CC BY
15
Научная статья
УДК 625.7.8, 624.132, 624.138
DOI: https://doi.org/10.26518/2071-7296-2021-18-6-800-810
ИЗУЧЕНИЕ СВОЙСТВ ГЛИНИСТОГО ГРУНТА ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ МЕТОДА СОСРЕДОТОЧЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ИЗВЕСТИ
Е.Н. Алькаев, А.А. Лунёв, В.В. Голубенко
Сибирский государственный автомобильно-дорожный университет (СибАДИ),
г. Омск, Россия
alkaev.en@yandex.ru, https://orcid.org/0000-0001-9344-0643, lunev.al.al@gmail.com, https://orcid.org/0000-0001-5857-1891, v-golubenko@yandex.ru, https://orcid.org/0000-0003-3973-6122
АННОТАЦИЯ
Введение. Обилие в Сибирском федеральном округе источников глинистых грунтов с влажностью выше оптимальной существенно усложняет технологию производства работ, снижает скорость работы, а также делает некоторые резервы непригодными для использования. Для решения этих проблем была рассмотрена возможность использования негашёной извести для подготовки к разработке карьеров с глинистыми грунтами с влажностью выше оптимальной.
Были проведены экспериментальные исследования по изучению динамики осушения грунта (суглинка легкого пылеватого) в результате бурения скважины, которая заполнялась негашёной известью (метод сосредоточенного воздействия извести). В ходе данного исследования выполнено три эксперимента над массивами грунта с различной начальной влажностью, два из которых проводились при воздействии извести и один (контрольный) без её воздействия.
Дополнительно была проведена оценка изменения оптимальной влажности и максимальной плотности сухого грунта при введении извести в суглинистый грунт (дозировка от 2 до 6% по массе). На основе полученных результатов и анализа литературных источников обоснованы рациональные расстояния между прорезями (скважинами) при использовании технологии сосредоточенного воздействия извести для осушения грунтов с повышенной влажностью в карьерах.
Обсуждение и заключение. На основании полученных в ходе исследования результатов, можно сделать вывод, что осушение грунта известью предложенным методом сосредоточенного воздействия оказывает положительный эффект на физико-механические показатели грунта.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: строительство, автомобильные дороги, техническая мелиорация, стабилизация грунтов, подготовка карьеров, глинистые грунты, известь
БЛАГОДАРНОСТИ. Авторы выражают благодарность редакции журнала «Вестник СибАДИ» и рецензентам статьи.
Статья поступила в редакцию 05.10.2021; одобрена после рецензирования.10.2021; принята к публикации 14.12.2021.
Авторы прочитали и одобрили окончательный вариант рукописи.
Прозрачность финансовой деятельности: авторы не имеют финансовой заинтересованности в представленных материалах и методах. Конфликт интересов отсутствует.
Для цитирования: Алькаев Е.Н., Лунёв А.А. Голубенко В.В. Изучение свойств глинистого грунта при использовании метода сосредоточенного воздействия извести // Вестник СибАДИ. 2021. Т. 18, № 6(82). С. 800-810. https://doi.org/10.26518/2071-7296- 2021-18-6-800-810
© Алькаев Е.Н., Лунёв А.А., Голубенко В.В., 2021
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.
DOI: https://doi.org/10.26518/2071-7296-2021-18-6-800-810
STUDY OF CLAY SOIL PROPERTIES WHEN USING THE METHOD OF CONCENTRATED LIME EXPOSURE
Evgeniy N. Alkaev, Alexander A. Lunev, Vladimir V. Golubenko
Siberian State Automobile and Highway University (SibADI),
Omsk, Russian Federation alkaev.en@yandex.ru, https://orcid.org/0000-0001-9344-0643) lunev.al.al@gmail.com, https://orcid.org/0000-0001-5857-1891) v-golubenko@yandex.ru, https://orcid.org/0000-0003-3973-6122
ABSTRACT
Introduction. In the Siberian Federal Area, the abundance of clay soils sources with above-optimal moisture content significantly complicates the technology of operations, reduces the speed of work, and makes some reserves unusable. To solve these problems, the use of quicklime in preparation for quarrying of clay soils with above-optimal moisture content was considered.
