Приложение 7

(справочное)

МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ВЛАГОПРОВОДНОСТИ ГРУНТА

ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ДОРОЖНОЙ ОДЕЖДЫ

Методика экспериментального определения коэффициента влагопроводности грунта

Методика предусматривает определение коэффициента влагопроводности при начальных влажности и плотности за время увлажнения, необходимое для распределения влажности в образце от полной влагоемкости в единичном элементарном объеме на контактирующей с жидкостью поверхности, до начальной влажности на его границе. Увлажнение образца ведется снизу от поддерживаемого снизу уровня воды. Метод предполагает выполнение следующих граничных и начальных условий:

1. Начальная влажность и плотность грунтового образца должны быть равномерно распределены по его объему.

2. При увлажнении образца через нижнюю поверхность не допускается изменения влажности на его верхней поверхности при подходе к ней фронта увлажнения.

3. Увлажнение образца должно происходить безнапорно.

Выполнение этих условий достигается за счет применения прибора конструкции к.т.н. Г.И. Собко. Схема прибора представлена на рис.П.7.1.

Рис.П.7.1. Схема прибора для определении коэффициента влагопроводности грунта: 1 - трубка; 2 - тарированная пружина; 3 - уплотняющий штамп; 4 - плоский электрический датчик влажности; 5 - рукоятка с винтом; 6 - измерительная шкала пружины; 7 - разъемный цилиндр-грунтонос; 8 - верхняя насадка цилиндра-грунтоноса; 9 - центральная часть цилиндра-грунтоноса; 10 - съемная днищевая крышка цилиндра-грунтоноса; 11 - форма для фильтра; 12 - крупный песок; 13 - соединительная трубка; 14 - питающая камера; 15 - подводящая трубка; 16 - питающий сосуд; 17 - водомерная шкала; 18 - регистрирующий прибор; 19 - разъем трубки; 20 - микроамперметр; 21 - таймер; 22 - микроОВМ; 23 - световой индикатор; 24 - регулировочные ручки измерительного моста; 25 - режущая кромка для отбора проб грунта ненарушенной структуры; 26 - нижняя шкала трубки

Определение коэффициента влагопроводности грунта нарушенной структуры должно проводиться по следующей методике.

1. Для испытания отбирается проба грунта весом 2 кг, высушивается и размельчается.

2. Определяется вид грунта, его оптимальная влажность и максимальная плотность.

3. Высушенный и размельченный грунт увлажняется до оптимальной влажности.

4. Увлажненный грунт загружается в цилиндр-грунтонос, который навинчивается на трубку и вращением рукояти с винтом уплотняется до требуемого коэффициента уплотнения.

5. Форма для фильтра наполняется крупным песком с тщательным выравниванием по внутреннему обрезу формы.

6. Питающий сосуд заполняется дистиллированной водой и навинчивается на подводящую трубку питающей камеры. После стабилизации уровня воды в питающем сосуде по водомерной шкале отмечается ее исходный уровень Н_н.

7. Цилиндр-грунтонос навинчивается на трубку так, чтобы уплотняющий штамп с датчиком влажности свободно опускался на поверхность грунтового образца.

8. К разъему трубки подсоединяется контактный шнур измерительного блока, производится его включение. Регулировочной ручкой измерительного блока стрелка миллиамперметра выводится в положение, соответствующее нулевой отметке шкалы.

9. Снимается днищевая крышка и трубка с цилиндром-грунтоносом устанавливается в форму для фильтра. Включается таймер.

Срабатывание датчика влажности, индицируемое звуковым и световым сигналами, свидетельствует о завершении увлажнения, после чего по водомерной шкале отмечается конечный уровень воды Н_к в питающем сосуде. По разнице показателей Н_н и Н_к определяется количество впитавшейся в образец грунта воды (q).

Время увлажнения образца (t) определяется по показанию таймера, автоматически останавливаемого при срабатывании датчика влажности.

Вычисление коэффициента влагопроводности К_ВЛ грунта производится по зависимости:

, (П.7.1)

где: W_ПВ - влажность, соответствующая полной влагоемкости, (дол. ед.), вычисляется по формуле:

, (П.7.2)

где: D - удельная плотность частиц грунта, г/см³, равная 2, 68 для супесей; 2, 70 - для суглинков; 2, 72 - для глин;

t - время увлажнения, час;

q - количество впитавшейся воды, г;

W₀ - начальная влажность грунта, дол. ед.;

d - диаметр грунтового образца в грунтоносном стакане, равный 2 см.

Для получения значения К_ВЛ с требуемой доверительностью необходимо проведение не менее пяти испытаний. При этом обработка измерений должна вестись в такой последовательности:

1. вычисляется среднее экспериментальное значение коэффициента влагопроводности (К_ВЛср) по результатам n испытаний;

2. вычисляется среднеквадратичное отклонение (S);

3. вычисляется верхняя граница для коэффициента влагопроводности, соответствующая одностороннему доверительному интервалу при уровне значимости a =0, 05 по формуле

, (П.7.3)

где: t_{n-1, a} - коэффициент Стьюдента для уровня значимости и степени свободы a и (n-1).

