CC BY
31
УДК 625.02-032.61
ДОСЛ1ДЖЕННЯ М1ЦНОСТ1УКР1ПЛЕНИХ ГРУНТ1В НА РОЗТЯГ МЕТОДОМ РОЗКОЛЮВАННЯ
В. О. Голеско, проф., к. т. н., Хар^вський нацюнальний автомобшьно-дорожнш ун1верситет
Анотац1я. Наведено результаты експерименталъних досл1джень м1цност1 укртлених tpynmie на розтяг методом розколюеання. Одержано кыьюсш характеристики м1цност1, оц1нено достоверность результат1в.
Ключов1 слова: укр1плений грунт, мщмстъ, метод розколюеання, docmoeipnicmb.
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЧНОСТИ УКРЕПЛЕННЫХ ГРУНТОВ НА РАСТЯЖЕНИЕ МЕТОДОМ РАСКАЛЫВАНИЯ
В. А. Голеско, проф., к. т. н., Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет
Аннотация. Приведены результаты экспериментальных исследований прочности укрепленных грунтов на растяжение методом раскалывания. Получены количественные характеристики прочности, оценена достоверность результатов.
Ключевые слова: укрепленный грунт, прочность, метод раскалывания, достоверность.
ANALYSIS OF SPLITTING TENSILE STRENGTH OF SOILS BY MEANS OF CLEAVING METHOD
V. Golesko, Prof., Ph. D. (Eng.), Kharkiv National Automobile and Highway University
Abstract. The results of experimental studies of splitting tensile strength of soils by means of cleaving method are specified. The quantitative characteristics of strength are obtained; the accuracy of the results obtained is assessed.
Key words: soil stabilization, strength, splitting method, accuracy.
Вступ
Укршлеш грунти широко застосовуються в дорожньому буд1вництв1. Р1зномаштшсть тишв грунта 1 способ1в 1х укршлення мше-ральними та оргашчними в'яжучими дае мо-жливють цшеспрямовано використовувати щ матер1али в шарах дорожнього одягу [1].
Як 1 будь-який матер1ал, укршлеш грунти за сво1ми мехашчними характеристиками ма-ють вщповщати складному напружено-дефор-мованому стану дорожньо! конструкций
Серед критерпв мщносп дорожшх матер1а-л1в, зокрема укршлених грунт1в, е метод ви-пробування 1х на розтяг шляхом розколю-
вання зразюв стискальним навантаженням, запропонований Ф. Карнейро. Метод оснований на виршенш вщомо! з теорп пружносп задач! Герца про розподш напружень у тонкому диску, стиснутому двома силами [2].
До широкого розповсюдження методу розко-лювання привела складшсть випробувань цементних бетошв, укршлених грунпв та кам'яних матер1ал1в на розтяг при осьовому навантаженш.
Aнaлiз публжацш
Дослщження цементних бетошв та укршле-них грунпв на розколювання, як правило, проводяться на половинках балок, яю зали-
шаються теля випробування на розтяг при згиш. Навантаження передаеться на зразок через два цил1ндричних взаемонаправлених рифль Схему навантаження показано на рис. 1. За даними дослщжень [3, 4] встанов-лено, що для кристатчних та зернистих ма-тер1ал1в процес розколювання починаеться з фази пружних деформацш матер1алу шд рифлями. Пот1м утворюеться площадка зминан-ня, виникае зона роздроблення матер1алу. Розвиток зони роздроблення матер1алу в клин розколювання призводить до руйнуван-ня зразка по направленш площиш м1ж рифлями внаслщок вщриву часток зразка, тобто по вертикаль Це дае можливють стверджува-ти, що площа розколювання дор1внюе площ1 поперечного перер1зу зразка.
Рис.1. Схема передання навантаження на зразок: 1 - зразок, 2 - цилшдричш рифл1, 3 - площадка зминання, 4 - клин розколювання
Мщшсть матер1алу на розтяг при розколю-ванш визначають за формулою
^розк
Чо
(1)
де ^р03К - мщшсть на розтяг при розколю-ванш; Крозк - сила, яка призводить до руйну-вання зразка; Ар03К - площа розколювання.
Формула (1) слушна, якщо в перер1з зразка можна вписати окружнють, д1аметр яко! до-р1внюе висот1 зразка. Оскшьки величина 2 / п е сталою для вс1х перер1з1в, для зручно-сп розрахунку часпше користуються характеристикою
^розк
к.
Ло
(2)
За характером напружень, що виникають у зразку при розколюванш, та характером руй-нування картина напружено-деформованого стану бшьшою м1рою вщповщае дшсним умовам роботи бетону та укршлених грунпв у дорожньому покритп [3, 4].
У шарах дорожнього одягу на площадках, перпендикулярних горизонтальнш ос1, виникають ращальш напруження ог. На нижньо-му волокш верхнього шару вони здебшьшого розтягувальш.