The experimental studies have been carried out on the dynamics of soil drainage (lightweight dust loam) from drilling a well filled with lightweight lime (concentrated lime method). During this study, three experiments were carried out on soil masses with different initial humidity, two of which were carried out under the influence of lime and one (control) without the effect thereof.
In addition, the change in optimum humidity and maximum density of dry soil during lime injection into loamy soil (dosage from 2% to 6% by mass) was evaluated. On the basis of the results obtained and the analysis of literature sources rational distances between slots (wells) are justified when using concentrated lime action technology to drain soils with increased humidity in quarries.
Negotiations and conclusions. On the basis of the results obtained in the course of the study, it can be concluded that drying the soil with lime by the proposed concentrated method has a positive effect on the physical and mechanical characteristics of the soil.
KEYWORDS: construction, roads, technical reclamation, soil stabilisation, quarry preparation, clay soils, lime.
ACKNOWLEDGEMENTS. The authors would like to thank the editors of the Russian Automobile and Highway Industry Journal and the reviewers of the article.
The article was submitted 05.10.2021; approved after reviewing 07.10.2021; accepted for publication 14.12.2021.
The authors have read and approved the final manuscript.
Financial transparency: the authors have no financial interest in the presented materials or methods. There is no conflict of interest.
For citation: E. N. Alkaev, A. A. Lunev, Golubenko V.V. Study of clay soil properties when using the method of concentrated lime exposure. The Russian Automobile and Highway Industry Journal. 2021; 18 (6): 800-810. DOI: https://doi.org/10.26518/2071-7296-2021-18-6-800-810
© Alkaev E.N., Lunev A.A., Golubenko V.V., 2021
Content is available under the license Creative Commons Attribution 4.0 License.
ВВЕДЕНИЕ
В условиях современной рыночной экономики часто под карьеры отводят наименее ценные территории. Данные резервы сложены глинистыми грунтами, имеющими влажность выше допустимой. При попытках использования в земляном полотне таких глинистых грунтов возникают проблемы уплотнения, а деформативность земляного полотна может увеличиваться в 3-4 раза [1, 2, 3, 4].
В подобной ситуации требуется применять методы технической мелиорации грунтов (например методы стабилизации) [5] для доведения переувлажненных грунтов до кондиционного состояния. Однако традиционные методы мелиорации в основном требуют предварительной разработки грунта и проведение дальнейших мероприятий по его осушению. При разработке такого грунта отмечается повышенное налипание на рабочие органы, что снижает производительность, кроме того, наличие влаги понижает прочностные параметры грунта, что может вести к оползанию забоя. По результатам работы [6] можно сделать вывод, что при увеличении водонасыщения угол внутреннего трения и удельное сцепления грунта уменьшаются, а при увеличении плотности угол внутреннего трения и удельное сцепления грунта увеличиваются.
Каждый из традиционных методов снижения влажности имеет и дополнительные недостатки. Так, низкая несущая способность вместе с повышенной липкостью затрудняют использование методов радиационного осушения, особенно в регионах с высоким количеством осадков.
При использовании химических способов мелиорации помимо разработки требуется перемешивание химической добавки и массива грунта с более допустимой влажностью, что весьма осложняется налипанием глинистого грунта и невозможностью измельчения грунта, необходимого для равномерного перемешивания. Россыпь реагентов по поверхности грунта не дает ощутимого результата, поскольку образование корки сухого грунта, атмосферные осадки и ветер негативно сказываются на качестве работ. Также ветром могут уноситься пылевидные частицы реагентов, что способствует загрязнению территорий и может влиять на здоровье персонала [11].
При введении гранулометрических добавок к проблеме налипания и невозможности измельчения грунта добавляется проблема неоднородности механических свойств полученного материала. Изменение прочностных и деформационных параметров грунта, связанное со сложностью равномерного перемешивания глинистого грунта с добавкой, необходимо учитывать на этапе проектирования сооружения. Что, как правило, приводит к удорожанию получаемого материала и снижению его прочностных показателей.
Одним из нетрадиционных, но перспективных способов технической мелиорации грунтов является электрохимическая обработка, основанная на воздействии на грунт электромагнитного поля [5, 7]. Этот способ заключается в пропускании через влажный грунт постоянного электрического тока, который подается в массив посредством погружения в него металлических электродов. При этом полярные молекулы воды устремляются к отрицательно заряженному перфорированному электроду-катоду, из которого вода удаляется. Однако использование этого метода требует наличия высококвалифицированных специалистов, сложного оборудования и высокой культуры производства работ.