Использование коэффициента влагопроводности для определения величины морозного пучения и толщины

теплоизолирующего слоя

В соответствии с данной методикой при прогнозировании величины морозного пучения предусматривается последовательное определение средней осенней влажности грунта рабочего слоя (W_осср), характеристики скорости промерзания (a), средней весенней влажности (W_весср). При этом учитываются продолжительность периода осеннего влагонакопления (t_вл), продолжительность периода промерзания (t_пр), расчетное удаление верха земляного полотна от уровня грунтовых (или поверхностных) вод (h_в), характеристика суровости зимнего периода (s), выражаемая суммой градусо-суток отрицательной температуры воздуха, коэффициент влагопроводности (К_вл). В табл. П.7.2 приведены значения t_вл,, t_пр и s для 65 пунктов России. При отсутствии в перечне нужного пункта значение этих характеристик берутся для ближайшего по географическому расположению пункта.

Величина W_осср определяется по формуле:

, (П.7.4)

где: W₀ - начальная влажность грунта земляного полотна (весовая, доли единицы);

W_ПВ - влажность полной влагоемкости грунта (весовая, доли единицы);

DW_отн - отношение осеннего приращения влажности к максимально возможной величине приращения влажности грунта.

Величина W_ПВ вычисляется из соотношения:

, (П.7.5)

где: r - плотность сухого грунта, г/см³;

D - плотность скелетных частиц грунта, находящаяся, как правило, в пределах 2, 67-2, 73 г/см³.

Величина DW_отн устанавливается по номограмме рис. П.7.2 в зависимости от параметра.

, (П.7.6)

Параметр h_B принимается по данным изысканий (обследований), a параметр h_A, необходимый для использования номограммы рис. П.7.2, определяется по формуле

, (П.7.7)

где: h_ДО - суммарная толщина слоев дорожной одежды, см.

Среднее значение весенней влажности W_весср находим из выражения:

, (П.7.8)

где: W_h - влажность грунта по жидкой фазе в зоне первичного льдовыделения (при температуре грунта -0, 5... -1, 0 °С). Значения W_h для разных грунтов приведены в таблице П.7.1;

C - коэффициент, определяемый по графику рис. П.7.3 в зависимости от величины критерия зимнего влагонакопления Z вычисляемого, в свою очередь, из соотношения:

, (П.7.9)

Рис.П.7.2. Номограмма для W_отн при значениях F_oh от 0, 1 до 1 Pиc. П.7.3. График для определения коэффициента C, используемого

для вычисления веceнней влажности

Таблица П.7.1

Значения влажности W_h и W_НЗ для различных грунтов

Примечание: h_кр - критическая глубина, при которой процесс пучения прекращается. В случае, если h_пр > h_кр , в расчет

вводят h_пр = h_кр.

Характеристика скорости промерзания грунта земляного полотна a определяется из соотношений:

При коэффициенте влагопроводности грунта до 2, 0 см²/час.:

· для автомобильных дорог I-II категорий

, (П.7.10)

где: h_s - толщина слоя эффективной теплоизоляции (пенопласт, пеноплэкс), см;

s - характеристика суровости зимнего периода, определяемая для соответствующего региона из таблицы П.7.2;

· для автомобильных дорог III-IV категорий

, (П.7.11)

где: h’_s - толщина слоя теплоизоляции только из местных материалов (керамзит, керамзитобетон, шлак, золошлаковая смесь, укрепленная цементом и др.);

При коэффициенте влагопроводности грунта 2, 1-5, 0 см²/час.:

·для автомобильных дорог I-III категорий

. (П.7.12)

· для автомобильных дорог IV-V категорий

, (П.7.13)

При F_oh > 1 W_отн практически не зависит от h_A/h_B, поэтому приводим следующую таблицу значений W_отн в зависимости от F_oh.

При F_oh ³ 2, 1 можно принять, что W_отн = 1.

Таблица П.7.2

Климатические характеристики регионов России

Условные обозначения:

t_вл - продолжительность периода осеннего влагонакопления, часы;

t_пр - продолжительность периода промерзания, сутки;

s - сумма градусочасов отрицательной температуры, умноженная на 0, 001

Грунты, характеризующиеся значением коэффициента влагопроводности более 5, 0 см²/час., при неблагоприятных грунтово-гидрологических условиях, как правило, не должны применяться для устройства земляного полотна.

Расчет возможной величины морозного пучения поверхности дорожного покрытия ведется с использованием зависимости:

(П.7.14)

где: h_пр - глубина промерзания грунта, см;

r - плотность сухого грунта, г/см³;

d - плотность воды, г/см³;

W_НЗ - влажность (весовая), соответствующая незамерзающей воде, принимается по виду грунта из табл. П.7.1;

W_ПВ - влажность (весовая) полной влагоемкости, вычисляемая в свою очередь из соотношения (П.7.5).

Полная глубина промерзания грунта h_пр определяется из следующих соотношений:

· при отсутствии теплоизоляционных слоев в составе дорожной одежды

; (П.7.15)

· при их наличии

, (П.7.16)

где: b =1 при использовании в качестве теплоизоляции пенопласта;

b = 0, 25 при теплоизоляции из местных материалов.

Величина отношения W_весср/W_т, где W_т - влажность грунта земляного полотна на границе текучести, в соответствии с данной методикой может использоваться в качестве расчетной относительной влажности при определении прочностных и деформационных характеристик грунта рабочего слоя.