Способ определения характеристик пластичности связных грунтов

(191 01 00 Заа Е КОМИТЕТ СССР РЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИйГОСУД АРСТВЕНН ПО ДЕЛАМ ИЗОБ ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ в ее,е 1 (1 1 г; ВИДЕТЕг ЬСТВУ К АВТОРСКОМ вызванную поляризацикалия в грунте, а хапластичности связныхляют по формуле и содержаниектеристикирунтов опреде к, г. г, е" е ЭР ка пластичрунтов, 3 аж ави ости ично к пл ия глинися грунтастава, Е линистой фраке глинистой фрактового состава,Ент зависимостистики пластичносельной поверхности 2 рунтдел ВРРсть груну ьная повеРхта, м /г 1удельная поверхлинита, м /г ст(72) И.В.Лавров и А,М.Стрижевский (71) Ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт оснований и подземных сооружений им. Н.М.Герсеванова(54)(57) 1. СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ПЛАСТИЧНОСТИ СВЯЗНЫХ ГРУНТОВ, включающий измерение интегральной природной радиоактивности грунта, определение по ее значению содержания глинистой фракции и характеристик ппастнчности связных грунтов, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повьпиения точности и достоверности определения характеристик пластичности путем учета минералогического состава грунта, в грунте создают электрическое поле, измеряют1110871 А характеристти связныхностикоэффициентхарактеристти от содертой фракциикаолитовоговлажности;содержаниеЦИ к ес одержаниции коаликоэффициехарактерити от удИзобретение относится к строительству, в частности к исследованиюфизико-механических характеристикгрунтов.Известен способ оценки характеристик пластичности связных грунтовпо эмпирическим зависимостям (в виде таблиц или номограмм) между этимихарактеристиками и содержанием глинистой фракции в грунте, определяемой посредством гранулометрическогоанализа в лабораторных условиях.Недостатками этого способа являются е го трудоемкость, связ анная сподготовкой и проведением анализов,необходимость отбора образцов и невозможность непосредственного определения минералогического составагрунта в полевых условиях.Известен способ определения характеристик пластичности связныхгрунтов, включающий измерение интегральной природной радиоактивностигрунта, определение по ее значениюсодержания глинистой фракции и характеристик пластичности связныхгрунтов 23.Недостатком этого способа является низкая точность получаемыхрезультатов из-эа невозможностиучета минералогического составагрунта, влияющего на природную интегральную радиоактивность грунта,по которой оценивается содержаниеглинистых частиц.Целью изобретения является повышение точности и достоверности определения характеристик пластичности путем учета минералогического состава грунта.Эта цель достигается тем, что согласно способу определения характеристик пластичности связных грунтов, включающему измерение интеграль. ной природной радиоактивности грунта, определение по ее значению содержания глинистой фракции и характеристик пластичности связных грунтов, в грунте создают электрическое поле, измеряют вызванную поляризацию и содержание калия в грунте, а характеристики пластичности связных грунтов определяют по формулеЭ,:К,ГГ,)Е", (1) где Э - характеристика пластичносРти связных грунтов, Т влажности;Влияние минералогического состава грунта на характеристики пластичности обусловлено кристаллохимическим строением глинистых минералов, главным образом, величиной их удельной поверхности 5 К - коэффициент з ависимостихарактеристик пластичностиот содержания глинистойФракции для грунта каоли 5 тового состава; 7 влажнос- .ти",Г - содержание глинистой фракции, Х;10Г - содержание глинистой фракоции каолитового состава, 3;К - коэффициент зависимости хаграктеристик пластичностиот удельной поверхностигрунта, г/м2,155 - удельная поверхность грунгРта, м/г;5 - удельная поверхность каоо2линита, м /г;На фиг.