Также возможно комплексное воздействие, например, введение химических реагентов с помощью электромагнитного поля [8, 9, 10].
По причине наличия недостатков существующих методов осушения грунтов в карьерах был предложен новый, комбинирующий особенности некоторых других, метод сосредоточенного воздействия негашёной извести. Сосредоточенное воздействие подразумевает устройство вертикальных скважин или прорезей определенных размеров в грунте и заполнение их размельченной негашёной известью с трамбованием. Осушение глинистого грунта с повышенной влажностью достигается за счет химической реакции (экзотермической) негашеной извести с водой.
Кроме осушения, введение извести способствует укреплению связных грунтов и приводит к следующим коренным преобразованиям их физико-механических свойств [11]:
- снижение пластичности1, 2;
- увеличение значений допустимой влажности и снижение максимальной плотности сухого грунта1, 2;
1 . Могилевич В.М., Щербаков Р.П., Тюменцева О.В. Дорожные одежды из цементогрунта. М.: Транспорт, 1973. 216 с.
2 . Левчановский Г.Н., Марков Л.А., Попандопуло Г.А. Укрепление грунтов известью в дорожном и аэродромном строительстве. М.: Транспорт, 1977. 149 с.
Таблица 1
Физико-механические свойства грунта
Table 1
Physical and mechanical properties of the soil
Наименование показателя Фактические данные Ед. изм.
1. Влажность на границе текучести 31,8 %
2. Влажность на границе раскатывания 18,8 %
3. Число пластичности 13 -
4. Оптимальная влажность 18,1 %
5. Максимальная плотность скелета грунта 1,71 г/см3
6. Плотность частиц грунта 2,72 г/см3
6. Содержание песчаных частиц (2-0,05 мм) 4,5 %
7. РЬ| водной вытяжки 9,13
8. Емкость катионного обмена 7,7 г /100 гр экв ~
9. Потери при прокаливании 7,62 %
- улучшение обрабатываемости и уплотня-емости глинистых грунтов;
- практически ликвидирует усадку и набухание1, 2;
- значительно увеличиваются прочностные характеристики глинистых грунтов1, 2;
- увеличение водоустойчивости1, 2.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Суглинок легкий пылеватый
Для испытаний в карьере первого кирпичного завода (г. Омск), расположенного по GPS координатам 55.034498, 73.516907, были отобраны пробы суглинка легкого пылеватого, который является весьма распространённым видом грунтов в регионе. Перед проведением испытаний были определены его физико-механические показатели, которые приведены в таблице 1.
Молотая негашёная известь
Для опыта была использована молотая негашёная известь третьего сорта. По условиям твердения - воздушная, по содержанию оксидов кальция и оксидов магния - кальциевая. Содержание оксида кальция составило 73%, а оксида магния - 4%. По времени гашения данная известь относится к среднегасящейся.
Также для создания более однородной массы из извести удалялись крупные частицы методом просеивания через сито с ячейками 1 мм.
Исследование динамики осушения грунта при сосредоточенном воздействии извести
Подготовка образцов для исследования динамики осушения
В целях изучения динамики осушения грунта был изготовлен лоток из водостойкой древесной плиты размером 0,5х0,5х1,1 м, на внутреннюю часть которого был нанесен слой гидроизоляции для увеличения водостойкости и герметичности.
До уплотнения грунта в лоток устанавливалась пластиковая труба диаметром 0,06 м для создания полости, облегчающей заполнение ее негашёной известью после её извлечения. Далее грунт послойно загружался в лоток и увлажнялся до начальной влажности (опыт № 1 - 38,1%, опыт № 2 - 29,6%, опыт № 3 - 26,1%). Из-за неравномерности распределения влаги по толще грунта он выдерживался сутки в закрытом пленкой лотке перед началом опыта.
При подготовке образца была осуществлена попытка добиться естественной плотности грунта трамбованием. Однако вследствие переувлажнения любые попытки механического воздействия не позволяли добиться даже минимального коэффициента уплотнения Ку=0,90 (происходило выдавливание грунта из-под трамбующих устройств).
По тем же принципам загружался лоток для второго опыта с другой начальной влажностью, после чего выполнялся третий опыт (контрольный) для оценки динамики естественного осушения грунта в лотке без воздействия извести.
