การกำหนดความสามารถในการอัดตัวของดิน

หมายเหตุจากผู้เชี่ยวชาญที่สำคัญ: บทความนี้เป็นการทบทวนการศึกษาและไม่ใช่การศึกษาทางธรณีเทคนิค มาตรฐานห้องปฏิบัติการที่ถูกต้อง การคำนวณพื้นฐาน หรือคู่มือการใช้งาน ข้อกำหนด ขั้นตอน หน่วยวัด ค่า การจำแนกประเภท และการอ้างอิงถึง “ข้อบังคับของเรา” เดิมถูกถ่ายโอนโดยไม่ได้ตรวจสอบการปฏิบัติตามมาตรฐานและข้อบังคับที่บังคับใช้ การทดสอบดิน การเลือกวิธีการ การตีความผลลัพธ์ และการตัดสินใจในการออกแบบจะต้องดำเนินการโดยผู้เชี่ยวชาญด้านธรณีเทคนิคที่ได้รับอนุญาตและห้องปฏิบัติการที่เหมาะสมสำหรับวัตถุและตำแหน่งเฉพาะ

หัวข้อเรื่องการอัดตัวของดินไม่ได้เป็นส่วนหนึ่งของข้อเสนอสาธารณะใหม่ของ Savo Kusić จุดมุ่งหมายในการผลิตในปัจจุบันประกอบด้วย หน้าต่างไม้, หน้าต่างไม้-อลูมิเนียม และ ประตูสั่งทำพิเศษ สำหรับโครงการหน้าต่างหรือประตูเฉพาะ คุณสามารถส่ง ขอใบเสนอราคา.

พื้นฐานของการทดสอบมาตรระยะทาง

ความสามารถในการอัดตัวของดินถูกกำหนดโดยการทดสอบแรงอัดโดยมีการป้องกันการขยายตัวด้านข้าง ซึ่งเรียกอีกอย่างว่าการทดสอบมาตรระยะทางหรือการทดสอบการรวมตัว

การทดสอบจะดำเนินการกับตัวอย่างที่ไม่ถูกรบกวน และในบางกรณีกับตัวอย่างที่ถูกรบกวน ในกรณีแรก ตัวอย่างทดสอบจะดำเนินการโดยการกดวงแหวนโลหะลงในตัวอย่างที่มีขนาดใหญ่กว่าและไม่ถูกรบกวน ซึ่งจากนั้นจะถูกป้อนเข้าไปในอุปกรณ์พร้อมกับวงแหวนหลังจากตัดตัวอย่างส่วนเกินออกและปรับระดับพื้นผิวด้วยขอบของกระบอกสูบ ในกรณีที่สอง วงแหวนจะถูกเติมด้วยตัวอย่างในสถานะสม่ำเสมอที่จุดคราก และในสถานะนั้น ตัวอย่างจะถูกใส่เข้าไปในมาตรระยะทาง

การทดสอบดำเนินการโดยใช้อุปกรณ์ที่ Terzaghi สร้างขึ้นครั้งแรกและเรียกว่าโอเอโดมิเตอร์ ปัจจุบัน มีโครงสร้างที่แตกต่างกันหลายประการของอุปกรณ์นี้ แต่ทั้งหมดก็ใช้หลักการเดียวกัน คือการทดสอบแรงอัดของตัวอย่างดินภายใต้ภาระโดยมีการป้องกันการขยายตัวด้านข้าง

