности, аппроксимируют функциями видасту макс = Ау макс + В +у;ЧЧ щ = СЧЧп 1 + О +ю,где у макс значения максимальной плотности скелета грунта, замеренные в цилиндре прибора с меньшим объемом, г/см;з. ЧЧппт - значения оптимальной влажности грунта, замеренные в цилиндре прибора с меньшим объемом, доли ед умака - значения максимальной плотности скелета грунта, замеренные в цилиндре стандартного прибора, г/см; ЧЧ опт - значения оптималь 3, стной влажности грунта, замеренные е цилиндре стандартного прибора, доли ед А,В,С и О - эмпирические коэффициенты; у - погрешность оценки стандартного значения максимальной плотности скелета грунта;1 д - погрешность оценки стандартного значения оптимальной влажности грунта, а пробы грунта с обьекта строительства сбрабатывают в цилиндре прибора с меньше", объемом с определением значений максимальной плотности скелета грунта и соответствующей ей оптимальной влажности, при этом стандартные значения этих параметров рассчитывают по указанным формулам,1718726 12 Таблица 1Карьер Плотность, Число г/смф пластичности Содержание частиц, мас.ь Грунт песчаных пылеватыхглинистых 67,75 18,79 13,4680,36 10,74 8,9 1 2,69 2 2,67 Супесь легкая Супесь легкаякрупная Непластицный 90,07 5,43 77,42 10,30 49,08 38,52 63,6 29;12 77,5 15,32 90,82 2,95 93,18 3,73 2,67 4 2,65 5 2,68 6 2,63 7 2,65 8 2,69 9 2,65 НепластичныйНепластицнжй,Песок среднейкрупности 10 268 97,7 2,3 100,0100,0 Непластичный Непластичный Непластичный То жеПесок крупный и 2,67 12 2,66 Песок среднейкрупности Т а б л и ц а 2 Содержание частиц, мас,Ф Карьер Плотность,г/са Число пластицности пылеватых 1 глинистых45,5918,13 Грунт песчаныхГлина пылеватая 189 5,030,0 2,75 2,70 Суглинок легкийпылеватый 2,70 2,60 57,6325,0 21,03 59,14 21 34 1586 Суглинок легкий 11 12 Суглинок легкийпылеватый 13,87 19,59 13,32 2,69 2,69 2,71 69,3952,022,62 16,74 28,41 64,06 Суглинок легкийСуглинок. легкий 5 6 У 10 10 Суглинок легкийпылеватый То жеСуглиноклегкий 13,11 10,35 48,89 49,85 38,02 Суглинок тяжелый Глина пылеватая Суглинок тяжелыйпылеватый. 6,10 31,83 49,53 39,95 43,11 44,05 30,15 4 5 12,28 124 7,28 7,21 6,23 3,09 Песок крупный Супесь легкая Супесь пылеватая Супесь легкая Супесь легкая Песок крупный