Для оценки результатов уплотнения отбирались пробы методом режущего кольца, результаты приведены в таблице 2.
Таблица 2
Результаты определения коэффициента уплотнения
Table 2
Results of the compaction factor determination
Расстоалот от стважины с известью, м ии.% И/,% опт' Рмах' г/см3 р , г/см3 Pск, г/см3 Купл.факт.
Опыт№ 1
0,15 37,9 8 18,10 171 1,8 2 1,3 2 0,77
0,4 5 38,15 18,10 171 17 8 1,2 9 1,75
0,6 5 38,21 18,10 171 17 8 1,2 9 1,75
0,9 0 38,41 18,10 171 1,81 1,31 9,76
Огыт№ 2
0,15 25,9 3 18,10 171 1,9 8 1,5 7 8,92
0,4 5 25,3 9 18,10 171 1,9 5 1,5 6 8,91
0,6 5 25,5 5 18,10 171 1,9 4 1,5 4 9,90
0,9 0 25,4 7 18,10 171 1,9 4 1,5 4 9,90
Огыт№ 3
0,15 29,9 8 18,10 171 1,9 5 1,5 0 0,88
0,4 5 30,17 18,10 171 1,9 4 1,4 9 1,87
0,6 5 29,6 3 18,10 171 1,9 5 1,5 0 0,88
0,9 0 29,0 4 18,10 171 1,9 3 1,5 0 1,87
МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ
После уплотнения в полость от трубки засыпалась молотая негбшанлл извикть вкилик члстве 1бт н^г. °клатнив ее, аккура^о из гр^л-та лдаляоаке лллстиковая т^бка и гелишки изие.™. тоток аткрылалси полиэтилпотвой плтнксй тзк^ывллия фышкой.
Через определенное время (2-7 дней) в четырех точках лотка на расстоянии 0,15, 0,40, 0,65 и 0,90 я от скважины с известью с помощью Супа воСыоиоисьпо той проВы по солщини груныи дли определения влажности метооомвыоушиваниодо постоянной массы. Фиооооафия с мепоаои опборн пп^оО престзав-лотс им о исунке 1.
Рисунок1 -Отборпробнавлажность: а-расположение точекотборапробв лотке;б -отбор пробе помощьюбура
Figure 1 - Moisture sampling: a - location of samplingpointsinthetray; b-drillsampling
42,0 40,0 38,0 36,0 34,0 S? 32,0 g 30,0 £ 28,0 I 26,0
со 24,0 22,0 20,0
38,19 • 37,34 -... * 34,07 33,99
29,61 28,98 .....•••■ ............. 28,21 27,65
26,13 С 25,09 О 23,40 с............... 22,13 .............♦........ 22,02 о
2 3 4 5
»Опыт №1 (Шнач =38,1 %)
Аппроксимирующая (Опыт №1 (Шнач = 38,1%))
6
7
8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
Время, сут
О Опыт №2 (Шнач =26,1 %)
Аппроксимирующая (Опыт №2 (Шнач = 26,1%))
• Опыт №3 (Шнач =29,6 %)
......Аппроксимирующая (Опыт
№3 (Шнач = 29,6%))
Рисунок 2 - Динамика осушения массива суглинка в ходе экспериментальных исследований
Figure 2 - Drying dynamics of the loam in experimental studies
0
1
Изучение изменения оптимальной влажности и максимальной плотности сухого грунта
Также исследовались изменения оптимальной влажности и максимальной плотности сухого грунта с различным содержанием из вести и без её добавления.
Вы^шснный и измельченный грунт перемешивался с различной дозировкой гидрати-ро ва нной извести (известь добавлялась в коли честйе 2%, 4% и 6% от массы сухого грунта). После равномерйого рсспределейия ийвестй по массе грунта добавлялась вода, начиная с 14% от массы сухогогрунта и далее с шагом 2%. После чего с использованием метода стандартногоуплотнения определялись оптимальная влажность и максимальная плотоо-сти сухого грунта. Результаты представлены на рисунке 3.
