Аттербергийн хязгаарыг тодорхойлох
Бид хөрсний механикт хамгийн чухал болох шингэлийн хязгаар, хуванцар хязгаар болон агшилтын хязгаарыг тодорхойлох туршилтуудыг тайлбарлана. Эдгээр бүх туршилтыг эвдэрсэн эвлэгдэмтгий хөрсний дээж дээр гүйцэтгэдэг.
Тектийн хязгаарыг тодорхойлох туршилт
Энэ туршилтад байгалийн чийглэг байдалтай, диаметр нь 0,5 mm-ээс ихгүй ширхэгүүд агуулаагүй, үр дүнд нөлөөлөхгүй 200 p орчим хөрс авна. Дээжийг хатаах шкафт хатааж болохгүй, харин шууд нэрмэл устай шаазан аягандаа хийж, сайтар норох хүртэл хэдэн цаг байлгах хэрэгтэй. Хуванцарлагийн индекс IP < 20 шавранцар хөрсөнд норголт ойролцоогоор 4 цаг, IP > 20 шаварт 18 цаг үргэлжилнэ. Дараа нь норсон дээжийг шилэн хавтан дээр асгаж, лабораторийн хутгаар сайтар хутгаж, жигд найрлагатай өтгөн зутан бэлтгэнэ. Хэрэв 0,5 mm-аас том бөөмс ажиглагдвал холих явцад тэдгээрийг авч хаяна.
Ингэж бэлтгэсэн дээжийг урсалтын хязгаарыг тодорхойлох Casagrande-ийн багажийн гууль аяганцарт (зураг. 1) хийдэг бөгөөд манай лабораториудад үүнийг Casagrande-ийн доргилтын аппарат гэж нэрлэдэг.
Зураг 1. Cassagrandeov aparat za određivanje granice tečenja
Төхөөрөмж нь гуулин аяга, тусгай холбоосоор төхөөрөмжид залгагддаг, дээд хэсэгтээ эксцентрик ба эргүүлэх бариултай хатуу резинэн уян суурь зэргээс бүрдэх бөгөөд эксцентрик 1 cm хүртэл өргөгдөхөд аяга унаж суурийг мөргөнө (зураг 1a). Төхөөрөмжийн хэмжээсүүд стандарчлагдсан. Үүнээс гадна яг тодорхой хэмжээтэй профильт хутга ч байдаг (зураг 1b).
Шанагаар авсан дээжийг гууль аяган дотор хутгаар тэгшилж, дээжийн гадаргуу бүрэн хавтгай болж, аяганы урд хэсгийн хагасаас жаахан илүүг бүрхэхээр, мөн түүний өндөр аяганы ёроолын хамгийн доод цэгээс дээш ойролцоогоор 12 mm байхаар хийнэ. Дараа нь аягыг төхөөрөмжид залгаж, профилжуулсан хутгаар дунд нь суваг зүсэж, түүнийг бүрэн шулуун болгож, аяганы гуулин ёроол харагдахаар болгоно. Үүнийг хутгыг аяганы ёроолд перпендикуляр чиглэлд болгоомжтой татах замаар гүйцэтгэнэ. Сувагны урт нь ойролцоогоор 40 mm байх ёстой. Үүний дараа төхөөрөмжийн бариулыг секундэд 2 эргэлтийн хурдтайгаар эргүүлж, аяганы сууринд цохилох цохилтын тоог тоолж, аяганы сууринд цохигдсоноор нарийсах сувгийг ажиглана. Учир нь зүсэгдсэн дээжийн хэсгүүд хөдөлж, дахин нийлөх хандлагатай болдог. Суваг 10 mm уртаар нийлтэл бариулыг эргүүлэх ажиллагааг үргэлжлүүлнэ. Үүнд хүрмэгц бариулыг цааш эргүүлэхээ больж, тэр даруй хутгаар нийлсэн сувгийн орчим хоёр талаас ойролцоогоор 2 cm3 хэмжээний дээжийг авч, цагны шилэнд хийж, хөрсний чийгийг тодорхойлно.
Энэ туршилтыг 3-4 удаа ижил аргаар давтдаг, гэхдээ бүрт өөр чийглэгтэйгээр хийдэг бөгөөд үүнийг эхлээд сорьцыг бага хэмжээний устай хольж, дараа нь бусад туршилтуудад ус нэмж өгөх замаар хангана. Дүүргэж дууссан туршилт бүрийн дараа сорьцыг шилэн хавтан дээр асгаж, бага зэрэг ус нэмж сайн хольсноор жигд, бүртээ арай шингэн, зуурмаг маягийн масс гаргана.
