Способ определения оптимальной толщины слоя при уплотнении крупнообломочных грунтов укаткой Советский патент 1993 года по МПК E02D3/26 

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 зона 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.

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 крупн.ообломочных грунтов.

Целью изобретения является повышение качества уплотнения и снижение трудоемкости определений.

Поставленная цель достигается тем, что вспособе определения оптимальной толщины 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 компресч о

-N ю ю

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

,/,RoHvr,

/9тзх /9о/(1 ----

Шк

агг

.1-Ј)т+пф

)

1+Јч1УГ Р;-1

f tgy

).

где рд лртах

Ro VJF - эквивалентный радиус плопщади напряжения катка F;

Ok - удельное давление катка на грунт;

m,n, T},fi- параметры аппроксимации зависимости сжимаемости грунта от толщины слоя t и давления а,

d П Р . (1) ,

е- относительная деформация грунта; .d - средневзвешенный диаметр частиц грунта,

a tgy a+b 1-exp(-ctk) а, Ь, с, k, v- коэффициенты;

у- угол, под которым распространяются напряжения в грунте.

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

dH

dM;

где dH и dM - 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 ,с1н dM

метры частиц в натурном грунте и модельной смеси), проводят обычные компрессионные испытания с образцами разной толщины t в диапазоне напряжений 0 - ок.

Md

(где dH, dM - средневзвешенные диа0

5

0

5

0

Полученные результаты аппроксимируются зависимостью:

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

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

v

-exp(-ctK) .

Кроме того в лаборатории определяется начальная плотность используемого грунта РО, соответствующая свободной отсыпке грунта в емкость без уплотнения.

Полученные значения коэффициентов m.n, 77.Д a,b,c,k, v плотности /Эь, а также паспортные значения удельного давления катка на грунт ok подставляются в формуле

Rofc

/Отах ро/1 +

ОТ2

5

0

5

0

п()

(1-J3)#rr7

t(1-2//)

-1

Хftgy

где РО - начальная плотность грунта (до уплотнения);

Ro VЈ - эквивалентный радиус пло31щади нагружения катка F;

Ok- удельное давление катка на грунт;

m,n, i),{$- параметры аппроксимации зависимости сжимаемости грунта от толщины слоя t и давления Ok дК, е/

а

+ n()

J

5

где е- относительная деформация грунта;

d - средневзвешенный диаметр частиц грунта;

у- угол, под которым распространяются напряжения в грунте

v

tg у а+Ь 1-ехр(-с1)

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

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 ртах 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 Ok 150 т/м2 и эквивалентным радиусом площади нагружения R0 0,3 м.

В результате лабораторных исследований сжимаемости получена зависимость о- Е со следующими коэффициентами:

н П Р (y) е 5053 +

+ 6.58бф6 9 109

Также прямыми лабораторными испытаниями получено значение/Оо 1.51 т/м3 и зависимость тангенса угла распространения напряжения от толщины слоя: tg у 0,1 + 0,73 1-exp(-0,1557t4)3

Подставляя эти выражения и параметры в основное уравнение получим зависимость:

/Ъах 1.51/1 50,3 3 1«150

(i- iO soss+ec -)

,3.1

0,1 ч 6,9

10а

10,

1 -А 0,1- 0.73(1 -ехр(- 0,1557 t4)3(l -2/3.1 )-1

.1 + 0,73(1-ехр(-0,1557)3

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

достижимая плотность /Отах 2,04 т/м3,

Использование настоящего изобретения позволяет получить экономию за счет замены дорогостоящих и трудоемких опытных укаток натурных грунтов лабораторными исследованиями их компрессионной сжимаемости. Учитывая то, что стандартный объем опытных насыпей для KDvni-юобло- мочных грунтов равен 10-15 тыс.м.3, 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 и х обьема:

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

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я 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 наибольшую плотность, о т л и- ч.ающийся 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 штампоаыми 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

/)max-/Mfl---- R°

#

сГТГ

0-р)т+пф

+4-tgy)

(1-2//S)

Ко

- 1

f tgy

р

где/сь и рмакс - начальная и максимальная плотность грунта, соответственно;

RO ПР - эквивалентный радиус пло- п

щади нагружения катка F;

7к - удельное давление катка на грунт; m.n, r,/} - параметры аппроксимации зависимое™ сжимаемости грунта от толщины слоя t и давления а,

+ п(

е- относительная деформация грунта;

d - средневзвешенный диаметр частиц грунта;. .

tg f a + b 1 - exp(-ctk) ;

a,b,c, v,k - коэффициенты;

у- угол, под которым распространяются напряжения в грунте.

«-- Ј

где dn и dM - средневзвешенные диаметры частиц в натурном грунте и модельной смеси соответственно.

Объем плотин500 т.см3 1 млн.м3 2 млн.м3 Процент экономии 5-8% 2,5-4% 1-2%