Середш шари досить часто повшстю знахо-дяться у розтягнутш зош [5, 6]. Такий на-пружений стан середнього шару потребуе пор1вняння напруження в шарах з нормативною характеристикою мщносп матер1алу на розтяг, при згиш або при розколюванш. Тому накопичування таких даних е важливою справою.
Мета i постановка завдання
Метою роботи е експериментальш дослщжен-ня мщносп деяких тишв укршлених грунпв на розтяг методом розколювання. Кр1м ви-значення характеристики мщносп, необхщно оцшити достатню кшьюсть даних для отри-мання достов1рних значень результапв дос-лщження.
Дослщжувались зразки квадратного перер1зу 4^4 см ¿з сушску та суглинку, укршлених цементом М400, за вологосп твердшня та
температури повпря ^ = 20° С , яю залишили-ся теля випробувань балочок на розтяг при згиш. Дослщження проводились на машиш Р-5. Навантаження на зразок передавалося через два рифл1 Ф = 12 мм.
Експериментальш дослщження проведено на 26 зразках ¿з сушску, укршленого 9 % цементу, 1 на 28 зразках ¿з суглинку, укршленого 11 % цементу.
Результаты дослщжень
Даш експериментальних дослщжень були опрацьоваш методами математично! статистики, 1 було встановлено необхщну кшьюсть зразюв для отримання достов1рних даних з певним степенем ¿мов1рносп (р = 0,95) [7].
Необхщна кшьюсть випробувань визначаеть-ся сшввщношенням систематично! та випад-
ково1 помилок. Систематична помилка одна-кова для вс1х вим1рювань, оскшьки залежить вщ точност1 випробувально! машини 1 вимь рювальних прилад1в. Випадкова помилка залежить вщ багатьох фактор1в нав1ть шд час роботи на одному 1 тому ж обладнанш: неод-норщносп матер1алу, наявносп дефекпв, трь щин у структур! й багатьох ¿нших причин.
Якщо систематична та випадкова помилки су-м1рш, достатньо провести 1-2 випробування. Якщо випадкова помилка в декшька раз1в пе-ревищуе систематичну, необхщно зменшити И вплив на достов1ршсть даних збшьшенням кшькост1 випробувань.
Необхщна кшьюсть випробувань з певною м1рою ¿мов1рност1 1 припустимою помилкою визначаеться за формулою
п =
(хк)2
(3)
де п - кшьюсть випробувань, % - коефщ-ент, який залежить вщ степеня ймов1рност1, V - випадкова помилка (м1ра мшливосп), %, е - припустима помилка, %.
При степеш ймов1рносп р = 0,95 коефщент X = 1,960 [7]. Для з'ясування достов1рносп даних експерименту визначено середш ари-
фметичш значения Я та середш квадратичш помилки окремого вим1рювання
о = ±.
I*
п -1
(4)
де о - середне квадратичне, е = Я - Я ; п -кшьюсть випробувань.
Середш значения квадратичних помилок се-реднього арифметичного визначаються за формулою
0Я=±
1«
г(п -1) 4п
(5)
Найбшьш ¿мов1рш значения мщносп матер1-ал1в на розтяг при розколюванш Лр03К знахо-
дять за залежнютю
Ярозк ^розк — 0 Я
Коефщент вар1ацп дор1внюе
V = 0я 100 %. Я
(6)
(7)
Результати експериментальних дослщжень мщносп укршлених груннв на розтяг при розколюванш, а також показники достов1р-носн даних наведено в табл. 1, 2.
Таблиця 1 Результаты дослщжень мщносп зразюв 1з сушску, укрмленого цементом М400 (9 %), на розтяг при розколюванш
№ зразка Р розк озк = А ' Н/см2 Я - Я , н (Я - Я)2, Н 2
1 65,00 -5,84 34,106
2 65,00 -5,84 34,106
3 81,25 10,41 108,368
4 87,50 16,66 277,56
5 75,60 4,76 22,658
6 69,00 -1,84 3,386
7 55,00 -15,84 250,9
8 59,00 -11,84 140,18
9 76,00 5,16 26,63
10 78,80 7,96 63,36
11 61,00 -9,84 96,82
12 90,60 19,76 390,46
13 86,00 15,16 229,83
14 81,30 10,46 109,41
15 76,90 6,06 36,72
16 80,00 9,16 83,91
Я, о, оЯ, Я
Я = 70,84 Н/см
2
. ■ /! (Я -Я)2 =
п -1
2646,97
"V 26 -1
10, 29
о 10,29 „ _
оЯ =—~^ = ——?=9 = —2,02
2
2
о
2
е
Заюнчення таблиц! 1
