Аттерберг чектерин аныктоо
Биз топурак механикасында эң маанилүү болгон агуу чегин, пластикалуулук чегин жана жыйрылуу чегин аныктоо ыкмаларын сүрөттөйбүз. Бул сыноолордун баары бузулбаган эмес, бузулган бириккен топурак үлгүлөрүндө жүргүзүлөт.
Агуу чегин аныктоо тажрыйбасы
Бул сыноо үчүн табигый нымдуу абалдагы топурактын болжол менен 200 p өлчөмү алынат, сыноонун жыйынтыгынын тактыгына таасир эте турган диаметри 0,5 mm ашкан бүртүкчөлөрсүз. Үлгүнү кургаткыч шкафта кургатууга болбойт, аны дароо дистилденген суу куюлган фарфор чыныга салуу керек, ал жерде жакшы нымдалышы үчүн бир нече саат турушу зарыл. Пластикалуулук индекси IP < 20 болгон кумдуу чопо үчүн нымдоо болжол менен 4 саатка созулат, IP > 20 болгон чопо үчүн — 18 саатка чейин. Андан кийин нымдалган үлгү айнек тактага төгүлүп, лабораториялык бычак менен жакшылап аралаштырылып, курамы бирдей коюу ылай алынат. Эгер 0,5 mm чоңураак бөлүкчөлөр байкалса, алар аралаштыруу учурунда алынып салынат.
Ушундай даярдалган үлгү агуу чегин аныктоочу Casagrande аспабынын жез идишчигине куюлат (сүр. 1), ал биздин лабораторияларда Casagrandeнин титиреткичи деп аталат.
Сүр. 1. Касагранде аппараты агуу чегин аныктоо үчүн
Аспап жезден жасалган идишчеден турат, ал атайын туташтыргыч аркылуу аспапка кошулат, жогорку бөлүгүндө эксцентриги жана айлантуу үчүн туткасы бар катуу резинадан жасалган ийкемдүү негизден турат, мында эксцентрик 1 cm бийиктикке көтөрүлөт, ошонун натыйжасында идишче кулап, негизге урунат (сүр. 1a). Аспаптын өлчөмдөрү стандартташтырылган. Мындан тышкары, так белгиленген өлчөмдөрдөгү профилдүү бычак да бар (сүр. 1b).
Алынган үлгү жез идишчеге бычак менен тегизделип, үлгүнүн бетi толугу менен түз болуп, ал идишченин алдыңкы бөлүгүнүн жарымынан бир аз көбүрөөк жерин жаап турсун, анын идишченин түбүнүн эң төмөнкү чекитинен жогору бийиктиги болжол менен 12 mm болсун. Андан кийин идишче аппаратка коюлуп, профилдүү бычак менен ортосунан оюк кесилет, ал толугу менен түз болуп, идишченин жез түбү көрүнүп турушу үчүн бычак идишченин түбүнө тик багытта кылдат тартылат. Оюктун узундугу болжол менен 40 mm болушу керек. Андан кийин дароо аппараттын туткасы секундуна 2 айлануу ылдамдыкта айландырылып, идишченин негизге урулуштары саналып, оюк байкалат; идишченин негизге урулушунан улам оюк тартыла берет, анткени кесилген бөлүктөр кыймылдап, кайра кошулууга умтулат. Аппараттын туткасын айлантуу оюк 10 mm узундукта жабылганга чейин улантылат. Бул жетишилгенден кийин тутканы айлантуу токтотулат да, андан соң бычак менен 2 cm3 көлөмүндөгү үлгү кошулган оюктун эки тарабындагы бөлүктөн чыгарылып, саат айнектерине салынып, топурактын нымдуулугу аныкталат.
Бул сыноо 3-4 жолу ошол эле ыкма менен кайталанат, бирок ар бир жолу нымдуулугу башкача болот, муну үлгүнү адегенде аз өлчөмдөгү суу менен аралаштырып, андан кийин калган сыноолор үчүн суу кошуу менен камсыз кылышат. Ар бир бүткөн сыноодон кийин үлгү айнек табакка төгүлүп, ага бир аз суу кошулат жана жакшы аралаштырылат, ошондо бир калыптагы, ар бир жолу бир аз суюк, ботко сымал масса алынат.