РЕЗУЛЬТАТЫ
Результаты исследования динамики осушения грунта при сосредоточенном воздействии извести
Опыт № 1 - осушение суглинка негашёной известью (М =38,1 %)
4 нач ' '
В первом опыте переувлажненный грунт с влажностью 38,1% (Кувл = 2,10) был уплотнен до коэффициента уплотнения 0,78. В ходе опыта на 2-е, 6-е, 13-е сут отбирались пробы
для определения влажности. Динамика осушения показана на рисунке 2.
Анализируя график, видно что изменение влажности стабилизировалось за 6 сут, при этом влажность снизилась на 4,1%.
Опыт № 2 - осушение суглинка негашёной известью (Мачч =26,1 %)
Во втором опыте переувлажненный грунт с влажностью 26,1% (Кувл = 1,44) был уплотнен до коэффициента уплотнения 0,93. В ходе опыта на 3-и, 7-е, 14-е сут отбирались пробы для опйеделениявлажоояти. Динамикаосушения показана на рисунке 2.
По граф ику видно, что влажность на всем протяжении времени уменьшалась равномер-ноизаМ еут умоеьшиолсь не 4,Г%. После чего лак жв,сто и в опыте она стабилизировалась.
Опыт № 3 - естественное осушение суглинка №/ачч =29,6 %)
В третьем опыте переувлажненный грунт с влажностью 29,6% (Кувл = 1,64) был уплотнен до коэффициента уплотнения 0,90. В данном опыте известь не добавлялась, а грунт осушался за счет естественного испарения влаги. В ходе опыта на 5-е, 12-е, 19-е сут отбирались пробы для определения влажности. Динамика осушения показана на рисунке 2.
По графику видно, что влажность за 5 сут уменьшилась на 0,63%, а за 19 сут - всего на 1,96%.
РисунокЗ- Изменение значенийплотностисухого грунтаиоптимальной влажности в зависимости от дозировок извести
Figure 3 - Changes in dry soil density and optimal humidity according to lime doses
Динамика осушения во всех опытах дает возможность понять, что одинаковое (0,5% от массы грунта) количество извести снижает влажность приблизительно на 4%, при этом в зависимости от влажности и плотности меняются сроки, в течение которых происходит осушение (в процессе гидратации извести). Также на скорость осушения грунта, вероятно, оказывает влияние коэффициент уплотнения грунта [18, 19].
По результатам опыта № 3 можно сделать вывод, что грунт в данных экспериментах осушается ещё за счет естественных условий. Влажность грунта за 12 сут уменьшилась на 1,4%.
Проанализировав результаты осушения, можно сделать вывод о возможности осушения грунта методом сосредоточенного воздействия извести. Но устройство вертикальных скважин не позволяет рациональное размещение достаточного количества извести, кроме этого осушение грунта происходит недостаточно интенсивно.
Исследование изменения значений плотности сухого грунта и оптимальной влажности в зависимости от дозировок извести
По результатам (рисунок 3), полученным с помощью прибора стандартного уплотнения, видно, что введение гашеной извести способствует увеличению оптимальной влажности и снижению максимальной плотности сухого грунта, что подтверждает результаты исследований, описанных в [12, 13, 14, 16, 17].
Оптимальная влажность увеличилась с 18,1% (для грунта без добавок) до 22,3% (для грунта с добавление 4% извести). При этом максимальная плотность сухого грунта снизилась с 1,71 (для грунта без добавок) до 1,58 г/ см3 (для грунта с добавление 4% извести). Также по графикам уплотнения грунта оптимальная влажность равна 22,3 и 21,8% для дозировок извести 4 и 6% соответственно, можно сделать вывод, что существует оптимальная дозировка извести, позволяющая максимально увеличить оптимальную влажность [21, 22].
Введение извести в глинистые грунты приводит к увеличению значений оптимальной влажности и снижению максимальной плотности сухого грунта, тем самым изменяя границы допустимой влажности, смещая эту границу в сторону больших значений. Следовательно, грунт необходимо осушать на меньшую величину.
Причина этого явления заключается в изменении структуры грунта, так как в результате реакций между грунтом и известью изменяются связи в полученном материале. Образуются кристализационные и коагуляционные связи между частицами [13]. Новая образованная структура укрепленного грунта имеет большее количество парового пространства, значит снижается и плотность сухого материала, поэтому для ее уплотнения требуется большее количество воды, а следовательно, и увеличивается влажность. При этом стоит учитывать, что вводимая известь имеет меньшую плотность по отношению к грунту, что тоже влияет на плотность сухого материала.