เครื่องวัดระยะทาง: คำอธิบายอุปกรณ์

รูปที่. 1. มาตรวัดระยะทาง

มาตรระยะทางประกอบด้วยกระบอกโลหะซึ่งมีตัวอย่างอยู่ระหว่างหินกรองสองก้อน (รูปที่ 1) ตัวอย่างจะถูกใส่เข้าไปในอุปกรณ์ในวงแหวนโลหะที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 7-10 cm และมีความสูง 1-4 cm โหลด P จะถูกถ่ายโอนไปยังตัวอย่างผ่านทางหินกรองด้านบน ใต้หินกรองด้านล่าง มีช่องที่ด้านล่างของกระบอกสูบเพื่อระบายน้ำจากตัวอย่างลงสู่ท่อคาปิลลารี รวมถึงสำหรับจ่ายน้ำด้วย เนื่องจากการบีบอัดตัวอย่างทำได้โดยสูญเสียรูพรุน เนื่องจากอนุภาคของดินแข็งและน้ำในรูพรุนนั้นไม่สามารถบีบอัดได้จริง จึงจำเป็นต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าน้ำระบายออกจากตัวอย่างในระหว่างการทดสอบ ซึ่งทำได้โดยใช้หินกรอง ช่องทาง และท่อคาปิลลารี

ทางด้านซ้ายของอุปกรณ์คือท่อจ่ายน้ำที่มีก๊อกอยู่ด้านหน้ากระบอกสูบ ในขณะที่ท่อคาปิลารีอยู่ทางด้านขวา โดยมีก๊อกอยู่ด้านหลังกระบอกสูบ ท่อเส้นเลือดฝอยยังใช้เพื่อกำหนดค่าสัมประสิทธิ์การซึมผ่านของดิน k.

สอบ

เมื่อวางตัวอย่างลงในกระบอกสูบและประกอบอุปกรณ์แล้ว ให้ปิดก๊อกน้ำด้านซ้าย ท่อจ่ายน้ำ และเปิดก๊อกน้ำด้านขวา เพื่อให้น้ำระบายลงในท่อคาปิลารี จากนั้นจึงเข้าใกล้ปริมาณโหลดของตัวอย่าง ซึ่งจะค่อยๆ นำไปใช้ โดยทั่วไปจะใช้โหลดต่อไปนี้: 0,50; 1,00; 2,00; 4,00; 6,00 kp/cm2 และขึ้นไปถึงปริมาณดินสูงสุดที่คาดไว้ใต้อาคาร ส่วนใหญ่สูงถึง 10 kp/cm2 และสำหรับเขื่อน อาจเพิ่มได้ถึง 20 ​​​​kp/cm2 ในแต่ละระดับของการโหลด ในขณะที่ใช้งาน นาฬิกาจับเวลาจะเริ่มต้นและในช่วงเวลาที่กำหนด 15“, 30“, 1’, 2’, 5’, 15’, 45’, 2h, 5h, 24h จากนั้นทุกๆ 24h ต่อไปจนกระทั่งการรวมกลุ่มของตัวอย่างภายใต้ระดับภาระนั้น การชำระที่สอดคล้องกันในพันส่วนของมิลลิเมตรจะถูกอ่านบนตัวเปรียบเทียบและบันทึกไว้ในบันทึก สำหรับการรวมจะถือว่าสำเร็จแล้วหากการชำระตัวอย่าง Δh ≤ 0,02 mm เป็นเวลา 24 ชั่วโมง หลังจากการรวมเข้าด้วยกันสำเร็จแล้ว จะมีการใช้ระดับการโหลดถัดไป และขั้นตอนทั้งหมดจะถูกทำซ้ำในลักษณะเดียวกันและต่อ ๆ ไปจนกระทั่งถึงระดับสุดท้ายของการโหลด

การทดสอบการแข็งตัวโดยมีการป้องกันการขยายตัวด้านข้างจะดำเนินการพร้อมกับการบรรทุกและการขนถ่าย เพื่อตรวจสอบคุณสมบัติความยืดหยุ่นของดิน เมื่อโหลดตัวอย่างจนถึงระดับหนึ่งแล้ว เราจะทำการขนถ่ายตัวอย่างด้วยความค่อยเป็นค่อยไปเหมือนกับที่เราโหลดตัวอย่าง การผ่อนปรนมักจะทำหลังจาก 2,0 kp/cm2, 4,0 kp/cm2 และ 6,0 kp/cm2.

