Способ определения оптимальной толщины слоя при уплотнении крупнообломочных грунтов укаткой

 

Использование: в гидротехническом строительстве, точнее при возведении земляных сооружений из крупнообломочных грунтов/Существо заключается в том, что компрессионные испытания проводят на не менее чем четырех различных слоях модельных смесей грунтов в диапазоне напряжений 0 - Ок., по результатам которых устанавливают зависимость сжимаемости грунта от относительной крупности (d/t) и нагрузки а. затем проводят нагружение . штампами с нагрузкой ок не менее пяти слоев различной толщины модельных смесей грунта, по результатам которых устанавливают зависимость угла распространения напряжений в грунте от толщины слоя, после чего толщину слоя при уплотнении грунта рассчитывают по соответствующей формуле. С/) С

СОЮЗ .СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (sl)5 E 02 D 3/026

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4843278/33 (22) 27.06.90 (46) 15.02.93. Бюл. N 6 (71) Среднеазиатское отделение Всесоюзного проектно-изыскательского и научноисследовательского объединения

"Гидропроект" им.С.Я.Жука (72) Г.Н.Петров и Л.П.Могильников (56) Хархута Н.Я., Васильев Ю.М, Прочность, устойчивость и уплотнение грунтов землянОго полотна автомобильных дорог. М.:

Транспорт, 1975.

Нехлюдов М.К. Механизация уплдтнения грунтов. M. Стройиздат, 1985 r., с.75. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОПТИМАЛЬНОЙ ТОЛЩИНЫ СЛОЯ ПРИ УПЛОТНЕНИИ

КРУПНООБЛОМОЧНЫХ ГРУНТОВ УКАТКОЙ

Изобретение относится к гидротехническому строительству, точнее к возведению земляных сооружений из крупнообломочных грунтов.

Известны методы установления оптимальной толщины слоя на основании предварительного расчета активной зоны уплотнения катка. Недостатком этого способа является низкое качество уплотнения, обусловленное тем, что в нем не учитываются свойства крупнообломочных грунтов, связанные с их крупностью — активная эона определяется только параметрами катков.

Известен также способ определения оптимальной толщины слоя отсыпки грунтов при их уплотнении, включающий опытное уплотнение грунтов слоями разной толщины, анализ полученных данных и определение толщины, обеспечивающей наибольшую плотность.

5LI„„1794991 А1 (57) Использование: в гидротехническом строительстве, точнее при возведении земляных сооружений из крупнообломочных грунтов. Существо заключается в том, что компрессионные испытания проводят на не менее чем четырех различных слоях модельных смесей грунтов в диапазоне напряжений 0 — c», no результатам которых устанавливают зависимость сжимаемости грунта от относительной крупности (д/t) и нагрузки сг, затем проводят нагружение .штампами с нагрузкой с» не менее пяти слоев различной толщины модельных смесей грунта, по результатам которых устанавливают зависимость угла распространения напряжений в грунте от толщины слоя, после чего толщину слоя при уплотнении грунта рассчитывают по соответствующей формуле.

Недостатком этого способа является большая трудоемкость, связанная с необходимостью выполнения его непосредственно в производственных условиях с натурными грунтами. Кроме того, он обладает низкой точностью, так как не учитывает физические свойства крупнообломочных грунтов.

Целью изобретения является повышение качества уплотнения и снижение трудоемкости определений.

Поставленная цель достигается тем, что вспособе определения оптимальной толщи° ны слоя при уплотнении крупнообломочных грунтов укаткой, включающем опытное уплотнение грунтов слоями разной толщины, анализ полученных данных и определение оптимальной толщины, обеспечивающей наибольшую плотность, опытное уплотнение осуществляют на не менее, чем четырех слоях разной толщины в опытах на компрес1794991 сию и штамповыми испытаниями до нагрузок, развиваемых катком, причем из компрессионных опытов определяют зависимость уплотняемости от толщины слоя и нагрузки, а из штамповых испытаний определяют зависимость угла распространения напряжений от толщины слоя, после чего оптимальную толщину слоя определяют по формуле

R.4Г

pmsx =/Ъ/(1 х

2 (1 p) m+n(— ) (1- 2/ В) (1+R tgy)

tgy где vpmsx

Ro = V F — эквивалентный радиус плоЛ щади напряжения катка F;

a< — удельное давление катка на грунт;

m,n, д,Р параметры аппроксимации зависимости сжимаемости грунта от толщины слоя t и давления о;

О = (п14.п (— ) ) Я

t

8 — относительная деформация грунта; ,d — средневзвешенный диаметр частиц грунта, 1 о = (tg y = а+Ь(1-ехр(-ct )) а, Ь. с, К v — коэффициенты; у — угол, под которым распространяются напряжения в грунте.

Способ по п.2, отличается тем, что, испытания выполняют на модельной смеси в масштабе дн

M = —, dM где dH и d„— средневзвешенные диаметры частиц в натурном грунте и модельной смеси соответственно.

Способ осуществляется следующим образом.

В лаборатории с натурными грунтами или составленными известными способами модельными смесями (например, пропорциональным уменьшением размеров всех частиц) с масштабом моделирования М = дн —, (где dH, dM — средневзвешенные диадц метры частиц в натурном грунте и модельной смеси), проводят обычные компрессионные испытания с образцами разной толщины "t" в диапазоне напряжений Π— a<.

Полученные результаты аппроксимируются зависимостью:

5 o - fm+n(— ) )е

Р

Также в лабораторных условиях, с теми же смесями определяется зависимость тангенса угла распределения сжимающих напряжений в слоях разной толщины, 1О нагруженных штампом.