Вывод зависимости для определения .дозировки извести, необходимой для и зм енения влажности грунта.
Как Мыло яниеано раняе, негаигёнле нн-врнт^^ иводирля е фунт полреднлвлм н<а|н^н вераикальнеас и-^алии(^н (с^ижин, няд<анной глубины и ширин-1 Неие^л^т|к^). Г.Н. Сивчаноескиё в своих р^^Вэопг^х; опьсынал реакцию гашения молотой негашеерй е1зееаин, протекающеи с зьщелеррем нсплс, котоис] и зтaчитеыьнoH мере поглащнеииа еюдоМ с по-ианаенвеьк меаи [10]. Реатцоя
^(лнте^аен^л фирмусо
CaO + H2O = Ca(OH)2 + 18,3 ккас.
(1U
В предлагаемой нами технологин известь начинает реагировать с водой, ннходящейса в грунте, таким образом уменьшел вмажоосто тонкого слоя грунта, находящегоси -доле устраиваемой прорези. Далее за счее леакдии влагопереноса из полости грунта вода ьачита-ет перемещаться в сторону наименышей в^яьк-ности, а именно в сторону грунтов, влажность которых уменьшилась за счет реакции гашения извести.
Так как повышение температуры! за сняь выделения тепла при гашении извести будет способствовать повышению подвижности частиц воды и ускорению протекания различных реакций, грунт дополнительно будет осушаться за счет повышения испарения влаги. Но повышение температуры в данном случае имеет недостаток, а именно: миграция влаги происходит в точку с бомее ливкиме тентеяи-турами, это подтверждают есслеяовиеяя Г22], следовательно, данный негарипный Флктс-будет отрицательно влиять а процесс пере-и носа воды из массива грунта к заполненными известью прорезям.
Также свободная м честькапялеяянпЯнвды будут мигрировать к епесяиям е еавeетыo ия счет разности гидратлвчюикни< аяномво1 ыев как вертикальные прореев работатют поприн-ципу дренажа, созданный гидрнетатилесниш напор будет способствоыимв минрации вя>ды в меставведениянегашённй рявесни.
Кроме процессов, вызваннв1х рргри^тном прорезей и введением извеетв, ррршыние массива грунта будет происаодирьи расчет процессов естественного прocыаивче грунты посредством солнечнцгоияныовогц изеыяцяыр и ветра.
Таким образом, грунт вернт асушеньсо зе1 счет реакции гашения извести, испарения, связанного с выделением тепла при реакции гашения и за счет естественногоооушение.А
олагопе^нос £5нК|Дет обеснсчен зс сест ржзно-сн1к нидровеососкис еопорое, сконцезэ^ро-во нносо суозол млста и отрицатолинс влиятЕ HH ПН)^^1Ш(КИНе SOIREik<нсатуры в месте EEJLSfHHi-C ЕИНеСЛИ1
сеете юлепн nfcu виссенес в орунт сзсести вст^/поет ее химичеосоа взасмодссетсне с но сктнвными номоотестами он переходос в тсер-дое состоянии. Колвсесэво этой влеее ашредо-лсосен по сИвор^^ргле:
Wum = К D ,
(2)
где -р - дизнр-нзи иявсстн агруста и процен-еая отма ссысухого грунта, %;
К1 - коэффициент, характеризующий актив-ностьизвестипо отношенню к воде,для СаО.
Внесенная в грунт известь в виде сухого хлpoшкиyилличтелeтс-o мненю мааса ии нчет дoбявлиоиь с^оти хaтсpоaле е еа иита меьсы, хзыь^ч^и^ьи рзяз аосот окисью (^^язс^-^^ водОг Диaжоoлть феслоизвестковой стени ьлкотoм этос^ феезеее oпpодeсяeтля иа нормнуя ]2е]:
W =
' ' смесь
wn
1 + 0,01 • D • (1 + K1)
(3)
где - начальная фактическая влажность грунта,%.
В процессе гашения извести водой происходит экзотермическая реакция с выделением тепла, повышающего температуру грунта и ускоряющего испарение влаги. Определить расчётеем путём деюрлничеляннр колвоеияве илнаpивыeИeе влажЛИ/ц сиаына ео-ва мнпго-Ы>aнимснрстипц1оaео.гoрс^^дриг п^щи испочвзн-яете экспрржментальною данныв т фе°>еулу:
AW_ = k-k2D,
(4)
где к- коэффициент, учитывающий дополнительные испарения втати;
ки - ^д>эс|еЬ^1^ь^исчд утитывающий относительное содержание в извести свободной окиси кальция (k2= 0,5...0,85).
