Сетевое издание
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

СРАВНЕНИЕ ВЛИЯНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК КОНСИСТЕНЦИИ НА КЛАССИФИКАЦИЮ ПЫЛЕВАТО-ГЛИНИСТЫХ ГРУНТОВ СОГЛАСНО РОССИЙСКИХ И ГЕРМАНСКИХ НОРМАТИВНЫХ СТАНДАРТОВ

Пронозин Я.А. 1 Калугина Ю.А. 1
1 ФГБОУ ВПО «Тюменский государственный архитектурно-строительный университет»
В данной статье изложены результаты лабораторных исследований характеристик консистенции глинистых грунтов согласно российской и германской стандартным методикам, проведенных в институте механики грунтов Брауншвейгского технического университета. Рассмотрена проблематика разности в классификации глинистых грунтов и методик определения характеристик консистенции грунта согласно российским и германским нормативным стандартам. Проведен сравнительный анализ влияния характеристик консистенции на классификацию пылевато-глинистых грунтов по российским и германским стандартам. Установлено, что интервал пластичности в соответствии с немецкими нормами больше, чем интервал пластичности согласно отечественным стандартам для одного и того же грунта, поскольку влажность на границе текучести, определенная по DIN[5,8] выше, чем влажность на границе текучести, определенная по ГОСТ[1]. Выведена корреляционная зависимость между этими значениями верхнего предела пластичности.
консистенция
граница текучести
граница раскатывания
число пластичности
показатель текучести
1. ГОСТ 5180-84. Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик.
2. ГОСТ 25100-2011. Грунты. Классификация.
3. DIN 18121-1 (April 1998). Baugrund, Untersuchung von Bodenproben. Wassergehalt. Teil 1: Bestimmung durch Ofentrocknung.
4. DIN 18121-2 (August 2001). Baugrund, Untersuchung von Bodenproben. Wassergehalt. Teil 2: Bestimmung durch Schnellverfahren.
5. DIN 18122-1 (Juli 1997). Baugrund, Untersuchung von Bodenproben. Zustandsgrenzen (Konsistenzgrenzen). Teil 1: Bestimmung der Flieβ- und Ausrollgrenze.
6. DIN 18122-2 (September 2000). Baugrund, Untersuchung von Bodenproben. Zustandsgrenzen (Konsistenzgrenzen). Teil 2: Bestimmung der Schrumpfgrenze.
7. DIN 18196 (Juni 2006). Erd- und Grundbau. Bodenklassifikation für bautechnische Zwecke.
8. DIN ISO/TS 17892-12 (Januar 2005). Geotechnische Erkundung und Untersuchung – Laborversuche an Bodenproben – Teil 12: Bestimmung der Zustandsgrenzen.

В процессе интеграции инженерных школ и общности решаемых геотехнических задач на территории разных стран возникает вопрос о правильности применения тех или иных характеристик грунтов, используемых в геотехнических расчетах, определяемых по различным методикам, а также о трактовке полученных результатов.

Основой для описания и классификации грунтов как в отечественных, так и в зарубежных нормах являются физические характеристики, которые в силу дисперсности грунтов и исторических геотехнических традиций могут по-разному трактоваться в различных странах.

Поскольку дисперсность грунта оказывает значительное влияние на его пластичность, то по показателю пластичности IР с определенной достоверностью можно характеризовать литологические разности глинистых грунтов. Это допущение и лежит в основе российской классификации. К супесям относятся грунты с IР от 1 до 7 включительно, к суглинкам - от 7 до 17, к глинам - более 17.

В германских же стандартах существует несколько иная классификация. Согласно DIN[7] глинистый грунт подразделяют на: суглинок, глину, суглинок с песком, глину с песком, т.е. нет выделения такой разновидности глинистого грунта, как супесь. Разновидность грунта определяется по графику пластичности (рис. 6). График представляет собой прямолинейную зависимость (А-линия), выраженную функцией IР=0,73·(WL-20), где WL - в %. Значения IР ≤ 4% или ниже А-линии характеризуют суглинок, значения IР ≥ 7% и выше А-линии - глину. При этом, если значение WL менее 35% - слабопластичный грунт, если WL лежит пределах от 35% до 50% - среднепластичный грунт, если WL больше 50% - сильнопластичный грунт.

Для количественной оценки состояния консистенции грунта используется показатель текучести IL. В германских стандартах существует еще и показатель консистенции Ic, который является обратным показателю IL и используется как основной показатель для описания состояния консистенции грунта. Классификация грунтов по показателям текучести и консистенции представлена в таблицах 1 и 2.