ตามกฎแล้ว การทดสอบจะดำเนินการกับตัวอย่างใต้น้ำ ซึ่งยึดไว้บนหลอดแก้วด้านซ้ายที่ความสูงของพื้นผิวด้านบนของตัวอย่างในอุปกรณ์ การทดสอบการอัดตัวของตัวอย่างต่อหน้าน้ำจึงทำด้วยเหตุผลนี้ เนื่องจากการทดสอบใช้เวลานานและตัวอย่างจะแห้งในช่วงเวลานั้น ซึ่งส่งผลให้ความสามารถในการอัดตัวของตัวอย่างจะต่ำกว่าความสามารถในการอัดจริงของดินในสถานะความชื้นตามธรรมชาติ นอกจากนี้ ความชื้นในดินตามธรรมชาติอาจสูงกว่าที่เป็นอยู่ ณ เวลาที่สุ่มตัวอย่าง โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อระดับน้ำใต้ดินเพิ่มขึ้น ซึ่งอาจนำไปสู่การเบี่ยงเบนอย่างมีนัยสำคัญจากความสามารถในการอัดที่แท้จริงของดินในช่วงเวลาที่ระดับน้ำสูง

ผลการทดสอบนำไปใช้กับไดอะแกรมสามประเภท ได้แก่ ไดอะแกรมการบีบอัดสัมพัทธ์ ไดอะแกรมการเปลี่ยนแปลงค่าสัมประสิทธิ์ความพรุน และไดอะแกรมการชำระเวลา

แผนภาพการบีบอัดสัมพัทธ์

แผนภาพนี้ได้มาจากการใช้แรงดันปกติกับตัวอย่างบนแกน abscissa σ = P/A โดยที่ P คือโหลดที่กระทำกับตัวอย่างผ่านหินกรองด้านบนในหน่วย kp/cm2, A คือพื้นที่หน้าตัดของตัวอย่างในอุปกรณ์ และบนแกนกำหนดคือการบีบอัดสัมพัทธ์ Δh/h โดยที่ Δh คือการทรุดตัวของตัวอย่างภายใต้โหลด Δσ ระหว่างการรวม, h ความสูงของตัวอย่างก่อนการโหลด (รูปที่ 2)

รูปที่. 2. แผนภาพการบีบอัดสัมพัทธ์

ระหว่างการโหลด จะได้รับ diagram ของการบีบอัดหลัก a.

ในระหว่างการขนถ่าย หากเปิดใช้งานปริมาณน้ำที่ไม่จำกัด เพื่อให้ตัวอย่างคงอยู่ใต้น้ำในระหว่างการขนถ่าย ตัวอย่างจะกลับสู่สถานะเดิม นั่นคือบวม อย่างไรก็ตาม ตัวอย่างจะไม่กลับไปสู่สถานะเริ่มต้น ซึ่งหมายความว่าตัวอย่างได้ผ่านการเสียรูปแบบพลาสติก (ถาวร) นอกเหนือจากความยืดหยุ่นแล้ว ดังนั้นในกรณีนี้ จะได้แผนภาพการบวม b ในระหว่างการขนถ่าย อย่างไรก็ตาม หากทำการทดสอบโดยไม่ได้รับน้ำ แทนที่จะใช้แผนภาพบวม สิ่งที่เรียกว่า แผนภาพของความยืดหยุ่น.

หากตัวอย่างถูกโหลดอีกครั้งหลังจากการขนถ่าย จะได้แผนภาพการบีบอัดรอง c แผนภาพการบวมและแผนภาพการบีบอัดทุติยภูมิ c ก่อให้เกิดการวนซ้ำฮิสเทรีซิสระหว่างสิ่งเหล่านั้น ในดินเหนียว ฮิสเทรีซีสลูปมีความสำคัญ ดังนั้นการเสียรูปในบริเวณที่บวมและการบีบอัดทุติยภูมิ (ไดอะแกรม b และ c) จึงไม่ถือว่ายืดหยุ่น แต่สามารถย้อนกลับได้ เนื่องจากพวกมันไม่เป็นสัดส่วนกับภาระตามกฎของฮุค การเสียรูปในพื้นที่ของการบีบอัดหลัก (แผนภาพ a) ในส่วนที่ไม่คืนรูปนั้นจะเกิดขึ้นถาวร (ไม่สามารถกลับคืนสภาพเดิมได้)

