Руководство по геотехническому контролю за подготовкой оснований и возведением грунтовых сооружений в энергетическом строительстве (стр. 70 )

e0,x £ ; (11)

, (12)

где - определяется расчетом по формуле (4); ex - коэффициент пористости грунта, полученный расчетом по данным определения его плотности.

Только при соблюдении условий (10) и (11) в любой "точке" уложенного грунта, при любых значениях коэффициента разнозернистости и при одинаковых значениях вертикальных нагрузок деформируемость грунта будет одинаковой. Контроль за укладкой грунтов по величине коэффициента относительной плотности Id, определяемой по формуле (1), осуществлять практически почти невозможно, так как определение emax и emin для каждой пробы разнозернистых песчано-гравелистых грунтов и горной массы вызывает большие трудности и практически неосуществимо.

Для определения с достаточной для практических целей точностью величин e0,max и e0,min можно пользоваться данными исследований по изучению модельных грунтов.

Модельный грунт может подбираться с различными значениями коэффициента разнозернистости. Форма частиц модельного грунта должна соответствовать форме частиц укладываемого грунта (т. е. модельный грунт должен подбираться из грунта, укладываемого в плотину).

Если выражение (10) поделить на e0,min и обеспечить отношение e0,max / e0,min = C, то формулу (10) можно написать в виде:

(e0,x / e0,min) £ [C – Id (C - 1)]; (13)

или

(e0,x / e0,min) £ [C (1 – Id) + Id]. (13*)

Согласно равенству (7) выражение 13* можно изменить,

(ex / emin) £ [C (1 – Id) + Id]. (14)

Грунт, уложенный в сооружение, должен удовлетворять одному из условий (11)-(13*) или (14).

Пример использования перечисленных выше формул для контроля качества укладки грунтов в сооружение

Известно, что для однозернистого грунта (т. е. при K60,10 = (d60 / d10) = 1), независимо от диаметра частиц грунта и при их окатанной форме, максимальная пористость nmax = 0,476, а минимальная пористость nmin = 0,259. При известных значениях nmax и nmin определяем значения emax и emin:

emax = nmax / (1 - nmax) = 0,476 / (1 – 0,476) = 0,90;

emin = nmin / (1 - nmin) = 0,259 / (1 – 0,259) = 0,35.

По формулам (2) и (3) находим соответственно e0,max и e0,min, т. е.

;

;

C = e0,max / e0,min = 0,9 / 0,35 = 2,57.

Подставляя значения C в формулы (13), (13*) и (14), получим:

(e0,x / e0,min) £ 2,57 – 1,57 · Id;

(e0,x / e0,min) £ 2,57 (1 - Id) + Id;

(ex / emin) £ 2,57 (1 - Id) + Id.

Для удобства контроля лучше всего построить график зависимости ex = f (K60,10) при Id = const. Для этого поступаем следующим образом: при известных значениях e0,max = 0,9 и e0,min = 0,35, задаваясь переменным значением Id, определяем по формуле (11) величину e0,x, по формуле (12) определяем ex. График ex = f (K60,10) при Id = const приведен на рис. 4.1.

Рис. 4.1. График зависимости коэффициента пористости от коэффициента разнозернистости

На рис. 4.2 построен график

ex / e0,min = f (K60,10) при Id = const.

Рис. 4.2. График зависимости относительных приведенных значений пористости

от коэффициента разнозернистости

Для осуществления контроля за качеством укладки грунтов в сооружение необходимо на графиках рис. 4.1 и 4.2 нанести зону допускаемых отклонений Id. Технология укладки грунтов в сооружение должна быть такова, чтобы натурные данные, характеризующие уложенные грунты, находились в заданной зоне с учетом его коэффициента разнозернистости.

Приложение 5

ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ПОДБОРА СМЕСЕЙ ГРУНТОВ

Применение естественных и искусственных смесей суглинистых грунтов и крупнообломочных пород в качестве материалов для создания водонепроницаемых элементов высоких плотин находит все большее распространение. Из смесей грунтов возведены ядра плотины Миборо (Япония) высотой 131 м; Оровилл (США) высотой 227 м; Серр-Понсон (Франция) высотой 130 м и многие другие. В Советском Союзе ядро Нурекской плотины высотой 300 м возведено из естественного суглинисто-щебенистого материала Сафедобского карьера; ядро Сарсангской плотины высотой 125 м возведено из искусственной смеси глинистого грунта с песчано-дресвяным материалом.