Сыноону жүргүзүү үчүн даярдалган камыр өтө коюу да, өтө суюк да болбошу керек, анткени топурактын ырааттуулук абалы агуу чегинен өтө алыс болсо, бул сыноо үчүн керектүү тактыкты бербейт. Адатта, эгер соккулардын саны 10 дан аз же 50 ден көп болсо, сыноо ийгиликсиз деп кабыл алынат, бирок бул чектердин аралыгы 10-40 сокку болсо, сыноонун тактыгы жогору болот деп эсептелет.
Белгиленишинче, бир ыкма боюнча, тутканы ар бир жолу бурап бүткөндөн кийин, узундугу 1 cm болгон жердеги тилке кошулган учурдан тартып, мис креслосундагы үлгү дароо бычак менен аралаштырылат да, идиштеги үлгүнүн бети кайра тегизделет, жаңы тилке кесилет, андан кийин аппараттын туткасы кайра бурулат. Бул процесс, узундугу 1 cm болгон тилке кошулган учурда катары менен үч жолу бирдей сокку саны алынганга чейин кайталанат, ал сан андан аркы ыкмада агуу чегин аныктоо үчүн кабыл алынат. Сыноонун жыйынтыктары жарым логарифмалык шкаласы бар диаграммага түшүрүлөт (сүр. 2). Абсцисса огуна соккулардын саны логарифмалык шкалада, ордината огуна болсо үлгүнүн кургак салмагына карата суунун көлөмү пайыз менен арифметикалык шкалада түшүрүлөт. Ар бир тажрыйбада суунун көлөмү w ар башка болгондуктан, A, B, C жана D чекиттерин алабыз, алар соккулардын ар башка санына туура келет; суу көп болгон сайын сокку саны азаят жана тескерисинче. Бул чекиттерди бириктирүү менен кыйгач түз сызык алынат, анын үстүнөн 25 сокку үчүн M чекити изделет. Бул чекитке туура келген суунун көлөмү агуу чеги wL деп кабыл алынат.
Sl. 2. Өтүмдүүлүк чегин аныктоо
Пластикалуулук чегин аныктоо
Жогоруда сүрөттөлгөн ыкма менен даярдалган, бирок суусу азыраак болгон, ошондуктан пластикалык масса болжол менен куюк-пластикалык абалда турган топурак үлгүсү 2-3 cm3 айланасында топ болуп жыйналат да, андан соң алакан менен кадимки же соргуч кагаздын үстүндө 3 mm калыңдыктагы валикке тоголотулат. Эгер үлгү ошол калыңдыкка чейин сынбай тоголотулса, анда ал кайрадан топ болуп жыйналып, ошол эле тартипте тоголотулат. Бул процесс валик 3 mm калыңдыкта сынууга баштаганга чейин кайталанат. Андан кийин сынган валиктер саат айнектерине салынып, суунун көлөмү аныкталат. Үлгүнүн кургак салмагынын пайыздарында көрсөтүлгөн бул суунун көлөмү пластикалуулук чегине wP туура келет.
Кысылуу чегин аныктоо
Сүр. 3. Кысылуу чегин аныктоо
Топурак үлгүсү Берүү чегин аныктоо тажрыйбасы бөлүмүндө сүрөттөлгөн ыкма боюнча дистилденген суу менен аралаштырылат, ошондо анын консистенциясы дээрлик агуу чегинде болот, ал эми бардык тешикчелер суу менен каныккан болот. Андан кийин тоголокчө жасалып, ал адегенде абада, кийин кургаткыч шкафта 105°C да кургатууга калтырылат. Кургатууда мындай ырааттуулук үлгүдө жаракалар пайда болуп, тажрыйбаны бузуп албашы үчүн керек. Дароо башында үлгүнүн салмагы W1 өлчөнөт жана анын көлөмү V1 сымапка чөктүрүү жолу менен аныкталат, андан кийин ал абада, соңунда кургаткыч шкафта дагы кургатылат, маал-маалы менен үлгү алынып, эксикатордо муздатылып, анын салмагы W2, W3, W4 ж.б. жана көлөмү V2, V3, V4 ж.б. өлчөнөт. Ушундайча, нымдуулуктун бир абалында үлгүнүн көлөмү кыскарууну токтотору, бирок анын салмагы кургаган сайын дагы төмөндөй берери аныкталат. Эгер үлгү баштапкы абалында суу менен каныккан болсо, башкача айтканда тешикчелеринде аба болбосо, анда үлгү кургаганда суу жоготуусу кыскаруу чегине чейин болжол менен үлгүнүн көлөмүнүн азайышына туура келет. Андан кийин көлөмдү өлчөөсүз кургатуу үлгү толук кургаганга чейин, башкача айтканда салмагы туруктуу болгонго чейин улантылат. Ошондо үлгүнүн көлөмүн жана салмагын ар бир өлчөөдөгү кургак салмакка карата суунун көлөмү пайыз менен аныкталат да, тажрыйбанын жыйынтыктары диаграммага түшүрүлөт (сүр. 3). Ушундай жол менен A, B, C, D жана E чекиттери алынат, алар кошулат, натыйжада адатта кыскаруу чеги аймагында кескин бурулушу бар сызык алынат. Бурулуш чекитинде S кыскаруу чегине W_S туура келген нымдуулук w алынат.
Капиллярдуулукту аныктоо
Суунун капиллярдык көтөрүлүш бийиктигин аныктоо тажрыйбасы эки жол менен жүргүзүлөт: суунун капиллярдык көтөрүлүш бийиктигин түз өлчөө жана капилляриметр аркылуу кыйыр өлчөө.
Капиллярдык бийиктикти түз өлчөө аркылуу аныктоо тажрыйбасы
Бузулган үлгүдөн топурактын болжол менен 300 пондусу алынып, ал 105°C чейин кургатылат, андан кийин муздагандан кийин бүртүкчөлөрүн майдалабастан, өтө майда порошок кылып эзилет. Алынган порошок диаметри ø 25 mm, узундугу 1,5 - 2,5 m, эки учу ачык айнек түтүккө куюлат, анын төмөнкү учу алдын ала айнек пахтасы же кездеме кесими менен жабылат. Ачык жогорку учуна кургатылган порошок болжол менен 10 cm бийиктикке чейин куюлат, андан кийин түтүктү көтөрүп, жыгач полго же башка ийкемдүү таянычка уруп түшүрөбүз, түтүктөгү порошоктун отуруусу байкалганга чейин. Порошоктун отуруусун түтүккө майлуу бор менен сызык белгилерди коюп көзөмөлдөйбүз. Андан кийин дагы 10 cm порошок куюлуп, ошол эле ыкма кайталонот, топурак үлгүсүнүн капиллярдуулугу текшериле турган кургак тыгыз порошок менен түтүк толтурулганга чейин. Анан түтүктүн түбүн агымы жок дистилденген суу куюлган айнек идишке салабыз, мында түтүктүн төмөнкү учу идиштин түбүнө тийип турбашы керек (сүр. 4). Айнек түтүктү масштабга тактай менен бекитебиз, ошентип түтүк да, шкала да тик турушу керек. Андан кийин түтүктөгү суунун көтөрүлүшүн байкайбыз, ал түсү боюнча так айырмаланат: кургак үлгү ачык түстө, нымдуу караңгы болот. Идиштеги суунун деңгээли менен нымдуу үлгүнүн жогорку кыркасынын ортосундагы аралык капиллярдык көтөрүлүштүн hk бийиктигин түзөт.
Сүр. 4. Суунун капиллярдык көтөрүлүш бийиктигин түз өлчөө менен аныктоо
Көзөмөлдөө, эреже боюнча, 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64 ж.б. сааттардан кийин жүргүзүлөт. Көзөмөлдүн натыйжалары диаграммага түшүрүлөт, анын абсциссалары сааттардагы убакытты, ал эми ординаталары суунун капиллярдык көтөрүлүшүнүн мм менен бийиктигин билдирет (сүр. 5).