Таблица 1

Значения IL для различных состояний консистенции глинистого грунта согласно ГОСТ[2]

Состояние консистенции

Наименование грунта

Суглинок и глина

Супесь

Текучее

IL>1

IL>1

Пластичное

Текучепластичное

0,75<IL≤1

0≤ IL≤1

Мягкопластичное

0,5< IL≤0,75

Тугопластичное

0,25< IL≤0,5

Полутвердое

0≤ IL≤0,25

-

Твердое

IL<0

IL<0

Таблица 2

Значения IL и Ic для различных состояний консистенции глинистого грунта согласно DIN[5]

Состояние консистенции

Показатель текучести IL

Показатель консистенции Iс

Текучее

IL>1

Iс<0

Текучепластичное

0,5< IL≤1

0≤Iс<0,5

Мягкопластичное

0,25< IL≤0,5

0,5≤Iс<0,75

Тугопластичное

0≤ IL≤0,25

0,75≤Iс≤1

Полутвердое

IL<0

Iс>1

В немецких нормах текучепластичное состояние представлено большим интервалом по отношению к российским стандартам, что ведет к несоответствию остальных интервалов состояний консистенции. Для определения твердого состояния согласно DIN[6] существует еще одна граница переходного состояния - граница перехода из полутвердого состояния в твердое Ws. Твердое состояние принимается, если значение Iс больше, чем значение Iс, соответствующее Ws, на графике зависимости Iс/IL от влажности (рис. 1). Ws определяется согласно DIN[6] по формуле:

(1)

где:

Vd - объем сухого грунта, см3;

md - масса сухого грунта, г;

ρs - плотность частиц грунта, г/см3;

ρw - плотность воды, г/см3.

Рис. 1. Графическое представление классификации состояний глинистого грунта согласно немецким нормам

Отличие в классификации и разность методик определения характеристик консистенции могут давать и разные значения классификационных показателей, а, следовательно, и иное представление о данном грунте.

Для определения параметров консистенции и сравнения результатов был проведен ряд опытов в лаборатории института Механики грунтов Брауншвейгского технического университета по российской и германской технологиям. Характеристики консистенции определялись для двух видов глинистого грунта: суглинка текучего и глины полутвердой согласно классификации в соответствии с ГОСТ[2].

По российской технологии граница текучести была определена в соответствии с ГОСТ[1] с помощью балансирного конуса (Васильева). Верхний предел пластичности соответствует такому состоянию грунта, при котором стандартный конус за 5 с погружается под действием собственного веса на глубину 1 см.

По германской методике для определения границы текучести использовались приборы Fließgrenzegerät согласно DIN[5] и Fallkegelgerät согласно DIN[8].

Основным методом определения границы текучести в Германии является метод, описанный в DIN[5], с использованием прибора Fließgrenzegerät, но, поскольку этот метод во многом зависит от человеческого фактора, от правильности тарировки прибора и, кроме того, обладает большой трудоемкостью, в другом стандарте DIN[8] предлагается заменить его на способ определения границы текучести с помощью прибора Fallkegelgerät.

Прибор Fließgrenzegerät представляет собой блок из твердой резины, на котором установлена чаша из медно-цинкового сплава с ударным устройством. Чаша заполняется грунтом, в котором нарезается борозда. Затем ударное устройство приводится в действие, и чаша быстро поднимается и опускается. Далее фиксируется число соударений, при которых борозда закрывается не менее чем на 1 см (рис. 2).

Рис. 2. Определение границы текучести в приборе Fließgrenzegerät:

а) до испытания, б) после испытания

Таких испытаний проводится минимум 4 с постепенным высушиванием или доувлаженением грунта, после каждого опыта отбирается проба грунта массой 15-20 г для определения влажности и строится график зависимости количества ударов от влажности (рис. 3). График представляет собой прямую, по которой и определяется значение влажности на границе текучести, соответствующее 25 ударам.

Рис. 3. График зависимости количества ударов от влажности:

а, б - соответственно, для суглинка и глины согласно российской классификации по [2]

При испытаниях с использованием прибора Fallkegelgerät, так же как и при испытаниях согласно ГОСТ[1], измеряется глубина, на которую конус погрузился за 5 с под действием собственного веса. Прибор представляет собой штатив, на котором установлены опускающийся конус, штангенциркуль для измерения осадки конуса, специальная чаша для проведения испытаний (рис. 4).

Рис. 4. Определение границы текучести в приборе Fallkegelgerät:

а) до испытания, б) после испытания

Проводится не менее 4 испытаний с постепенным высушиванием или доувлажнением грунта. Строится график зависимости глубины погружения конуса от влажности, по которому и определяется граница текучести, соответствующая глубине погружения 20 мм (рис. 5).

Рис. 5. График зависимости глубины погружения конуса от влажности:

а, б - соответственно для суглинка и глины согласно российской классификации по [2]

Влажность на границе раскатывания как по ГОСТ[1], так и по DIN[5] определяется одинаково. Нижний предел пластичности соответствует такому состоянию грунта, при котором он начнет распадаться на мелкие кусочки, если раскатать его в шнур диаметром 3 мм.

Влажность грунта определялась эталонным методом как в соответствии с ГОСТ[1], так и в соответствии с DIN[3] высушиванием до постоянной массы в сушильном шкафу при температуре 105°С. Существующие в германских стандартах экспресс-методы определения влажности, описанные в DIN[4], не применялись.