Туршилт явуулахын тулд бэлтгэсэн зуурмаг нь хэт өтгөн ч биш, хэт шингэн ч биш байх ёстой, учир нь хөрсний консистенцийн төлөв тектийн хязгаараас хэт хол байвал энэ туршилтад шаардлагатай нарийвчлал өгдөггүй. Ихэвчлэн хэрэв цохилтын тоо 10-оос бага эсвэл 50-оос их бол туршилт амжилтгүйд тооцогддог, харин эдгээр хязгаарын зай 10-40 цохилт байвал туршилтын нарийвчлал илүү сайн гэж үздэг.
Нэг аргын дагуу, бариулыг бүрэн эргүүлж ховилыг 1 cm уртад нийлүүлсний дараа бүрт удаа гууль аяган дахь дээжийг хутгаар нэн даруй хольж, аяган дахь дээжийн гадаргууг дахин тэгшлээд шинэ ховил гарган, дараа нь багажийн бариулыг эргүүлнэ гэж тэмдэглэе. Энэ ажиллагааг 1 cm уртад ховилыг нийлүүлэхэд дараалан гурван удаа ижил цохилтын тоо гарах хүртэл давтана. Гарсан цохилтын тоог цаашдын шингэрэлтийн хязгаарыг тодорхойлох ажиллагаанд авна. Туршилтын үр дүнг хагас логарифмын хуваарьтай диаграммд (зураг 2) тэмдэглэнэ. Абсцисс тэнхлэгт цохилтын тоог логарифмын хуваариар, ординатын тэнхлэгт усны хэмжээг сорьцын хуурай жингийн хувиар арифметик хуваариар тавина. Туршилт бүрт усны хэмжээ w өөр өөр байдаг тул A, B, C, D цэгүүд үүсэх бөгөөд эдгээр нь өөр өөр цохилтын тоонд харгалзана. Усны хэмжээ их байх тусам цохилтын тоо бага байна, мөн эсрэгээр. Эдгээр цэгүүдийг холбосноор налуу шулуун гарч, түүн дээр 25 цохилтын үед харгалзах M цэгийг олно. Энэ цэгт тохирох усны хэмжээг шингэрэлтийн хязгаар wL гэж авна.
Зураг 2. Урсамтгай байдлын хязгаарыг тодорхойлох
Пластик чанарын хязгаарыг тодорхойлох
Дээр тайлбарласны дагуу бэлтгэсэн, гэхдээ ус багатай, тэгэхээр бараг уян-пластик төлөвтэй пластик масс болох хөрсний дээжийг ойролцоогоор 2-3 cm3 хэмжээтэй бөмбөлөг болгон бөөгнөрүүлээд, дараа нь алгаараа энгийн буюу шингээгч цаасан дээр 3 mm зузаантай цилиндр болгон өнхрүүлнэ. Хэрэв дээж ийм зузаанд хугарахгүйгээр өнхөрч байвал дахин бөмбөлөг болгон бөөгнөрүүлж, мөн адил байдлаар өнхрүүлнэ. Энэ ажиллагааг цилиндр 3 mm зузаанд хүрэхэд хугарч эхлэх хүртэл давтана. Тэгээд хугарсан цилиндрүүдийг цагийн шилэн дээр хийж, усны агууламжийг тодорхойлно. Тухайн усны хэмжээ, дээжийн хуурай жингийн хувиар илэрхийлэгдсэнээр, хуванцар чанарын хязгаар wP-д харгалзана.