Использование грунтовых смесей позволяет повысить характеристики и снизить деформируемость материала.

Наличие в материале смесей широкого спектра фракций любой крупности, например, от 200 до 0,005 мм, предъявляет особые требования к определению физико-механических характеристик (плотности частиц, плотности сухого грунта, пористости, коэффициента фильтрации, характеристик прочности j и c). В связи с этим представляют интерес результаты работы по определению физических характеристик смесей грунтов, выполненной М. Павчичем в 1959-60 гг., применительно к замыву тела Асуанской плотины.

Полученные результаты в дальнейшем были развиты применительно к проектированию искусственных грунтовых смесей для ядер Нурекской, Сарсангской и Верхне-Ханбуланчайской плотин.

1. Определение плотности материала частиц (смеси) с учетом процентного содержания компонентов (крупнообломочного материала и песка)

Рассматриваемый грунт (смесь) содержит в своем составе крупнообломочный материал - камень и мелкий заполнитель - песок (рис. 5.1).

Рис. 5.1. Схема смеси грунтов из песка и камня при сплошном заполнении пор песком

а) - песок в контактах между камнями; б) - имеется непосредственный контакт между камнями.

Объем смеси грунтов равен:

Vсм = Vкт + Vпт + Vосм, (1)

где Vсм - объем грунта смеси; Vкт - объем камня в твердом теле; Vосм - объем пор в смеси; Vпт - объем песка в твердом теле.

В свою очередь:

; (2)

; (3)

Vосм = nсм · Vсм, (4)

где mк - масса камня; mп - масса песка; - плотность частиц камня; - плотность частиц песка; nсм - пористость смеси грунта.

В том случае, когда песок полностью заполняет поры между камнями, объем песка равен:

Vп = nк · Vсм, (5)

где nк - пористость камня.

Объем смеси равен:

Vсм = mсм / rd, см, (6)

где mсм - масса смеси грунтов; rd, см - плотность сухой смеси грунтов.

Подставляя (6) в (4) получим, что объем пор в смеси равен:

Vосм = nсм (mсм / rd, см). (7)

Подставляя (2), (3), (4), (6), (7) в (1) и разделив полученное выражение на mсм, имеем:

. (8)

Обозначим содержание песка в смеси через Р (в долях единицы):

mп / mсм = P, (9)

mк / mсм = 1 – P. (10)

Если отношение массы песка к массе камня в смеси обозначить через П, то

П = mп / mк = P / (1 - P), (11)

P = 1 / (1 + П). (12)

Подставляя выражения (9) и (10) в (8), получим:

. (13)

Пользуясь известной зависимостью между плотностью сухого грунта, пористостью и плотностью частиц можно написать применительно к плотности сухой смеси следующее выражение:

. (14)

Подставляя выражение (14) в (13) и решая его относительно , получим формулу для определения плотности частиц грунта в зависимости от содержания песка P в ней:

. (15)

Из выражения (15) следует, что при P = 1 (грунт состоит только из песка) , а при P = 0 (грунт состоит только из камня) .

2. Определение пористости смеси и компонентов (камня и песка) с учетом их процентного содержания

Песок может заполнять поры между камнями сплошно или частично.

3. Поры между камнями сплошно заполнены песком

В этом случае песок в смеси является непрерывным (см. рис. 5.1), объем пор песка V0,п будет равен объему пор смеси V0,см, т. е.

V0,п = V0,см. (16)

Кроме этого, объем пор песка равен:

V0,п = nп · Vп, (17)

где nп - пористость песка.

Подставляя выражение (5) в (17) получим:

V0,п = nп · nк · Vсм. (18)

После подстановки выражений (4) и (18) в уравнение (16) и сокращения на Vсм, получим зависимость для расчета пористости смеси: