Atterberg chegaralarini aniqlash
Tuproq mexanikasida eng muhim bo‘lgan suyuqlanish chegarasi, plastiklik chegarasi va qisqarish chegarasini aniqlash sinovlarini tavsiflaymiz. Bu barcha sinovlar buzilgan bog‘langan tuproq namunalarida bajariladi.
Oqish chegarasini aniqlash tajribasi
Bu sinov uchun tabiiy nam holatdagi taxminan 200 p tuproq olinadi, diametri 0,5 mm dan katta donalarsiz bo‘lishi kerak, aks holda sinov natijalarining aniqligi buziladi. Namuna quritkichda quritilmasligi kerak, balki darhol distillangan suv solingan chinni kosaga joylanadi va u yerda yaxshi namlanib olishi uchun bir necha soat turishi lozim. Plastiklik indeksi IP < 20 bo‘lgan loy tuproq uchun namlash taxminan 4 soat davom etadi, IP > 20 bo‘lgan gil uchun esa 18 soatgacha. So‘ng namlangan namuna shisha plastinkaga to‘kiladi va laboratoriya pichog‘i yordamida yaxshilab aralashtiriladi, bunda bir xil tarkibli quyuq massa hosil qilinadi. Agar 0,5 mm dan katta zarrachalar ko‘rinsa, ular aralashtirish jarayonida olib tashlanadi.
Shu tarzda tayyorlangan namuna Casagrande asbobining oqish chegarasini aniqlash uchun ishlatiladigan jez kosachasiga (sl. 1) solinadi; u bizning laboratoriyalarda Casagrande tebratgichi deb ataladi.
Sl. 1. Kassagrande qurilmasi oqish chegarasini aniqlash uchun
Qurilma maxsus biriktirma yordamida apparatga ulanadigan jez kosachadan, yuqori qismida eksentrik va aylantirish uchun tutqichli, qattiq rezinadan yasalgan elastik taglikdan iborat bo‘lib, bunda eksentrik 1 cm balandlikka ko‘tariladi va shu sababli kosacha tushib taglikka uriladi (rasm 1a). Qurilma o‘lchamlari me’yorlashtirilgan. Bundan tashqari, aniq belgilangan o‘lchamdagi profilli pichoq ham mavjud (rasm 1b).
Qoshiqchaga solingan namuna pichoq bilan tekislanadi, shundayki namuna yuzasi butunlay tekis bo‘lsin va u qoshiqaning old qismi yuzasining biroz ko‘proq yarmisini qoplashi kerak; uning qoshiqa tubining eng past nuqtasidan balandligi taxminan 12 mm bo‘ladi. So‘ng qoshiqa apparatga o‘rnatiladi va profilli pichoq bilan markazdan yo‘lak kesib olinadi; yo‘lak butunlay to‘g‘ri bo‘lishi va qoshiqaning mis tubi ko‘rinib turishi kerak, bu esa pichoqni qoshiqa tubiga perpendikulyar ehtiyotkorlik bilan tortish orqali amalga oshiriladi. Yo‘lak uzunligi taxminan 40 mm bo‘lishi kerak. Darhol keyin apparat dastasi soniyasiga 2 aylanish tezlikda aylantiriladi, bunda qoshiqaning taglikka urilishlari sanaladi va yo‘lak kuzatiladi; qoshiqaning taglikka urilishi natijasida yo‘lak torayadi, chunki kesilgan namuna qismlari harakatga kelib, qayta qo‘shilishga intiladi. Dastani aylantirish yo‘lak 10 mm uzunlikda qo‘shilib ketguncha davom ettiriladi. Bunga erishilgach, dastani keyingi aylantirish to‘xtatiladi, so‘ng pichoq bilan birlashgan yo‘lakning ikki tomonidan taxminan 2 cm3 miqdorda namuna olinadi, soat oynachalariga solinadi va tuproq namligi aniqlanadi.
Bu sinov 3-4 marta bir xil usulda takrorlanadi, lekin har safar namlik boshqacha bo‘ladi; bunga avval namuna ozroq suv bilan aralashtirilib, so‘ng qolgan sinovlar uchun suv qo‘shib borish orqali erishiladi. Har bir tugallangan sinovdan so‘ng namuna shisha plastinaga to‘kiladi, u yerga biroz suv qo‘shib, yaxshilab aralashtiriladi, shunda bir tekis, har safar biroz suyuqroq, bo‘tqasimon massa hosil bo‘ladi.
Tajriba o‘tkazish uchun tayyorlangan massa juda quyuq ham, juda suyuq ham bo‘lmasligi kerak, chunki tuproq konsistensiyasining oqish chegarasidan juda uzoq holatlari ushbu tajriba uchun zarur aniqlikni bermaydi. Odatda shunday qabul qilinadiki, agar zarbalar soni 10 dan kichik yoki 50 dan katta bo‘lsa, tajriba muvaffaqiyatsiz hisoblanadi, biroq bu chegaralar orasidagi masofa 10-40 zarba bo‘lsa, tajriba aniqligi yaxshiroq deb hisoblanadi.
Shuni qayd etish kerakki, bir usulga ko‘ra, richagni har safar aylantirish tugagach, 1 cm uzunlikdagi yoriq tutashgunga qadar, mis kosachadagi namuna darhol pichoq bilan aralashtiriladi va kosachadagi namuna yuzasi yana tekislanadi, yangi yoriq ochiladi, so‘ng asbob richagi aylantiriladi. Bu jarayon 1 cm uzunlikdagi yoriq tutashganda ketma-ket uch marta bir xil urilish soni olinmaguncha takrorlanadi va shu son oqish chegarasini aniqlashning keyingi jarayoni uchun qabul qilinadi. Sinov natijalarini yarim logarifmik shkalali diagrammaga joylaymiz (rasm 2). Abssissa o‘qiga urilish soni logarifmik shkalada, ordinata o‘qiga esa namuna quruq og‘irligining foizidagi suv miqdori arifmetik shkalada qo‘yiladi. Har bir tajribada suv miqdori w turlicha bo‘lgani uchun A, B, C va D nuqtalarini olamiz, ular turli urilish sonlariga mos keladi, bunda suv miqdori qancha katta bo‘lsa, urilish soni shuncha kichik bo‘ladi va aksincha. Ushbu nuqtalarni tutashtirib, qiya to‘g‘ri chiziq hosil qilamiz, unda 25 urilish uchun M nuqtani izlaymiz. Shu nuqtaga mos suv miqdori oqish chegarasi wL sifatida qabul qilinadi.
Sl. 2. Oqish chegarasini aniqlash
Plastiklik chegarasini aniqlash
Yuqorida tavsiflangan usulda tayyorlangan, ammo suv kamroq bo‘lgan, ya’ni plastik massa taxminan qattiq-plastik holatda bo‘lgan tuproq namunasi ~2-3 cm3 atrofida sharchaga yig‘iladi, so‘ng oddiy yoki shimuvchi qog‘oz ustida kaft bilan 3 mm qalinlikdagi valikka aylantiriladi. Agar namuna shu qalinlikkacha uzilmasdan yoyilsa, u yana sharchaga yig‘ilib, xuddi shu tartibda qayta yoyiladi. Bu jarayon valik 3 mm qalinlikda uzila boshlaguncha takrorlanadi. So‘ng uzilgan valiklar soat oynalariga solinadi va suv miqdori aniqlanadi. Namunaning quruq og‘irligi foizlarida ifodalangan shu suv miqdori plastiklik chegarasi wP ga mos keladi.
Qisqarish chegarasini aniqlash
Sl. 3. Qisqarish chegarasini aniqlash
Tuproq namunasi Oqish chegarasini aniqlash tajribasi bo‘limida tasvirlangan usulda distillangan suv bilan aralashtiriladi, shunda uning konsistensiyasi barcha g‘ovaklar suv bilan to‘yingan paytda oqish chegarasiga taxminan teng bo‘ladi. So‘ng sharcha yasaladi va u avval havoda, keyin esa quritish shkafida 105°C da quritishga qoldiriladi. Quritishdagi bu izchillik qurigan namunada tajribani buzishi mumkin bo‘lgan yoriqlar hosil bo‘lishining oldini olish uchun zarur. Dastlab darhol namunening og‘irligi W1 o‘lchanadi va uning hajmi V1 simobga botirish tajribasi bilan aniqlanadi, so‘ng u yana havoda, keyin esa quritish shkafida quritiladi; vaqti-vaqti bilan namuna olinib, eksikatorda sovutiladi hamda uning og‘irligi W2, W3, W4 va hokazolar, hajmi esa V2, V3, V4 va hokazolar o‘lchanadi. Shu tariqa ma’lum bo‘ladiki, bir namlik holatida namunaning hajmi kamayishdan to‘xtaydi, garchi uning og‘irligi qurish hisobiga kamayishda davom etsa ham. Agar namuna boshlang‘ich holatda suv bilan to‘yingan bo‘lsa, ya’ni g‘ovaklarida havo bo‘lmasa, namunani quritish jarayonida quruqish chegarasigacha suv yo‘qotilishi namuna hajmining kamayishiga taxminan teng bo‘ladi. Shundan keyin hajmni o‘lchamasdan quritish davom ettiriladi, to namuna butunlay quriguncha, ya’ni og‘irlik barqarorlashguncha. So‘ng har bir hajm va og‘irlik o‘lchovi uchun suv miqdori namuna quruq og‘irligining foizi sifatida aniqlanadi va tajriba natijalari diagrammaga qo‘yiladi (rasm 3). Shu tariqa A, B, C, D va E nuqtalar olinadi va ular tutashtiriladi, odatda esa quruqish chegarasi sohasida keskin sinishga ega chiziq hosil bo‘ladi. S sinish nuqtasida quruqish chegarasiga W_S mos keladigan w namlik olinadi.
Kapillyarlikni aniqlash
Suvning kapillyar ko‘tarilish balandligini aniqlash tajribasi ikki usulda, ya’ni suvning kapillyar ko‘tarilish balandligini bevosita o‘lchash va kapillyarometr yordamida bilvosita o‘lchash orqali amalga oshiriladi.
Kapillyar balandlikni bevosita o‘lchash orqali aniqlash tajribasi
Buzilgan namunadan taxminan 300 pond tuproq olinadi, u 105°C da quritiladi, so‘ng sovutilgach, donalarni ezmasdan juda mayda kukunga aylantiriladi. Olingan kukun diametri ø 25 mm, uzunligi 1,5 - 2,5 m, ikkala uchi ochiq bo‘lgan shisha naychaga solinadi; naychaning pastki uchi avval shisha paxta yoki mato bo‘lagi bilan berkitiladi. Ochik yuqori uchiga quritilgan kukun taxminan 10 cm balandlikkacha quyiladi, so‘ng naycha ko‘tarilib, yog‘och polga yoki boshqa bir elastik tayanchga urib tashlanadi; buni naychadagi kukunning cho‘kishi ko‘rinmaguncha davom ettiriladi. Kukunning cho‘kishini naychada yog‘li bo‘r bilan chiziqlar belgilab nazorat qilamiz. Shundan so‘ng yana 10 cm kukun quyib, shu tartib takrorlanadi, toki tekshirayotgan tuproq namunasining kapillyarligini o‘rganish uchun naycha zich quruq kukun bilan to‘ldirilguncha. Keyin naychaning tubi oqimsiz distillangan suv solingan shisha idishga botiriladi, bunda naychaning pastki uchi idish tubiga tegmasligi kerak (4-rasm). Shisha naycha o‘lchov shkalasiga latta bilan mahkamlanadi, shunda naycha ham, shkala ham vertikal bo‘ladi. Shundan so‘ng naychadagi suvning ko‘tarilishini kuzatamiz, bu rang orqali yaqqol farqlanadi: quruq namuna och rangda, nam esa to‘q rangda bo‘ladi. Idishdagi suv sathi bilan nam namunaning yuqori cheti orasidagi masofa kapillyar ko‘tarilish balandligi hk ni tashkil etadi.
Rasm 4. Suvning kapillyar ko‘tarilish balandligini bevosita o‘lchash orqali aniqlash
Kuzatuv odatda 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64 va hokazo soatlardan so‘ng amalga oshiriladi. Kuzatuv natijalari diagrammaga tushiriladi, uning abssissalari soatlarda vaqtni, ordinatalari esa suvning kapillyar ko‘tarilish balandligini mm da ifodalaydi (rasm 5).
Qumli materialda kapillyar ko‘tarilish boshida tez, keyin sekinroq bo‘ladi va ko‘tarilishning yakuniy balandligiga tez erishiladi. Loysimon materialda kapillyar ko‘tarilish boshida sekinroq, ammo uzoqroq davom etadi va ancha yuqori balandlikka yetadi.
Kapillyar balandlikni aniqlashning bu usuli uzoq davom etadi, ayniqsa loy tuproqda. Bundan tashqari, kapillyar ko‘tarilish balandligi havo haroratiga ham, uning namligiga ham bog‘liq, shuning uchun bu omillar imkon qadar doimiy saqlab turilishi kerak.
Sl. 5. Diagram kapillyar ko‘tarilishning tuproqdagi suv bo‘yicha, a-qum; b-chang; c-gil tuproq
Kapillyar o‘lchagich yordamida kapillyar balandlikni aniqlash tajribasi
Turli konstruksiyadagi bir necha kapillarimetrlar mavjud, jumladan Beskov, Yurgenson va Engelhardt kapillarimetrlari. Bu yerda eng ko‘p qo‘llaniladigan Beskov kapillarimetri bilan ishlash tamoyilini tasvirlab beramiz.
Bu sinov buzilmagan yoki buzilgan namunalar ustida o‘tkaziladi. Agar namuna buzilgan bo‘lsa, u asbobga oqish chegarasidagi holatda kiritiladi.
Sl. 6. Beskov kapillyarimetri
Beskov kapilarimetri ikki idishdan iborat (rasm 6), ular pastki qismlarida o‘zaro armaturalangan rezina shlang yordamida tutashtirilgan. 1 idishga filtrlovchi tub ustiga tuproq namunası qo‘yiladi, uning tagidagi idish esa qisman distillangan suv, qisman simob bilan to‘ldirilgan bo‘lib, pastki qismida u butun rezina shlangni ham, 2 idishning pastki qismini ham to‘ldiradi. Tajribaning boshida ikkala idishdagi simob sathi bir xil bo‘ladi. So‘ngra 2 idish pastga tushiriladi, bu esa 1 idishning filtrlovchi tubi ostida past bosim hosil qiladi. Bu past bosim namuna ichidagi kapillyar kuchlardan katta bo‘lganda, havo namuna orqali filtrlovchi tubga kirib boradi va shundan so‘ng 2 idishning tushirilishi natijasida ikkala idishdagi simob sathi darhol tenglashadi. Past bosim va kapillyar kuchlar tenglashgan paytdagi bir va ikkinchi idishdagi simob sathlari orasidagi Hg farqi, ya’ni havo namuna orqali kirib bora boshlashidan biroz oldin, suv ustuni balandligiga qayta hisoblab va namuna ostidagi h suv ustuni balandligiga oshirilgan holda, kapillyar balandlik hk ni beradi. Simob suvdan 13,6 marta og‘ir bo‘lgani uchun kapillyar ko‘tarilish balandligi hk:
hk = 13,6 Hg + h
Tuproqning o‘tkazuvchanligini aniqlash
Tuproqning suv o‘tkazuvchanligini laboratoriyada aniqlash sinovi permeametrlar deb ataladigan maxsus asboblar yordamida o‘tkaziladi. Permeametrlarning turli konstruktsiyalari mavjud bo‘lib, ularni esa ikki guruhga bo‘lish mumkin: suv bosimi doimiy bo‘lgan permeametrlar, yirik donali tuproqlar uchun va suv bosimi pasayib boradigan permeametrlar mayda donali tuproqlar uchun. Har ikkala holatda ham sinov buzilmagan namunalarda amalga oshiriladi.
