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 изменение 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.

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.

Рис. П.7.1. Схема прибора для определения коэффициента влагопроводности грунта:

Трубка; 2 - тарированная пружина; 3 - уплотняющий штамп; 4 - плоский электрический датчик влажности; 5 - рукоятки 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 - подкожная 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 кромка трубки

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:

W_ПВ = 1/r_cк - 1/D, (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;

W_о - 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

K_вл.S = K_влcp + t_{n-1, a} × S/ , (П.7.3)

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