Агших хязгаарыг тодорхойлох
Зур. 3. Агшилтын хязгаарыг тодорхойлох
Хөрсний дээжийг Тектийн хязгаарыг тодорхойлох туршилт дээр тайлбарласан аргаар нэрмэл устай хольж, бүх нүх сүв нь усаар ханасан үед түүний консистенц нь ойролцоогоор тектийн хязгаарт байхаар бэлтгэнэ. Дараа нь бөмбөлөг хэлбэрт оруулаад эхлээд агаарт, дараа нь 105°C-д хатаах шүүгээнд хатаана. Хуурайшсан дээжинд ан цав үүсэж туршилтыг алдагдуулахгүйн тулд хатаах ийм дараалал шаардлагатай. Эхэнд нь дээжийн W1 жинг хэмжиж, мөн мөнгөн усанд дүрэх аргаар түүний эзэлхүүн V1-ийг тодорхойлно, дараа нь дахин агаарт, улмаар хатаах шүүгээнд үе үе дээж авч, эксикатор дотор хөргөж, жин W2, W3, W4 гэх мэт болон эзэлхүүн V2, V3, V4 гэх мэтийг хэмжиж үргэлжлүүлэн хатаана. Ингэснээр нэг тодорхой чийгийн төлөвт дээжийн эзэлхүүн цаашид багасахаа больж, харин жин нь хатаалтын улмаас буурсаар байдгийг тогтооно. Хэрэв дээж анхны төлөвтөө усаар ханасан, өөрөөр хэлбэл нүх сүвэндээ агаар агуулаагүй бол хатаах явцад сүвшилтийн хязгаар хүртэлх усны алдагдал нь дээжийн эзэлхүүний бууралтад ойролцоогоор тохирно. Үүний дараа эзэлхүүнийг хэмжихгүйгээр хатаалтыг бүрэн хатах, өөрөөр хэлбэл жин тогтворжих хүртэл үргэлжлүүлнэ. Тэгээд дээжийн эзэлхүүн ба жингийн хэмжилт бүрт харгалзах хуурай жингийн хувиар усны агууламжийг тодорхойлж, туршилтын үр дүнг диаграммд (зураг 3) тавина. Ийнхүү A, B, C, D ба E цэгүүд гарч ирэх бөгөөд тэдгээрийг холбохоор ихэвчлэн агшилтын хязгаарын бүсэд огцом нугаралттай шугам үүснэ. Нугаралтын S цэгт агшилтын хязгаар W_S-д тохирох w чийгшил олдоно.
Капилляр шинжийг тодорхойлох
Усны капилляр өгсөлтийн өндрийг тогтоох туршилтыг хоёр аргаар, тухайлбал капилляр өгсөлтийн өндрийг шууд хэмжих болон капилляриметр ашиглан шууд бус хэмжилт хийх замаар явуулна.
Капилляр өндрийн шууд хэмжилтээр тодорхойлох туршилт
Эвдрээгүй дээжээс ойролцоогоор 300 pondi хөрс авч, 105°C дээр хатаагаад, дараа нь хөргөсний дараа ширхэгийг бутлалгүйгээр маш нарийн нунтаг болтол үйрүүлнэ. Гарсан нунтагыг диаметр нь ø 25 mm, урт нь 1,5 - 2,5 m, хоёр үзүүр нь нээлттэй шилэн хоолойд хийж, доод үзүүрийг нь урьдчилан шилэн хөвөнгөөр эсвэл даавуугаар бөглөнө. Нээлттэй дээд үзүүрт хатаасан нунтагыг ойролцоогоор 10 cm өндөр хүртэл хийнэ, дараа нь хоолойг өргөж модон шал эсвэл өөр уян тулгуур дээр цохилтот байдлаар унагааж, хоолойд нунтаг сууж нягтрах нь харагдах хүртэл үргэлжлүүлнэ. Нунтаг суултыг хоолой дээр тосон шохойгоор шугам тэмдэглэн хянана. Үүний дараа дахин 10 cm нунтаг хийн, ижил ажиллагааг хөрсний дээжийн нягт хуурай нунтагаар хоолойг дүүргэх хүртэл давтана, бид түүний капиллярыг шалгаж байна. Дараа нь хоолойн ёроолыг урсгалгүй нэрмэл устай шилэн саванд дүрэхдээ хоолойн доод үзүүр савны ёроолд хүрч болохгүй (зураг 4). Шилэн хоолойг шугамтай модон рейкэнд бэхэлж, хоолой ба шкал хоёулаа босоо байхаар байрлуулна. Үүний дараа хоолойд ус дээш өгсөхийг ажиглана, энэ нь өнгөөрөө тод ялгарна: хуурай дээж цайвар, чийгтэй нь бараан өнгөтэй. Сав дахь усны түвшин ба чийгтэй дээжийн дээд ирмэгийн хоорондох зай нь капилляр өгсөлтийн hk өндрийг илэрхийлнэ.