График пластичности представлен на рисунке 6.

Рис. 6. График пластичности:

* разновидность грунта в зависимости от IР согласно российской классификации в соответствии с ГОСТ[2]

ST - смесь глины с песком, SU - смесь суглинка с песком,

TL - слабопластичная глина, UL - слабопластичный суглинок,

TM - среднепластичная глина, UM - среднепластичный суглинок,

TA - сильноспластичная глина, UA - сильнопластичный суглинок;

, - значения, полученные с использованием прибора Fallkegelgerät, соответственно, для суглинка и глины согласно российской классификации по [2],

, - значения, полученные при использовании прибора Fließgrenzegerät, соответственно, для суглинка и глины согласно российской классификации по [2].

Результаты и классификация сведены в таблицы 3 и 4.

Таблица 3

Полученные результаты испытаний для суглинка текучего согласно российской классификации по [2]

Нормативный документ

W, %

Wp, %

WL, %

Ip, %

IL, %

Наименование грунта

ГОСТ 25100-2011

30,7

16,5

27,7

11,2

126,8

Суглинок текучий

DIN ISO/TS 17892-12

30,7

16,5

29,4

12,9

110,1

Глина слабопластичная в текучем состоянии

DIN 18122-1

30,7

16,5

33,3

16,5

84,5

Глина слабопластичная в текучепластичном состоянии

Таблица 4

Результаты испытаний для глины полутвердой согласно российской классификации по [2]

Нормативный документ

W, %

Wp, %

WL, %

Ip, %

IL, %

Наименование грунта

ГОСТ 25100-2011

28,9

25,1

50,2

25,1

15,0

Глина полутвердая

DIN ISO/TS 17892-12

28,9

25,1

56,7

31,6

12,0

Глина сильнопластичная в тугопластичном состоянии

DIN 18122-1

28,9

25,1

66,4

41,3

9,2

Глина сильнопластичная в тугопластичном состоянии

Для сопоставления классификационных показателей, определяемых различными методиками и имеющих разные значения, в ГОСТ[2] приведена корреляционная зависимость между границей текучести согласно международному стандарту [8] (LL) и границей текучести по ГОСТ[1] (WL):

LL=1,48·WL - 8,3 (2)

В результате проведенного анализа полученных данных функция зависимость между этими же стандартами имеет несколько другой вид:

LL=1,2·WL - 4,21 (3)

Однако аналогично полученная зависимость между DIN[5] и ГОСТ[1] очень близка к функции (2):

LL=1,47·WL -7,45 (4)

Следует учесть, что результаты получены на ограниченном количестве экспериментальных данных. Для более точных результатов необходимы дальнейшие расширенные исследования.

Основные выводы

  1. График пластичности, используемый в немецких нормах для классификации глинистого грунта, зависит от двух показателей: WL и Ip, что дает возможность определить не только разновидность грунта, но и его способность проявлять пластичные свойства. Это способствует более точной оценке и классификации грунта. При этом отсутствует такая разновидность грунта, как супесь. Вместо этого на графике пластичности соответствующая область обозначена как смесь глины с песком либо смесь суглинка с песком.
  2. Влажность на границе текучести WL имеет различные значения в зависимости от того, согласно какому нормативному стандарту она определяется. Так, например, WL для глины согласно российской классификации по ГОСТ[2], определенная в соответствии с ГОСТ[1], меньше на 6,5 %, чем WL того же грунта, определенная по DIN[8], и на 16,2 % меньше, чем WL, определенная по DIN[5]. Для суглинка согласно российской классификации по ГОСТ[2] WL меньше на 1,7 % и на 5,6 % соответственно.
  3. Существенные отличия значений WL говорят о разной пластичности грунта Ip, а следовательно, могут характеризовать один и тот же грунт по-разному. Кроме того, отличие показателя текучести IL и несоответствие классификации дают иное представление о состоянии грунта и, как следствие, о его характеристиках прочности и деформируемости и работе под действием нагрузок и воздействий в целом.

Рецензенты:

Миронов В.В., д.т.н., профессор, ФГБОУ ВПО ТюмГАСУ, г. Тюмень;

Чекардовский М.Н., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой теплогазоводоснабжения и вентиляции, ФГБОУ ВПО ТюмГАСУ, г. Тюмень.


Библиографическая ссылка

Пронозин Я.А., Калугина Ю.А. СРАВНЕНИЕ ВЛИЯНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК КОНСИСТЕНЦИИ НА КЛАССИФИКАЦИЮ ПЫЛЕВАТО-ГЛИНИСТЫХ ГРУНТОВ СОГЛАСНО РОССИЙСКИХ И ГЕРМАНСКИХ НОРМАТИВНЫХ СТАНДАРТОВ // Современные проблемы науки и образования. – 2015. – № 1-1. ;
URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=19024 (дата обращения: 24.09.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074