โมดูลการอัดตัวของดิน

จากแผนภาพของการบีบอัดสัมพัทธ์ เราได้ตามกฎของฮุคที่คล้ายคลึงกับโมดูลัสความยืดหยุ่นของจุง E สำหรับวัสดุยืดหยุ่น โมดูลัสความสามารถในการอัดของดิน Ms

Ms = Δσ / (Δh/h) [kp/cm2],

โดยที่ Δσ คือการเพิ่มขึ้นของโหลด Δh/h คือการบีบอัดสัมพัทธ์ที่สอดคล้องกัน ซึ่งนำมาจากแผนภาพการบีบอัดหลัก a (รูปที่ 2)

โมดูลัสความสามารถในการอัดของดิน Ms แตกต่างจากโมดูลัสความยืดหยุ่น E ของวัสดุยืดหยุ่น เนื่องจาก Ms ไม่คงที่สำหรับวัสดุชนิดเดียวกัน แต่จะแปรผันและเพิ่มขึ้นตามภาระปกติ σ ดังนั้น ค่าเฉพาะของโมดูลัสความสามารถในการอัด Ms สามารถให้ได้เฉพาะในช่วงเวลาแคบๆ ของภาระดินปกติ Δσ เท่านั้น หากค่าของโมดูล Ms สูงกว่า ความสามารถในการอัดตัวของดินจะลดลงและในทางกลับกัน ตามกฎระเบียบพื้นฐานของเรา มีการใช้เกณฑ์ต่อไปนี้สำหรับโมดูลัสการอัดตัวของดินในสภาพธรรมชาติ:

การจัดหมวดหมู่ด้านล่างนี้ยกมาจากข้อความต้นฉบับ รวมถึงช่วงเวลาที่ซ้ำ 100-400 kp/cm2 ยังไม่ได้รับการตรวจสอบหรือสอดคล้องกับกฎระเบียบในปัจจุบัน

Ms = 0 - 20 kp/cm2 ดินที่อัดตัวได้ดีมาก

Ms = 20 - 50 kp/cm2 ดินอัดได้ดีมาก

Ms = 50 - 100 kp/cm2 ดินอัดปานกลาง

Ms = 100 - 400 kp/cm2 ดินอัดตัวน้อยกว่า

Ms = 100 - 400 kp/cm2 ดินอัดได้เล็กน้อย

Ms = 400 - 1000 kp/cm2 ดินอัดได้เล็กน้อย

Ms > 1000         kp/cm2 ดินอัดตัวได้ต่ำมาก

โมดูลความยืดหยุ่นของดิน

ในทำนองเดียวกัน เราจะได้โมดูลัสความยืดหยุ่นของดิน E:

E = Δσ / (Δh/h) [kp/cm2],

โดยที่การเพิ่มขึ้นของการบีบอัดสัมพัทธ์ Δh/h นำมาจากแผนภาพความยืดหยุ่นของดินสำหรับการเพิ่มขึ้นของความดันปกติที่สอดคล้องกัน Δσ.

ดินรวมปกติและดินรวมมากเกินไป

รูปที่. 3. แผนภาพแสดงการเปลี่ยนแปลงค่าสัมประสิทธิ์ความพรุนของตัวอย่างดินที่ถูกรบกวน

หากเราทำการทดสอบมาตรระยะทางด้วยตัวอย่างที่ถูกรบกวน ซึ่งเราป้อนเข้าไปในอุปกรณ์ที่จุดคราก และเราพล็อตผลลัพธ์ของการทดสอบบนแผนภาพของการเปลี่ยนแปลงของค่าสัมประสิทธิ์ความพรุน e ขึ้นอยู่กับความดัน σ (รูปที่ 3) โฟลว์การรวมจะแสดงด้วยไดอะแกรม 1 สำหรับโหลดหลัก 2 สำหรับการขนถ่าย 3 สำหรับโหลดรองจนถึงขีดจำกัด a ของส่วนขยายโหลดหลัก σa และ 4 เกินขีดจำกัดนั้น