изображен график зависимости характеристик пластичностисвязных грунтов ЭР от содержанияглинистой фракции Г; на фиг, 2график зависимости характеристикпластичности связных грунтов Э от25удельной поверхности грунта5; нафиг. 3 - график зависимости содержания глинистой фракции Г от относиМР Игтельной радиоактивности- "-; наИпфиг. 4 - график зависимостей удельной поверхности грунта 5 Рот величиныпроизведения параметра вызванной поляризации на содержание калия в грунте 1 Ок , на фиг. 5 - УстРойство35 для реализации данного способа.В табл. 1 приведены данные о среднем содержании радиоактивных элементов в глинах и песке.На основании данных, приведенных40 в табл, 1 установлено, что характеристики пластичности связного грунта Э , являющиеся линейными функциями от содержания глинистой фракции Г, существенно различны для грун 45 тов разного минералогического состава (фиг. 1) .С учетом той зависимости значениедля грунта любого минералогическогосостава может быть определено по фор 5 О мулерадиоактивность песка имп/с , изме ренная в тех же условиях, что иисследуемый грунт и рассматриваемаякак фоновая следовательно.5 Г гл11 (1 Г)ф где М л - природная интегральная радиоактивность глинистой фракции (имп/с), которые могут рассматриваться как общие для всех условий измерений (фиг. 3). Угловые коэффициенты этих зависимостей для грунтов различного минералогического состава равны 10 15К =К +К5 4 ( к гидр коол) где К 5 - угловой коэффициент для грунта каолинитового состава, равный 2,5 ( график 1, фиг. 3),К - коэффициент, равный 20, ( - ". КЬ 1 фкгр к каол) 40 а с учетом значений коэффициентовК и К Я =0,757.,5Био-И оИп2,5 + 0,67 (Ц -0,75)Кгр(12) 1 гр 110 50 Г 2 + 0 ф 67 Окгр Характеристики пластичности могут быть определены при помощи мето дов, одновременно отражающих удельную поверхность и состав глиниетых минералов,.например метода вызванной поляризации и метода определения содержания калия в грунте. гДе М гидр и Икаол и 0 н гидр и 25значения интегральной прин кролродной радиоактивности грунта, графики(Ш и, (Фиг. 3 ) содержания калия длягидрослюды и каолина соответственно (табл.1), К- 0,67.Содержание глинистой фракции грунта игр, измеряемой по его природной радиоактивности с учетом содержания калия Ян , определяетсякгр фпо формуле35 Метод вызванной поляризации осно ван на изучении характеристик вторичного электрического поля, возникающего в грунте после выключения тока в источнике поля.Вызванная поляризация в грунтах имеет электрохимическое происхождение и обусловлена процессами, происходящими на контактах минеральной части грунтов с внутрипоровой влагой. Параметры вызванной поляризации в процентах измеряют в течение короткого времени периода спада вторичного электрического поля ( обычно не более 1 с ).На параметры поляризации оказывают влияние минералогический состав грунта и в.меньшей степени глииостость грунта (табл. 2, фиг,4), а также его влажность,В диапазоне влажности, где проявляются пластические свойства связных грунтов и грунты являются водонасыщенными, т,е, между пределом пластичности и пределом текучести, параметры вызванной поляризации зависят главным образом от первых двух факторов в совокупности от величины поверхности раздела между твердыми частицами грунта и порами, заполненными водой, т.е. от удельной поверхности грунта.В табл. 2 на основании опытных данных отражены свойства глинистых минералов, влияющие на их поляризацию.При учете фактора,дополнительно описывающего минералогическийсостав, становится возможным определение удельной поверхности грунта, а по ней и характеристик пластичности. Таким фактором является содержание калия в грунте. Величина произведения параметра вызванной поляризации на содержание калия в грунте является линейной функцией удельной поверхности (фиг.41 во всем диапазоне ее изменения с учетом содержания глинистой фракции и минералогического состава грунта,Удельная поверхность грунта рассчитывается по Формулегр "5 к ф 5)расчетное значение коэффициента К 5 по данным табл. 2 и фиг, 4 рав" но 1,5610мг/г при 11 и О выраженных в процентах.