Зураг 4. Усны капилляр өгсөлтийн өндрийг шууд хэмжилтээр тодорхойлох
Ажиглалтыг дүрмээр 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64 гэх мэт цагийн дараа хийдэг. Ажиглалтын үр дүнг диаграммд тэмдэглэх бөгөөд түүний абсцисс дээр цагийг, ординат дээр усны капилляр өгсөлтийн өндрийг мм-ээр авна (зураг 5).
Элсэн материалын хувьд капиллярын өгсөлт эхэндээ огцом, дараа нь удаан болж, эцсийн өгсөх өндөрт хурдан хүрнэ. Шаварлаг материалын хувьд капиллярын өгсөлт эхэндээ удаан боловч илүү урт хугацаанд үргэлжилж, хавьгүй өндөрт хүрдэг.
Капиллярын өндрийг тодорхойлох энэ арга нь удаан хугацаа шаарддаг, ялангуяа шаварлаг хөрсөнд. Түүнээс гадна капиллярын дээшлэлтийн өндөр нь агаарын температур, мөн түүний чийгшлээс хамаардаг тул эдгээр хүчин зүйлийг аль болох тогтвортой байлгах шаардлагатай.
Зур. 5. Хөрсөн дэх усны капилляр өгсөлтийн диаграмм, a-элс; b-тоос; c-шаварлаг хөрс
Капиллярометрээр капиллярын өндрийг тодорхойлох туршилт
Бесков, Юргенсон, Энгельхардтын капилляриметр зэрэг өөр өөр бүтэцтэй хэд хэдэн капилляриметр байдаг. Энд хамгийн өргөн хэрэглэгддэг Бесковын капилляриметрээр ажиллах зарчмыг тайлбарлая.
Энэ туршилтыг эвдрэлгүй эсвэл эвдэрсэн сорьц дээр гүйцэтгэнэ. Хэрэв сорьц эвдэрсэн бол түүнийг урсалтын хилийн төлөвт нь аппаратад хийнэ.
Зураг 6. Бесковын капиллярометр
Бесковын капилляриметр нь доод хэсгээрээ арматуртай резинэн хоолойгоор хооронд нь холбогдсон хоёр савнаас (зураг 6) бүрдэнэ. 1 саванд хөрсний дээжийг шүүлтүүрийн ёроол дээр байрлуулдаг бөгөөд түүний доорх сав нь хэсэгчлэн нэрмэл усаар, хэсэгчлэн мөнгөн усаар дүүрсэн байна; мөнгөн ус нь доод хэсэгтээ байрлах тул бүх резинэн хоолой болон 2 савны доод хэсгийг ч мөн дүүргэнэ. Туршилтын эхэнд хоёр сав дахь мөнгөн усны түвшин ижил байна. Дараа нь 2 савыг доош буулгаснаар 1 савны шүүлтүүрийн ёроолын доор сөрөг даралт үүснэ. Энэ сөрөг даралт нь дээж дэх капиллярын хүчнээс их болох үед агаар дээжээр дамжин шүүлтүүрийн ёроолд нэвтэрч, үүний дараа хоёр сав дахь мөнгөн усны түвшин 2 савыг буулгаснаар даруй тэнцэнэ. Сөрөг даралт ба капиллярын хүч тэнцэх мөчид, өөрөөр хэлбэл агаар дээжээр нэвтэрч эхлэхийн яг өмнөхөн, нэг ба нөгөө сав дахь мөнгөн усны түвшний зөрүү Hg-г усан баганын өндрөөр тооцож, дээжийн доорх усан баганын өндөр h-ээр нэмэгдүүлбэл капиллярын өндөр hk-ийг өгнө. Мөнгөн ус нь 13,6 дахин усаас хүнд тул капилляр өгсөлтийн өндөр hk нь:
hk = 13,6 Hg + h
Хөрсний нэвчимтгий байдлыг тодорхойлох
Хөрсний нэвчимтгий чанарыг лабораторийн аргаар тодорхойлох туршилтыг пермеаметр гэж нэрлэгдэх тусгай төхөөрөмжөөр гүйцэтгэдэг. Пермеаметрийн янз бүрийн хийц байдаг боловч тэдгээрийг хоёр бүлэгт хувааж болно: тогтмол усны даралттай пермеаметрүүд нь бүдүүн ширхэгтэй хөрсөнд, мөн буурч буй усны даралттай пермеаметрүүд нь нарийн ширхэгтэй хөрсөнд зориулагдсан. Аль ч тохиолдолд туршилтыг эвдрээгүй сорьцоор явуулна.