4ля этого на слой грунта устанавливается штамп, нагруженный удельным давлением oj< до стабилизации деформаций грунта, после чего ненагруженная часть слоя удаляется и замеряется угол между вертикалью и образующей конуса нагруженного грунта "y" (такие определения удобно проводить в одометрах с разрезанными вертикальными стенками), Полученные результаты аппроксимируются зависимостью:

Р

tg у = a+b(1 — exp (-ct"))

Кроме того в лаборатории определяется начальная плотность используемого грунта

25 ро, соответствующая свободной отсыпке грунта в емкость без уплотнения.

Полученные значения коэффициентов

m,n, r p, а,b,c,k, v плотности р, а также паспортные значения удельного давления катка на грунт о подставляются в формуле

1— (1-Р) m+n(}2 (1-2/Р)

1 х

Ro с tgy где р — начальная плотность грунта (до уп4Q лотнения);

Ro = V F — эквивалентный радиус плоЛ щади нагружения катка F;

45 ок — удельное давление катка на грунт;

m.n, t Р— параметры аппроксимации зависимости сжимаемости грунта от толщины слоя "t" и давления "о " д Р

a- fm+ n() )

1 где я- относительная деформация грунта;

d — средневзвешенный диаметр частиц грунта; у- угол, под которым распространяют55 ся напряжения в грунте

Р

tg у" а+Ь (1-ехр (-ct"))

Таким образом, формула определения оптимальной толщины слоя превращается в функцию одной переменной "t", и равна

1794991

\ tgp / плотности грунта средней крупности "d" после уплотнения в слое толщиной "t".

Максимальное значение этой функции будет равно для данного грунта максимально возможному значению плотности, Соответствующее этому значению Рщ х толщина слоя и будет являться той оптимальной которая позволяет при имеющемся. уплотняющем механизме уплотнить данный грунт до максимальной степени.

Пример. Горная масса средневзвешенной крупности d = 0,1 м уплотняется катком на пневмошинах с удельным давлением ст„= 150 т/м и эквивалентным радиу2 сом площади нагружения R< = 0,3 м.

В результате лабораторных исследований сжимаемости получена зависимость cFE со следующими коэффициентами: о =(п1+п(— ) ) я - (5053 + ч Р с

+ 6,586 (— ) 10 ) Р (Т/М ) Также прямыми лабораторными испытаниями получено значение р = 1,51 т/м и зависимость тангенса угла распространения напряжения от толщины слоя:

tg y= 0,1+ 0,73 (1 — ехр(-0,1557t ))3.

Формула изобретения

1. Способ определения оптимальной толщины слоя при уплотнении крупнообломочных грунтов укаткой, включающий опытное уплотнение грунтов слоями разной толщины, анализ полученных данных и определение оптимальной толщины, обеспечивающей наибольшу10 плотность, о т л ич.а ю шийся тем, что, с целью повышения качества уплотнения и снижения трудозатрат, опытное уплотнение осуществляют на не менее чем четырех слоях разной толщины в опытах на компрессию и штамповыми испытаниями до нагрузок, развиваемых катком, причем из компрессионных опытов определят зависимость уплотняемости от толщины слоя и нагрузки, а их штамповых испытаний определяют зависимость угла распространения напряжений от толщины слоя, после чего оптимальную толщину слоя определяют по формуле

R.Ф р р./( (1-p2) + „( (1-2 P) (1+ tgy)

Ro — 1

Подставляя эти выражения и параметры в основное уравнение получим зависимость: ,Оаах = 1.51/1—

5 03 31.150 х

— — 2 ) 3 1 5053 + 6 (0, ) 5,9 . 100

3.1 т

t 4 3

1 0 0,3

1 — — 0,1 — 0,73 (1 — ехр (-0,1557 t ) (1 — 213.1 ) — 1

t (0,1 +0,73 (1 — ехр (— 0,1557 ) )

Максимальное значение этой функции достигается при толщине слоя 1,3 м. Этой

15 толщине слоя соответствует максимально достижимая плотность р х = 2,04 т/м, 3

Использование настоящего изобретения позволяет получить зкономию за счет замены дорогостоящих и трудоемких опытных укаток натурных грунтов лабораторными исследованиями их компрессионной сжимаемости. Учитывал то, что стандартный объем опытных насыпей для кочпнообломочных грунтов равен 10 — 15 тыс.м., их общая стоимость составляет 25 — 40 тыс,руб., а лабораторные компрессионные исследования 1-2 тыс.руб., общая экономия стоимости при строительстве плотин будет составлять в зависимости от их объема:

30 где ро и рмакс — начальная и максимальная плотность пэунта, соответственно;

R> = Ч F — эквивалентный радиус плоX щади нагружения катка F; ст — удельное давление катка на грунт;

m,n, q, j3 — параметры аппроксимации зависимоети сжимаемости грунта от толщины слоя t и давления о;

o=(m+ п(— ) )е ч Р

1 е — относительная деформация грунта;

d — средневзвешенный диаметр частиц грунта;

tg y= а + Ь (1 — ехр(-ctk)) а,Ь,с, v,k — коэффициенты; у- угол, под которым распространяются напряжения в грунте, 2, Способ по п.1, отличающийся тем, что, с целью снижения трудоемкости определений, испытания выполняют на модельной смеси в масштабе он .

М1 би где d>< и d> — средневзвешенные диаметры частиц в натурном грунте и модельной смеси соответственно.

1194991

Объем плотин 500 т.см 1 млн.м 2 млн.м з з з

Процент экономии 5-8 Д 2,5-4 1-2

Составитель Л. Рябченков

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор И. Муска

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 408 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5