№ зразка Р розк Р°зк = а ' "^ОЗК Н/см2 Я - я , Н (Я - Я)2, Н2 Я, о, оЯ, Я
17 66,90 -3,94 15,52 Я = Я ± 2,02
18 50,00 -20,84 434,31
19 60,00 -10,84 117,51
20 65,00 -5,84 34,11 V = оЯ 100 % = Я = 2'02 100 % = 2,85 % 70,84
21 66,00 -4,84 23,43
22 66,60 -10,24 104,86
23 73,00 2,16 4,666
24 72,50 1,66 2,756
25 70,00 -0,840 0,706
26 70,00 -0,84 0,706
£ 1841,95 Я = 70,84 -109,26 +109,37 £ 2646,97
Таблиця 2 Результаты дослщжень мщносп зразюв 1з суглинку, укршленого цементом М400 (11 %), на розтяг при розколювант
№ зразка Р розк озк = А Н/см2 Я- - Я, н (Я - Я)2, н2 Я, о, оЯ, Я
1 31,3 -30,18 910,83 Я = 61,48 Н/см2
2 48,6 -12,88 165,89
3 58,0 -3,48 12,11
4 92,2 30,72 943,72
5 98,9 37,42 1400,26 о ±]£ (Я - Я )2 = V п -1
6 58,0 -3,48 12,11
7 78,0 16,52 272,91
8 104,0 42,52 1807,95 = ±110556Д9 =±19,77 V 27
9 40,1 -21,38 457,10
10 58,5 -2,98 8,88
11 81,5 20,02 408,04
12 36,8 -24,68 609,10 о 19,77 „ оЯ=+^ = +-;=- = +3,736 Я 4П >/28
13 34,9 -26,58 706,50
14 31,10 -30,38 922,94
15 55,9 -5,58 31,14
16 90,9 29,42 865,54
17 69,70 8,22 67,57
18 54,0 -7,48 55,95 Я = Я ± 3,736
19 52,6 -8,88 78,85
20 56,6 -4,88 23,81
21 57,4 -4,08 16,65 V = 100 % = Я
22 73,7 12,22 149,33
23 73,0 11,52 132,71 = 3,736100 % = 6,08 % 61,48
24 60,5 -0,98 0,96
25 50,7 -10,78 116,21
26 67,8 6,32 39,94
27 43,4 -18,08 326,88
28 63,3 1,82 3,31
£1721,4 Я = 61,48 -216,76 +216,72 £ 10556,19
Висновки
Дослщження укршлених грунпв на розтяг при розколюванш показали, що характеристика
п тюзк
Лр03К =- для сутску, укршленого цемен-
^розк
том, у середньому складае Лр03К = 71 Н/см2, а для укршленого суглинку Лр03К = 62 Н/см2 .
Проведено також опрацювання результапв експериментальних дослщжень випробуван-ня укршлених грунпв на розколювання для партп з 10 зразюв.
З'ясовано, що для отримання достов1рного значения ^р03К з ¿мов1ршстю 95 % I допустимою похибкою 5 % для сутску, укршленого цементом, достатньо зробити 10-11 розкол1в, а для суглинку, укршленого цементом, не менше 23 розкол1в, що пояснюеться його менш однородною структурою.
Для укршленого цементом суглинку харак-терним е значно бшьший розкид експериментальних даних, що притаманно матер1алу з менш однорщною структурою пор1вняно з укршленим сушском.
Слщ зазначити, що при випробуваннях мате-р1ал1в на розтяг неоднорщшсть структури, наявшсть трщин, дефекпв значно вплива-ють на показники мщносп, оскшьки такий вид деформацп сприяе розкриттю трщин 1 швидкому порушенню структурних зв'язюв.
Лiтepaтypa
1. Дорожные основания и покрытия из укре-
пленных грунтов / В. М. Безрук, М. Н. Ри-тов, К. М. Глаголева, И. К. Чернов. - М.: Транспорт, 1966. - 128 с.
2. Ландау Л. Д. Теория упругости / Л. Д. Лан-
дау, Е. М. Лившиц. - М.: Наука, 1987. -248 с.
3. Грушко И. М. Прочность бетонов на рас-
тяжение / И. М. Грушко, А. Г. Ильин, С. Г. Рашевский. - X.: Издат. ХГУ, 1973. -184 с.
4. Волков М. И. Определение прочности це-
ментного бетона и щебня методом раскалывания. Научное сообщение № 3 / М. И. Волков, Н. Ф. Глущенко. - X.: Типография Харьковского сельскохозяйственного института, 1957. - 16 с.
5. Голеско В. А. Напряженно-деформирован-
ное состояние трехслойного полупространства / В. А. Голеско // Вестник ХГАДТУ. - 1997. - Вип. 5. - С. 40-44.
6. Голеско В. А. Исследование радиальных
напряжений в слоях трехслойного полупространства /В. А. Голеско // Вестник ХНАДУ. - 2003. - Вып. 20. - С. 113-116.
7. Сиденко В. М. Основы научных исследо-
ваний / В. М. Сиденко, И. М. Грушко. -X.: Издат. ХГУ при издательском объединении «Вища школа», 1977. - 200 с.
Рецензент: В. П. Кожушко, професор, д. т. н., ХНАДУ.
Стаття над1йшла до редакцп 25 лютого 2014 р.
