Руководство по геотехническому контролю за подготовкой оснований и возведением грунтовых сооружений в энергетическом строительстве (стр. 71 )

nсм = nп · nк. (19)

При этом пористость камня равна:

, (20)

где - плотность сухого камня.

Пористость песка равна:

, (21)

где - плотность сухого песка.

Плотность сухого камня равна:

. (22)

Подставляя выражения (22), (6) и (10) в (20) и решая относительно пористости камня nк, получаем формулу для определения пористости камня в смеси с учетом содержания песка:

. (23)

Приравнивая выражения (20) и (23) имеем:

. (24)

Подставляя в выражение (24) вместо rd, см уравнение (14) и , определенное из формулы (20), и решая относительно P, получим зависимость для определения процентного содержания песка в смеси:

. (25)

С учетом выражений (5), (6) и (9) плотность сухого песка равна:

. (26)

Подставляя выражение (26) в (21) и решая относительно rd, см, получим формулу для определения плотности смеси с учетом процентного содержания песка в смеси:

. (27)

Подставляя выражения (23) и (11) в уравнение (27) и решая его относительно П, получаем, что отношение содержания песка к содержанию камня равно:

. (28)

Выражение (28) может быть решено относительно значений пористости песка nп и камня nк, т. е. мелкозема и крупного заполнителя.

; (29)

. (30)

Выражения (29) и (30) можно использовать для расчета физических характеристик смесей, состоящих из песка или мелкозема и крупного заполнителя, задавая процентное содержание П и пористость (плотность) одного из компонентов смеси, например, песка nп. Для облегчения расчетов может быть составлена номограмма. На рис. 5.2 приведена номограмма для определения физических характеристик каменного материала, замытого песком в теле Асуанской плотины при изменении содержания песка P от 0,26 до 0,34 и изменении пористости песка nп от 0,36 до 0,48.

Рис. 5.2. Номограмма для определения физических характеристик смеси грунтов nсм = f (P)

при nк = const и nп = var или nп = const и nк = var

4. Поры между камнями частично заполнены песком

В этом случае в смеси грунта камень представляет собой жесткий скелет. Песок заполняет поры между камнями частично при наличии каверн (пустот), различных по величине и форме (рис. 5.3). Объем пор песка V0,п в этом случае не будет равен объему пор смеси V0,см, т. е.

V0,см ¹ V0,п. (31)

Рис. 5.3. Схема смеси грунтов из песка и камня при частичном заполнении пор песком

Для дальнейших рассуждений примем следующие новые обозначения:

- пористость песка в поре при наличии каверн; Vx - объем каверн; - объем песка в порах камня при наличии каверн; - объем пор в песке при наличии каверн; d - коэффициент сплошности заполнения пор; k - коэффициент кавернозности.

Коэффициент кавернозности равен отношению объема каверн Vx к полному объему пор Vп:

k = Vx / V0,п. (32)

При наличии каверн объем пор в смеси будет равен:

. (33)

Коэффициент сплошности заполнения пор может быть представлен в виде:

. (34)

Если мы введем обозначения, принятые в этом пункте, выражение для определения объема пор в песке примет вид:

. (35)

Подставляя выражения (4), (5), (32), (34) и (35) в уравнение (33), сокращая его на Vсм и решая его относительно k, получаем зависимость для определения коэффициента кавернозности:

. (36)

В случае сплошного заполнения пор между камнями песком и с учетом выражения (19) имеем:

.

В том случае, когда песок в поре отсутствует nсм = nк, коэффициент кавернозности равен:

.

Коэффициент сплошности заполнения пор с учетом выражения (36) имеет вид:

. (37)

При сплошном заполнении песком пор между камнями, т. е. при и с учетом выражения (19), имеем:

При отсутствии песка в порах между камнями, т. е. при nсм = nк коэффициент сплошности равен:

.

5. Проектирование искусственных смесей из глинистых грунтов с крупнообломочным материалом

Основные зависимости, изложенные в пп.1 и 2, использованы при проектировании искусственных смесей глинистых грунтов с крупнообломочным материалом применительно к ядрам Сарсангской и Верхне-Ханбуланчайской плотин.

В таблицах 5.1 и 5.2 приведен гранулометрический состав исходных компонентов.

Таблица 5.1

Физико-механические характеристики глинистого грунта

Наименование грунта	Плотность частиц, г/см3	Гранулометрический состав грунта		Влажность W, %
процентное содержание фракций, мм
>0,25	0,25-0,10	0,10-0,05	0,05-0,01	0,01-0,005	<0,005	Каток Д-551	трам- бование	WL	Wp	WL-Wp
Верхне-Ханбуланчайская глина	2,74	1,1	0,7	0,5	17,7	15,1	64,9	26,0 1,48	22,0 1,65	53,6	25,3	28,3
Сарсангский суглинок	2,71	2,1	1,8	14,5	49,6	13,4	18,6	24,5 1,48	22,0 1,65	40,0	25,0	15,0

Таблица 5.2

Гранулометрический состав крупнообломочных грунтов (средние значения)

Диаметр частиц, мм	Содержание фракций, %
Верхне-Ханбуланчайская плотина	Сарсангская плотина
>80	3,0	2,4
80-60	3,0	1,6
60-40	3,2	2,6
40-20	5,8	7,1
20-10	9,0	13,7
10-5	9,5	14,8
5-2	17,0	16,7
2-1	12,5	11,8
1-0,5	9,4	7,8
0,5-0,25	8,6	8,4
0,25-0,1	17,0	6,0
0,1-0,05	2,0	4,7
0,05-0,01	-	1,1
0,01-0,005	-	0,6
<0,005	-	0,7

Предполагалось, что смеси глинистого грунта и крупнообломочного материала будут готовиться путем механического перемешивания (экскаватором или бульдозером). Уплотнение смесей в обоих случаях должно производиться пневмокатком Д-551.

При проектировании смесей в качестве основного положения принято, что после уплотнения смеси уложенный грунт должен быть однородным, достаточно водонепроницаемым, удобоукладываемым. Это требование может быть выполнено (при принятой технологии приготовления и укладки смеси) в том случае, если глинистый грунт для составления смеси имеет влажность, равную оптимальной для данного типа грунтоуплотняющего механизма [77, 116, 117, 132-134]. При значении влажности, меньшей оптимальной, глинистый грунт будет находиться в уплотненной смеси в виде комьев. Проницаемость и деформируемость такого грунта будут неудовлетворительными. При уплотнении смеси, в которой влажность глинистого грунта больше оптимального значения, будет происходить выдавливание грунта из-под колес катка. Полевые опыты по уплотнению смесей подтверждают это положение.