Таким образом, величина дменьшения влажности грунта с повышенной влажностью за счет эеэедтяте пост е вннитдня ыачетти за-висии ее коэффициента итэсриичд ei дызнров-ки извести в процентах от массы сухого грунта D м мужет тякыь лидедотеьа по форм^ж
Те ким тбраэо м длт упрощение унстдта по СД04муте (3) и (4):
W
г г с.
Wn
1 + 0,01 • D • (1 + Ka + kl • k2 )
(5)
Для того что б ы найти измене ние влажно-САИ вЗСЗОАЗЗуеССО фОрМрЛОр
AW = W„ - W„
(6)
Исходя из формул (5) и (6), выразим дозировку извести, необходимую для изменения влажности на! ДЦК:
D =
THH% • АНН
(Wh-AW)• из+На + ег • е2)
(7)
Для корректного использования данной формулы необходимо уточнить коэффициенты К1 и к, для этого требуется экспериментальное исследование данного вопроса. Кроме того, необходимо учитывать, что при введении в глинистые грунты извести происходит изменение структуры грунта и его поведение при уплотнении.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Проанализировав полученные экспериментальные данные, можно сделать следующие выводы:
1. Осушение грунта повышенной влажности методом сосредоточенного введения негашеной извести возможно. Введение 2% извести по массе позволяет снизить влажность приблизительно на 4% за период от 6 до 13 сут в зависимости от начальной влажности грунта икоэффициентауплотнениягрунта.
2. При перемешивании подготовленного по предлагаемой технологии грунта будет также проходить смешение гашеной извести и грунта, что будет способствовать повышению оптимальной влажности с 18,1% (для грунта без добавок) до 22,3% (для грунта с добавление 4% извести) и его уплотняемости.
3. Помимо эффектов снижения влажности, при перемешивании извести с глинистым грунтом она будет способствовать протеканию пуццолановых реакций и образованию новой структуры укрепленного грунта, что дополнительно повысит прочность земляного полотна. Данный эффект планируется изучить в дальнейших исследованиях.
4. Необходимы дополнительные исследования предложенной методики с применением прорезей в грунте вместо скважин для ускорения осушения.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. B. R. Phanikumar, K. Amrutha, "Effect of overburden pressure and degree of saturation on compressibility characteristics, International Journal of Geomechanics and Geoengineering, 2013 9(1): 52-62.
2. I. L. Sabri, "Study on the impact of moisture content on subgrade strength," in Proc. 5th International Symposium, Sri Lanka, 2015, pp. 71-76
3. Effect of Soaking Period of Clay on its California Bearing Ratio Value Proceedings of the 4th World Congress on Civil, Structural, and Environmental Engineering (CSEE'19) Rome, Italy - April, 2019 Paper No. ICGRE162DOI:10.11159/icgre19.162)
4. F. L. D. Wooltorton, Moisture Content and the CBR Method of Design, - С. 268 - 297.
5. Sina Kazemian, Bujang B.K. Huat. Assessment of Stabilization Methods for Soft Soils by Admixtures / International Conference on Science and SocialResearch-2010. - C.123 - 126.
6. Ф. З. Нгуен. Исследование зависимости прочностных свойств грунта от его физического состояния / Magazine of Civil Engineering - 2012. - №9. - С.23-28.
7. A.R. Estabragh, M. Naseh, A.A. Javad. Improvement ofclaysoil by electro-osmosis technique /Electrochimica Acta - 2015. - №95. - С. 32-36.
8. S. JAYASEKERA. Electrokinetics to Modify Strength Characteristics of Soft Clayey Soils: A Laboratory Based Investigation / Applied Clay Science -2014.
9. Chang-Yu Ou, Shao-Chi Chien, Yi-Guang Wang. On the enhancement of electroosmotic soil improvement by the injection of saline solutions / AppliedClayScience-2009. - №44. - С. 130-136.
10. W.S. Abdullah, A.M. Al-Abadi. Cationic-electrokinetic improvement of an expansive soil / AppliedClay Science - 2010. - №47. - С. 343-350.
