Пределы Аттерберга - Википедия - Atterberg limits

В Пределы Аттерберга являются основным показателем критического содержания воды в мелкозернистой почва: это предел усадки, предел пластичности, и предел жидкости.

В зависимости от его содержание воды, почва может находиться в одном из четырех состояний: твердом, полутвердом, пластичном и жидком. В каждом состоянии консистенция и поведение грунта различаются, а следовательно, и его инженерные свойства. Таким образом, граница между каждым состоянием может быть определена на основе изменения поведения почвы. Пределы Аттерберга можно использовать для различения ил и глина, а также различать разные типы илов и глин. Содержание воды, при котором почвы меняются от одного состояния к другому, известно как пределы плотности или предел Аттерберга.

Эти ограничения были созданы Альберт Аттерберг, а Шведский химик и агроном в 1911 г.[1] Позже они были уточнены Артур Касагранде, Австрийский - рожденный американец инженер-геолог и близкий сотрудник Карл Терзаги (оба пионера механика грунта ).

Различия в почве используются при оценке почв, на которых должны быть построены сооружения. Почвы при намокании удерживают воду, а некоторые расширяются в объеме (смектит глина). Степень расширения связана со способностью почвы впитывать воду и ее структурным составом (тип присутствующих минералов: глина, ил, или же песок ). Эти тесты в основном используются на глинистых или илистых почвах, так как они расширяются и сжимаются при изменении содержания влаги. Глины и илы взаимодействуют с водой и, таким образом, меняют размер и изменяют свой размер. прочность на сдвиг. Таким образом, эти испытания широко используются на предварительных этапах проектирования любой конструкции, чтобы гарантировать, что грунт будет иметь правильную величину прочности на сдвиг и не слишком сильно изменять объем, поскольку он расширяется и сжимается при разном содержании влаги.

Лабораторные тесты

Предел усадки

Предел усадки (SL) - это содержание воды, при котором дальнейшая потеря влаги не приведет к большему уменьшению объема.[2] Тест для определения предела усадки: ASTM International D4943. Предел усадки используется гораздо реже, чем пределы для жидкости и пластичности.

Пластиковый лимит

Предел пластичности (PL) определяется путем раскатывания нити тонкой части почвы на плоской непористой поверхности. Порядок действий определен в ASTM Стандарт D 4318. Если почва имеет влажность и пластичность, эта нить сохранит свою форму вплоть до очень узкого диаметра. Затем образец можно повторно формовать и повторить испытание. По мере того, как содержание влаги падает из-за испарения, нить начинает разрываться на больших диаметрах.

Предел пластичности определяется как гравиметрический содержание влаги в месте разрыва нити диаметром 3,2 мм (около 1/8 дюйма). Грунт считается непластичным, если нить нельзя раскатать до 3,2 мм при любой возможной влажности.[3]

Предел жидкости

Чашка Casagrande в действии

Предел жидкости (LL) концептуально определяется как содержание воды, при котором поведение глинистой почвы меняется от пластик заявить жидкость государственный. Тем не менее, переход от пластичного к жидкому поведению происходит постепенно в широком диапазоне содержания воды, и прочность на сдвиг почвы на самом деле не равна нулю на пределе жидкости. Точное определение предела жидкости основано на стандартных процедурах испытаний, описанных ниже.

Метод Касагранде

Первоначальный тест на предел жидкости Аттерберга включал смешивание кусочка глины в фарфоровой миске с круглым дном диаметром 10–12 см. В куске глины с помощью шпателя прорезали бороздку, а затем чашей много раз ударяли по ладони. Впоследствии Касагранде стандартизировал прибор и процедуры, чтобы сделать измерения более повторяемыми. Грунт помещается в металлическую чашку (чашка Casagrande) устройства, и в ее центре делается канавка с помощью стандартного инструмента шириной 2 миллиметра (0,079 дюйма). Чашку многократно сбрасывают на 10 мм на твердую резиновую основу со скоростью 120 ударов в минуту, во время которых канавка постепенно закрывается в результате удара. Регистрируют количество ударов для закрытия канавки. Уровень влажности, при котором требуется 25 капель стакана, чтобы вызвать закрытие канавки на расстояние 12,7 мм (0,50 дюйма), определяется как предел жидкости. Испытание обычно проводится при нескольких значениях содержания влаги, и содержание влаги, требующее 25 ударов для закрытия канавки, интерполируется из результатов испытания. Проверка предела жидкости определяется стандартным методом испытаний ASTM D 4318.[4] Метод испытания также позволяет проводить испытание при одном уровне влажности, когда требуется от 20 до 30 ударов, чтобы закрыть канавку; затем применяется поправочный коэффициент, чтобы получить предел жидкости на основе содержания влаги.[5]

Испытание конуса падения

Другой метод измерения предела жидкости - это испытание конусом падения, также называемый коническим пенетрометрическим тестом. Он основан на измерении проникновения в почву стандартного конуса из нержавеющей стали с определенным углом при вершине, длиной и массой. Хотя тест Касагранде широко используется в Северной Америке, испытание конусом падения является гораздо более распространенным в Европе и других странах из-за меньшей зависимости от оператора при определении предела жидкости.[6]

Преимущества перед методом Касагранде

  • Это легче сделать в лаборатории.
  • Результаты конусного пенетрометра не зависят от навыков или мнения оператора. Таким образом, полученные результаты более надежны.
  • Результаты могут быть использованы для оценки недренированной прочности грунтов на сдвиг.[7]

Производные лимиты

Значения этих пределов используются разными способами. Также существует тесная взаимосвязь между пределами и свойствами почвы, такими как сжимаемость, проницаемость, и сила. Считается, что это очень полезно, потому что, поскольку определение предела относительно просто, эти другие свойства определить труднее. Таким образом, пределы Аттерберга не только используются для определения классификации почвы, но и позволяют использовать эмпирические корреляции для некоторых других инженерных свойств.