та И-Нп 280 - 100Нп 100 Г - ---- , - - ---- , -- . - , 2 + 0,670 2 + 0,67 1,30,627.Величина удельной поверхности определенная по формуле (21, рав 5 5,на 5 =1,56 10 70 1,3 10 - 142 20 Число пластичности Э, определенноепо формуле (1 1, равноЭр щ 27,8 (0,627 - 0,065) 2,5 1 О(1420 - 10 0,627 ) = 22,2. 25 Измерение интегральной природной радиоактивности и содержания калия производят при помощи спектрометрического гамма-радиометра, измерениеЗО параметров вызванной поляризации - при помощи малогабаритной аппаратуры ВП, причем оба вида измерений могут быть выполнены на образцах или в полевых условиях, в варианте исследования пробуренных скважин 35 и в пенетрационно-каротажном варианте. В последнем случае измерения природной радиоактивности и вызванной поляризации грунта производят в процессе погружения в грунт зонда с измерительными преобразователями или его извлечения, осуществляемым любыми известными средствами зондирования.Устройство для осуществления 45 описываемого способа в данном варианте состоит иэ зонда 1, представляющего собой метаплическую трубу,При проведении испытаний установ- лено, что значение параметра вызванной поляризации через 10 мс ,после выключения тока равно 70 ОЕ, природная радиоактивность грунта составляет 200 имп/с,а фоновая для песка 100 имп/с, содержание калия в грунте по гамма-спектометрии ( линия 1,46 мэВ) - 1,ЗЕ, расчетное значение глннистости грун- О снабженную в нижней части конуснымнаконечником, внутри которой помещен измерительный, преобразовательспектрометрического гамма-раднометра, состоящий из фотоэлектронногоумножителя (ФЗУ 2, спектрометрического монокристапла гамма-излучения 3 и электронной схемы 4. Измерительный преобразователь вызваннойполяризации представляет собойсистему из питающих (двух или од-,ного) и измерительных электродов,расположенных на внешней поверхнос-.ти кожуха зонда соосно с измерительным преобразователем гамма-радиометра, электроды 5 представляют собойкольца из меди или латуни, разделенные между собой слоями диэлектрического материала 6, например текстолита,1Пон погонжении зонда в грунт измерительные электроды в виде колецна поверхности зонда обеспечиваютнадежный контакт с грунтом, и ихестественная поляризация не оказывает влияния на результаты измерения вызванной поляризации вследствие того, что ВП измеряют в течение короткого времени ( не более 10200 мс).Использование предлагаемого способа оценки характеристик пластичности связных грунтов обеспечивает посравнению с известными возможностьнепосредственного учета минералогического состава грунта, от которого зависят характеристики пластичности; возможность учета по суммарной природной радиоактивности исодержанию калия содержания нетолько глинистой, но и других дисперсных фракций грунта, что повышаетдостоверность определения характеристик пластичности; высокую производительность измерений, снижениестоимости работ; повышение надежности определения вида грунта по результатам измерения природной радиоактивности и вызванной поляризации., Грунт Радиоак тивность Капий Уран Торий10О ф грунта Иго -Н о Каолинит ов огосостава 2,6 7,6 2 1 135 075 Монтмориллонитового со 3,25 9,6 27 140 2 става Гидрослюдис"того состава 2,23,4 4,5 5,Кварцевыйпесок 2,15 0,66 2,25 0,75 Табли ца 2 Емкость катионного обмена,МкВ тмэВ/100 г Минер апогическийсостав средняя максинимапь 600 850 700 80-50 10 3020 3-15 65 180 100 10-40 160 20 200 25 20 15 10 ЗО 20 МонтмориллоиитКаолинитГидрослюда дельная поверхностьоиомииерапьногорунта, м /г Параметр вызваннойполяризации10при содержании глинистой фракции, долиединицы 1 05 025