แผนภาพการขนถ่าย 2 และแผนภาพการบีบอัดรอง 3 ก่อให้เกิดลูปฮิสเทรีซิสด้านหลัง ซึ่งแผนภาพ 4 ดำเนินต่อไปในส่วนขยายของแผนภาพ 1 โดยไม่หยุดพัก ราวกับว่าไม่มีการขนถ่ายและโหลดซ้ำ

รูปที่. 4. แผนภาพแสดงการเปลี่ยนแปลงค่าสัมประสิทธิ์ความพรุนของตัวอย่างดินที่ไม่ถูกรบกวน

อย่างไรก็ตาม หากเราทำการทดสอบมาตรระยะทางในลักษณะเดียวกับเมื่อก่อนด้วยตัวอย่างที่ไม่ถูกรบกวนซึ่งนำมาจากระดับความลึกของดิน (รูปที่ 4) แผนภาพโหลดรอง 3 จะแสดงการแตก σb ที่จุด b ที่น้ำหนักบรรทุกที่แน่นอน หลังจากนั้นแผนภาพ 4 จะมีความชันมากขึ้น การแตกหักนี้เกิดขึ้นเนื่องจากดินที่ใช้เก็บตัวอย่างอยู่ภายใต้ภาระที่มากกว่า p=γt มากกว่าภาระของตัวอย่าง σ ในเครื่องวัดระยะทาง โหลดที่สูงกว่า p มาจากน้ำหนักของชั้นดินชั้นบนที่มีอยู่จนถึงพื้นผิวของภูมิประเทศ ซึ่งเราเรียกว่าแรงดันดิน หรือจากโหลดของชั้นดินก่อนหน้านี้ที่ถูกพัดพาออกไปเมื่อเวลาผ่านไปโดยการกัดเซาะ หรือจากดินจารหรือน้ำแข็ง ซึ่งเราเรียกว่าพรีโหลด ลักษณะที่ปรากฏของการรวมตัวมากเกินไปเป็นลักษณะเฉพาะของดินเหนียว โดยที่เราแยกความแตกต่างระหว่างดินเหนียวรวมปกติและดินเหนียวรวมมากเกินไป

ดินเหนียวรวมปกติ

ปกติดินเหนียวจะอยู่ที่ระดับความลึกที่ตื้นกว่าใต้พื้นผิวดิน ซึ่งไม่เคยผ่านการพรีโหลดมาก่อน ตัวอย่างของดินเหนียวนี้ซึ่งบรรจุอยู่ในเครื่องวัดระยะทางที่มีน้ำหนักมากกว่าน้ำหนักของชั้น “ความดันดิน” ด้านบน แสดงให้เห็นการไหลที่ต่อเนื่องของการแข็งตัว โดยไม่มีการแตกหักในแผนภาพการบีบอัดสัมพัทธ์หรือในแผนภาพการเปลี่ยนแปลงสัมประสิทธิ์ความพรุน การทรุดตัวของดินเหนียวนี้ภายใต้ภาระของวัตถุเป็นเรื่องปกติ กล่าวคือ ภายใต้ภาระบางอย่าง การทรุดตัวจะลดลงเมื่อเวลาผ่านไป

ดินเหนียวรวมมากเกินไป

ดินเหนียวที่แข็งตัวมากเกินไปอยู่ที่ระดับความลึกมากกว่าหรือเคยสัมผัสกับพรีโหลดมาก่อน ตัวอย่างของดินเหนียวนี้ที่โหลดในมาตรระยะทางวิ่งที่มีความดันมากกว่าความดันดินหรือพรีโหลด แสดงให้เห็นการแตกหักบนแผนภาพการบีบอัดสัมพัทธ์ หรือบนแผนภาพการเปลี่ยนแปลงสัมประสิทธิ์ความพรุน หรือที่เรียกว่า การแตกหักทางธรณีวิทยา g, ที่มีการเปลี่ยนแปลงทิศทางอย่างรุนแรง (รูปที่ 5a) การทรุดตัวของดินเหนียวนี้ภายใต้โครงสร้างมีขนาดเล็กสำหรับการรับน้ำหนักที่ต่ำกว่าแรงดันดินหรือพรีโหลด σ1 แต่จะมีขนาดใหญ่ขึ้นอย่างมากสำหรับการรับน้ำหนักที่สูงกว่า σ1.