Кумдуу материалда капиллярдык көтөрүлүү алгач тез, андан кийин жайыраак болуп, көтөрүлүүнүн акыркы бийиктигине бат эле жетет. Чопо материалда капиллярдык көтөрүлүү башында жайыраак болот, бирок узагыраак созулат жана кыйла жогору бийиктикке жетет.
Капиллярдык бийиктикти аныктоонун бул ыкмасы, айрыкча чополуу топуракта, көп убакытты талап кылат. Мындан тышкары, капиллярдык көтөрүлүүнүн бийиктиги абанын температурасына жана анын нымдуулугуна да көз каранды, ошондуктан бул факторлор мүмкүн болушунча туруктуу кармалышы керек.
Сүр. 5. Топуракта суунун капиллярдык көтөрүлүшүнүн диаграммасы, a-кум; b-чаң; c-кумдуу чопо
Капилляриметрдин жардамы менен капиллярдык бийиктикти аныктоо сыноосу
Ар түрдүү конструкциядагы бир нече капилляриметр бар, мисалы, Бесков, Юргенсон жана Энгельхардт капилляриметрлери. Бул жерде эң көп колдонулган Бесков капилляриметри менен иштөө принцибин сүрөттөп беребиз.
Бул сыноо бузулбаган же бузулган үлгүлөрдө жүргүзүлөт. Эгер үлгү бузулган болсо, анда ал шайманга агым чегиндеги абалда киргизилет.
Сүр. 6. Бесков капилляриметри
Бесков капилляриметри эки идиштен (сүр. 6) турат, алар төмөнкү бөлүктөрүндө куралдандырылган резина шланг аркылуу өз ара туташтырылган. 1 идишке топурак үлгүсү фильтр түбүнө коюлат, ал эми анын астындагы идиш жарым-жартылай дистилденген суу, жарым-жартылай сымап менен толтурулат; сымап төмөнкү бөлүгүндө бүт резина шлангды жана 2 идиштин төмөнкү бөлүгүн да толтурат. Тажрыйбанын башында эки идиштеги сымаптын деңгээли бирдей болот. Андан кийин 2 идиши ылдый түшүрүлөт, муну менен 1 идиштин фильтр түбүнүн астында терс басым пайда болот. Бул терс басым үлгүдөгү капиллярдык күчтөрдөн чоң болуп калганда, аба үлгү аркылуу фильтр түбүнө өтө баштайт да, андан кийин дароо 2 идишин түшүрүү менен эки идиштеги сымаптын деңгээли теңелет. Сымаптын бир жана экинчи идиштеги деңгээлдеринин айырмасы Hg, терс басым менен капиллярдык күчтөр теңелген учурдө, башкача айтканда аба үлгү аркылуу өтө баштаардан бир аз мурда, суу мамысынын бийиктигине кайра эсептелип жана үлгүнүн астындагы h суу мамысынын бийиктиги менен көбөйтүлүп, капиллярдык бийиктик hk ни берет. Сымап сууна караганда 13,6 эсе оор болгондуктан, капиллярдык көтөрүлүүнүн бийиктиги hk мындай:
hk = 13,6 Hg + h
Топурактын өткөрүмдүүлүгүн аныктоо
Топурактын өткөрүмдүүлүгүн аныктоонун лабораториялык сыноосу пермеаметрлер деп аталган атайын аппараттардын жардамы менен жүргүзүлөт. Пермеаметрлердин ар түрдүү конструкциялары бар, бирок аларды эки топко бөлүүгө болот: туруктуу суу басымы бар пермеаметрлер — ири бүртүкчөлүү топурактар үчүн жана төмөндөп туруучу суу басымы бар пермеаметрлер — майда бүртүкчөлүү топурактар үчүн. Эки учурда тең сыноо бузулбаган үлгүлөр менен жүргүзүлөт.