Лабораторийн туршилтаар хөрсний нэвтрүүлэх чадварын коэффициентийг тодорхойлдог бөгөөд усны зуурамтгай чанар нь өөр температурт өөр байдаг тул уг утгыг тодорхой нэг температурт илэрхийлдэг; энэ нь нэвтрүүлэх чадварын коэффициент k-ийн утгад нөлөөлнө. Ихэвчлэн k коэффициентийг t =10°C температурт илэрхийлдэг. Иймээс, хэрэв 10°C, k коэффициентийг тодорхойлох үеийн усны температур T нь t = 10°C-оос өөр байсан бол түүний утгыг дараах томьёогоор дахин тооцно:
k10oC = ηt /η10oC * kT
энд ηt болон η10oC нь ажлын температур T дахь, мөн сонгосон температур t =10°C дахь усны зуурамтгай чанар юм.
kT нь ажлын температур T-д хөрсний нэвтрүүлэх чадварын коэффициентийн гарсан утга.
Өөр өөр температур T-ийн зуурамтгай чанарын утгуудыг 1 хүснэгтэд өгсөн.
Тогтмол усны даралттай туршилт
Зураг 7. Усны тогтмол даралттай пермеаметр
Энэ туршилтад D диаметртэй, h өндөртэй, доод ирмэг нь шовхруулсан металл цилиндрт эвдрээгүй хөрсний дээжийг хөрсөнд эсвэл том хэмжээтэй эвдрээгүй дээжинд шигтгэн авна. Дээжийн дээд ба доод гадаргууг цилиндрийн ирмэгтэй тэгшилсний дараа цилиндрт байгаа дээжийг аппаратад (sl. 7) дээд ба доод шүүлтүүрийн хооронд байрлуулна. Доод шүүлтүүр нь нягт шигшүүр ба шүүлтүүр чулуунаас бүрдэх бөгөөд дээжээр ус нэвтрүүлэх, хөрсний ширхэгийг угаагдан гарахаас сэргийлэхэд зориулагдана. Дээд шүүлтүүр нь ширхэг угаагдах боломж бага тул шигшүүргүй байна. Дээж рүү усны нийлүүлэлт нь N түвшнээс хийгдэх бөгөөд асгаралтаар тогтмол баригддаг тул гидростатик даралт H тогтмол байна. Энэ даралтаар ус h зузаантай дээжээр нэвтэрч, төхөөрөмжийн дээд хэсэгт холбогдсон хоолойгоор M шилэн мензурт хүрч дусална.
Сорьцоор ус хэмжүүр рүү урсаж эхмэгц секунд хэмжигчийг ажиллуулж, t хугацаанд хэмжүүрт орж ирэх усны q хэмжээг ажиглана. Дарсийн хуулийн дагуу нь
q = k*A*t*i
энд k нь см/сек дахь нэвтрүүлэх чадварын коэффициент, A нь сорьцын хөндлөн огтлолын талбай, i нь гидравлик уналт, i = H/h.
Дээрх тэгшитгэлээс k= qh/Ath [cm/sec].
Дээжээр нэвтэрсэн усны хэмжээг ажиглалтын эхнээс төгсгөл хүртэл тодорхой хугацааны завсарт уншдаг бөгөөд ингэснээр дээжээр урссан усны хэсэгчилсэн болон нийт хэмжээг авна.
Сорьц болон усан дахь агаарын хөөснүүдийг арилгаж, туршилтын буруу үр дүн гарахаас сэргийлэхийн тулд туршилтын өмнө сорьц ханасан байдалтай байх ёстой бөгөөд туршилтыг гүйцэтгэхдээ буцалгасан эсвэл наанадаж хэсэг хугацаанд байлгасан усыг хэрэглэнэ.
Өмнө тайлбарласан H усны түвшний зөрүүнээс үүдэлтэй гидростатик даралт дээр суурилсан төхөөрөмжийн оронд, гидростатик даралтыг 10-аас 15 kp/cm2 хүртэлх агаарын даралтаар үүсгэж, компрессороор тогтмол байлгадаг төхөөрөмжүүд ч байдаг.