Laboratoriya sinovi orqali tuproqning o‘tkazuvchanlik koeffitsiyenti aniqlanadi; uning qiymati ma’lum bir haroratda ifodalanadi, chunki suvning turli haroratlardagi qovushqoqligi o‘tkazuvchanlik koeffitsiyenti k qiymatiga ta’sir qiladi. Odatda k koeffitsiyenti t =10°C haroratda ifodalanadi. Shunga ko‘ra, agar 10°C, k koeffitsiyentini aniqlash vaqtida suvning harorati T t = 10°C dan farq qilgan bo‘lsa, uning qiymati quyidagi formula bo‘yicha qayta hisoblanadi:
k10oC = ηt /η10oC * kT
bu yerda ηt va η10oC — ish harorati T dagi hamda qabul qilingan t =10°C haroratdagi suv viskoziteti.
kT ishchi temperatura T da tuproqning o‘tkazuvchanlik koeffitsiyentining olingan qiymati.
Turli temperaturalar T uchun viskozitеt qiymatlari jadval 1 da berilgan.
Doimiy suv bosimi bilan sinov
Rasm 7. Suvning doimiy bosim ostidagi permeametri
Bu sinov uchun diametri D, balandligi h bo‘lgan, pastki cheti charxlangan metall silindrga buzilmagan tuproq namunasi tuproqqa yoki kattaroq buzilmagan namunaga bosib kiritish yo‘li bilan olinadi. Namunaning yuqori va pastki yuzalari silindr qirralari bilan tekislangach, silindrdagi namuna apparatga (7-rasm) yuqori va pastki filtrlar orasiga qo‘yiladi. Pastki filtr zich elak va filtr toshidan iborat bo‘lib, namuna orqali suv oqishini ta’minlash va tuproq zarralarining yuvilib ketishini oldini olish uchun xizmat qiladi. Yuqori filtrda elak bo‘lmaydi, chunki zarralarning yuvilib ketish ehtimoli kamroq. Namunaga suv N sathidan beriladi, u toshib turuvchi moslama yordamida doimiy saqlanadi, shuning uchun gidrostatik bosim H doimiy bo‘ladi. Shu bosim ostida suv h qalinlikdagi namunadan o‘tadi va apparatning yuqori qismiga ulangan naycha yordamida shisha menzurka M ga yetib borib, tomchilaydi.
Namuna orqali menzuraga suv oqimi boshlanishi bilan darhol sekundomerni ishga tushiramiz va t vaqt davomida menzuraga kelib tushadigan q suv miqdorini kuzatamiz. Darsi qonuniga ko‘ra bu
q = k*A*t*i
bu yerda k — cm/sec dagi o‘tkazuvchanlik koeffitsiyenti, A — namuna kesimi yuzasi, i — gidravlik nishab, i = H/h.
Yuqoridagi tenglamadan k= qh/Ath [cm/sec] ni olamiz.
Namuna orqali o‘tgan suv miqdorini kuzatish boshidan oxirigacha alohida vaqt oralig‘larida o‘qiymiz, shuning uchun namuna orqali o‘tgan suvning alohida miqdorlari ham, jami miqdori ham mavjud bo‘ladi.
Namuna va suv ichidagi havo pufakchalarini bartaraf etish uchun, ular tajriba natijalarining noto‘g‘ri chiqishiga olib kelishi mumkin, tajribadan oldin namuna to‘yingan holatda bo‘lishi, shuningdek tajribani bajarishda qaynatilgan yoki hech bo‘lmaganda tindirilgan suv ishlatilishi kerak.
Yuqorida tavsiflangan, suv sathlari farqi H tufayli yuzaga keladigan gidrostatik bosimga asoslangan apparat o‘rniga, gidrostatik bosim 10 dan 15 kp/cm2 gacha bo‘lgan havo bosimi bilan hosil qilinadigan va kompressor yordamida doimiy saqlanadigan apparatlar ham mavjud.