Лабораториялык сыноо аркылуу топурактын өткөрүмдүүлүк коэффициенти аныкталат, анын мааниси белгилүү бир температурада көрсөтүлөт, анткени ар түрдүү температураларда суунун илешкектүүлүгү башкача болуп, бул өткөрүмдүүлүк коэффициенти _k_нин маанисине таасир этет. Көбүнчө k коэффициенти t =10°C температурасында көрсөтүлөт. Демек, эгер 10°C, k коэффициентин аныктоодо суунун температурасы T t = 10°C дан айырмалуу болсо, анда анын мааниси төмөнкү формула боюнча кайра эсептелет:
k10oC = ηt /η10oC * kT
мында ηt жана η10oC — иштөө температурасы _T_деги, тиешелүүлүгүнө жараша кабыл алынган температура t =10°Cдеги суунун илешкектүүлүгү.
kT — T иштөө температурасына карата топурактын өткөрүмдүүлүк коэффициентинин алынган мааниси.
Ар түрдүү T температуралары үчүн илешкектүүлүк маанилери 1 таблицасында берилген.
Туруктуу суунун басымы менен сыноо
Сүр. 7. Суунун туруктуу басымы бар пермеаметр
Бул сыноо үчүн диаметри D, бийиктиги h болгон, төмөнкү кыры учталган металл цилиндрге бузулбаган топурак үлгүсү топуракка же андан чоңураак бузулбаган үлгүгө басып киргизүү жолу менен алынат. Үлгүнүн үстүңкү жана астыңкы беттери цилиндрдин кырлары менен тегизделгенден кийин, цилиндрдеги үлгү аппаратка (сүр. 7) үстүңкү жана астыңкы фильтрдин ортосуна коюлат. Төмөнкү фильтр жыш тордон жана фильтр ташынан турат, мунун максаты — суунун үлгүдөн өтүшүнө шарт түзүү жана топурак бөлүкчөлөрүнүн жуулуп чыгышына бөгөт коюу. Үстүңкү фильтрде тор жок, анткени бөлүкчөлөрдүн жуулуп чыгуу мүмкүнчүлүгү азыраак. Үлгүгө суу N деңгээлинен берилет, ал ашып кетүүчү түзүлүштүн жардамы менен туруктуу кармалып турат, ошентип гидростатикалык басым H туруктуу болот. Бул басымдын астында суу h калыңдыктагы үлгүдөн өтүп, аппараттын үстүңкү бөлүгүнө туташтырылган түтүк аркылуу айнек мензурка M га жетет, ал жерде тамчылайт.
Суунун үлгүдөн мензуркага агып кириши башталаары менен секундомерди иштетебиз жана t убакыт ичинде мензуркага келип түшкөн суунун q көлөмүн байкайбыз. Дарси мыйзамына ылайык
q = k*A*t*i
мында k өткөрүмдүүлүк коэффициенти см/сек менен, A үлгүнүн кесилиш аянты, i гидравликалык жоготуу, i = H/h.
Жогорудагы теңдемеден k= qh/Ath [cm/sec].
Үлгү аркылуу өткөн суунун көлөмүн байкоо башталган учурдан аягына чейин өзүнчө убакыт аралыктарада өлчөйбүз, ошентип үлгү аркылуу өткөн суунун өзүнчө көлөмдөрү да, жалпы көлөмү да белгилүү болот.
Үлгүдөгү жана сууда болушу мүмкүн болгон, тажрыйбанын туура эмес жыйынтыктарына алып келчү аба көбүкчөлөрүн жок кылуу үчүн, тажрыйбага чейин үлгү каныккан абалда болушу, ошондой эле тажрыйбаны жүргүзүү үчүн кайнатылган же жок дегенде токтоп калган суу колдонулушу керек.
Жогоруда сүрөттөлгөн, суу деңгээлинин H айырмасынан улам пайда болгон гидростатикалык басымга негизделген аппараттын ордуна, гидростатикалык басым 10дан 15 kp/cm2 чейин болгон аба басымы менен түзүлгөн, компрессордун жардамы менен туруктуу кармалып туруучу аппараттар да бар.