Индекс пластичности

Индекс пластичности (PI) - это показатель пластичности почвы. Индекс пластичности - это величина диапазона содержания воды, в котором почва проявляет пластические свойства. PI - это разница между пределом жидкости и пределом пластичности (PI = LL-PL). Почвы с высоким PI обычно глинистые, почвы с более низким PI - ил, а почвы с PI 0 (непластичные) имеют мало или не содержат ила или глины.

Описание почвы на основе PI:[8]

  • (0) - Непластик
  • (<7) - Слегка пластичный
  • (7-17) - Средний пластик
  • (> 17) - Высокая пластичность

Индекс ликвидности

Индекс ликвидности (LI) используется для доведения естественного содержания воды в образце почвы до пределов. Его можно рассчитать как отношение разницы между естественным содержанием воды, пределом пластичности и пределом жидкости: LI = (W-PL) / (LL-PL), где W - естественное содержание воды.

Индекс согласованности

Индекс консистенции (Ic) указывает на консистенцию (твердость) почвы. Он рассчитывается как CI = (LL-W) / (LL-PI), где W - существующая влажность. Почва на пределе жидкости будет иметь индекс консистенции 0, в то время как почва на пределе пластичности будет иметь индекс консистенции 1, и если W> LL, Ic будет отрицательным. Это означает, что почва находится в жидком состоянии. Более того, сумма индекса ликвидности и индекса согласованности равна 1 (единице)

Индекс потока

Кривая, полученная из графика зависимости содержания воды от журнала ударов при определении предела жидкости, лежит почти на прямой линии и известна как кривая потока.

Уравнение для кривой потока: W = - Iж Журнал N + C

Где яж представляет собой наклон кривой потока и называется «индексом потока».[9]

Индекс прочности

Прочность глины на сдвиг при предельной пластичности является мерой ее прочности. Это отношение индекса пластичности к показателю текучести. Это дает нам представление о прочности почвы на сдвиг.[10]

Мероприятия

Активность грунта - это отношение индекса пластичности к глине. размер фракции. Если активность меньше 0,75, почва неактивна. Если активность превышает 1,25, почва считается активной. Если активность находится в пределах вышеуказанных значений, то почва умеренно активна.[11]

Примечания

  1. ^ «Краткая история шведской механики грунтов». Архивировано из оригинал на 2007-03-25. Получено 2007-01-15.
  2. ^ «Проверка предела усадки» (PDF). Инженерный корпус армии США. Архивировано из оригинал (PDF) на 2007-01-02. Получено 2006-12-21.
  3. ^ Джамал, Хасиб. «Предел Аттерберга». О сайте Civil.Org. Получено 22 сентября 2019.
  4. ^ «ASTM D4318 - 10 стандартных методов испытаний для определения предела жидкости, предела пластичности и индекса пластичности грунтов». ASTM. 2010 г.. Получено 2011-02-18.
  5. ^ "trid.trb.org".
  6. ^ BS 1377 часть 2
  7. ^ Льяно-Серна, Марсело А .; Контрерас, Луис Ф. (15 марта 2019 г.). «Влияние шероховатости поверхности и скорости сдвига во время калибровки конуса падения». Геотехника: 1–11. Дои:10.1680 / jgeot.18.P.222. ISSN  0016-8505.
  8. ^ Сеятели, 1979
  9. ^ Джамал, Хасиб. «Классификация грунтов по пределам Аттерберга - предел жидкости, предел пластичности, усадка». www.aboutcivil.org. Получено 2020-07-01.
  10. ^ Джамал, Хасиб. «Классификация грунтов по пределам Аттерберга - предел жидкости, предел пластичности, усадка». www.aboutcivil.org. Получено 2020-07-01.
  11. ^ Скемптон, А. (1953). "Коллоидная" активность "глин" (PDF). Международное общество механики грунтов и инженерной геологии.

Рекомендации

  • Физические свойства почвы - механика
  • Сид, H.B. (1967). «Фундаментальные аспекты пределов Аттерберга». Journal of Soil Mechanics and Foundations Div., 92 (SM4), Получено из http://trid.trb.org/view.aspx?id=38900
  • Дас, Б. М. (2006). Принципы геотехнической инженерии. Стэмфорд, Коннектикут: Обучающий колледж Томсона.
  • Сауэрс, 1979. Введение в механику грунта и основы: геотехническая инженерия, 4-е изд., Макмиллан, Нью-Йорк. (как указано в Coduto, 1999. Geotechnical Engineering: Principles and Practices. Prentice Hall. New Jersey.)