หากการแตกหักทางธรณีวิทยาไม่ได้กำหนดไว้อย่างชัดเจน จะถูกกำหนดโดยใช้แทนเจนต์ในแผนภาพ (รูปที่ 5b).

รูปที่. 5. แผนภาพแสดงการเปลี่ยนแปลงค่าสัมประสิทธิ์ความพรุนของดินเหนียวที่รวมตัวมากเกินไป

แผนภาพการชำระเวลา

แผนภาพนี้เรียกอีกอย่างว่าแผนภาพการรวม ซึ่งได้มาจากในแต่ละระดับของการโหลดตัวอย่างในมาตรระยะทางนั้น เวลา t ในหน่วยชั่วโมงถูกนำไปใช้กับแกน abscissa และค่าการทรุดตัวในหน่วย มม. (รูปที่ 6a) หรือใน % ของการชำระทั้งหมด (รูปที่ 6b) จะถูกนำไปใช้กับการวางตำแหน่ง แกน

รูปที่. 6. แผนภาพการชำระเวลา

ดินที่ไม่ได้ผูกและดินที่ถูกผูกไว้จะมีพฤติกรรมแตกต่างออกไปภายใต้ภาระ ดินร่วน เช่น ทราย มีรูพรุนขนาดใหญ่ ซึ่งน้ำจะถูกบีบออกอย่างรวดเร็วภายใต้ภาระ ดังนั้นดินจึงตกตะกอนอย่างรวดเร็ว โดยมีการทรุดตัวที่ใหญ่ที่สุดที่จุดเริ่มต้นของการบรรทุก และถึงการทรุดตัวขั้นสุดท้ายที่ภาระที่กำหนดในช่วงเวลาที่ค่อนข้างสั้น ดินเหนียวเช่นดินเหนียวมีรูพรุนเล็ก ๆ ซึ่งทำให้น้ำบีบออกได้ยากเมื่อรับภาระ มีสองขั้นตอนในกระบวนการเวลาของการทรุดตัวของดินอัดแน่น ในระยะแรก ทันทีหลังจากให้ภาระลงดิน เนื่องจากน้ำไม่สามารถไหลออกจากรูพรุนได้ จึงทำให้เกิดความเครียดและรับภาระที่จ่ายไปทั้งหมด ในขั้นตอนที่สอง น้ำในรูพรุนที่มีความเครียดเริ่มถูกดันออกมาภายใต้ความเครียดของตัวเองเนื่องจากภาระ ซึ่งค่อยๆ ถ่ายโอนไปยังอนุภาคของดินที่เป็นของแข็ง ในระยะที่สองนี้ อนุภาคจะรวมตัวกันและรูขุมขนจะหดตัวลง กระบวนการทรุดตัวจะดำเนินต่อไปจนกว่าน้ำที่มีแรงดันจะถูกบีบออกจากรูขุมขน กล่าวคือ จนกระทั่งสภาวะความเครียดของน้ำในรูขุมขนสิ้นสุดลง ดังนั้นการรวมตัวของดินจึงเป็นปัญหาทางอุทกพลศาสตร์เป็นหลัก ซึ่งขึ้นอยู่กับความสามารถในการซึมผ่านของดินและความพรุน ในกรณีของดินเหนียวซึ่งมีการซึมผ่านต่ำ กระบวนการรวมตัวอาจใช้เวลานานมาก และนอกจากนี้ การทรุดตัวอาจมากขึ้นอย่างมีนัยสำคัญเนื่องจากความพรุนโดยรวมสูงกว่าในกรณีของทราย บนพื้นฐานของการทดสอบการรวมบัญชี หลักสูตรเวลาการชำระบัญชีสามารถคำนวณได้ตลอดระยะเวลาของการรวมบัญชีและในแต่ละเฟส