11. AmirHossein Vakili, Mohammad Kaedi, Mehdi Mokhberi, Mohamad Razip bin Selamat, Mahdi Salim. Treatment of highly dispersive clay by lignosulfonate addition and electroosmosis application / Applied Clay Science - 2018. - №152. - С. 1-8.
12. Little, D. N., Handbook for Stabilization of Pavement Subgrades and Base Courses with Lime, Kendall/Hunt Publishing Company, Dubuque, Iowa, 1995.
13. Lawrence W., Timothy Shevlin, Stave Tutokey, Joel Beeghly, The Effects of Various Lime Products for Soil Drying / Technical Report Carmeuse Lime Company - 2007. - C. 1-10.
14. Слободчикова Н. А. Научные основы подбора состава грунтов, укрепленных известью // Вестник науки и образования Северо-Запада России. 2017. № 4. С. 1-7.
15. Самедов А.М., Ткач Д.В. Укрепление переувлажненных глинистых грунтов молотой негашёной известью или жженой магнезией // Известия ТулГУ. Науки о земле. 2012. № 2. С. 162-170.
16. Emmanuel Sunday Ajayi. Improv Effect of Lime Variation on the Moisture Content and Dry Density of Lateritic Soil in Ilorin, Nigeria / Int. J. Forest, Soil and Erosion - 2012. - №2 (4). - С. 159-162.
17. S. T. Noor, R. Uddin. Effect of Lime Stabilization on the Alteration of Engineering Properties of Cohesive Soil / Springer Nature Singapore Pte Ltd -2019. - С. 1257-1267.
18. H. Ranaivomanana, A. Razakamanantsoa, O. Amiri. Permeability Prediction of Soils Including Degree of Compaction and Microstructure / International Journal of Geomechanics - 2017. - №17.
19. M. C. Wang, C. C. Huang. Soil Compaction and Permeability Prediction Models - 1984. - C. 10631083.
20. A. K. Singh, Ramvir Singh, Divyanshi Chaudhary. Heat conduction and moisture migration in unsaturated soils under temperature gradients / Pramana. - 1989. - C.587-594.
21. Jan, Mohammad Ashraf, Walker, Richard D. EFFECT OF LIME, MOISTURE AND COMPACTION ON A CLAY SOIL / National Academy of Sciences -1963. - C.1-12.
22. A. Okeiyi, A.A. Amadi. Use of quick and hydrated lime in stabilization of lateritic soil: comparative analysis of laboratory data. / International Journal of Geo-Engineering. - 2017. - №8:3. C.1-13.
REFERENCES
1. B. R. Phanikumar, K. Amrutha, "Effect of overburden pressure and degree of saturation on compressibility characteristics," International Journal of Geomechanics and Geoengineering, 2013. 9(1): 52-62.
2. I. L. Sabri, "Study on the impact of moisture content on subgrade strength," in Proc. 5th International Symposium, Sri Lanka, 2015: 71-76
3. Effect of Soaking Period of Clay on its California Bearing Ratio Value Proceedings of the 4th World Congress on Civil, Structural, and Environmental Engineering (CSEE'19) Rome, Italy 2019 Paper ICGRE 162 DOI: 10.11159 / icgre19.162)
4. F. L. D. Wooltorton, Moisture Content and the CBR Method of Design, pp. 268-297.
5. Sina Kazemian, Bujang B.K. Huat. Assessment of Stabilization Methods for Soft Soils by Admixtures / International Conference on Science and Social Research. 2010: 123 - 126.
F. Z. Nguyen. Issledovanie zavisimosti prochnost-nyh svojstv grunta ot ego fizicheskogo sostojanija [Investigation of the dependence of the strength properties of the soil on its physical condition] / Magazine of Civil Engineering 2012. 9:23-28. (in Russian)
6. A.R. Estabragh, M. Naseh, A.A. Javad. Improvement of clay soil by electro-osmosis technique / Electrochimica Acta 2015. 95: 32-36.
7. S. JAYASEKERA. Electrokinetics to Modify Strength Characteristics of Soft Clayey Soils: A Laboratory Based Investigation / Applied Clay Science 2014.
8. Chang-Yu Ou, Shao-Chi Chien, Yi-Guang Wang. On the enhancement of electroosmotic soil improvement by the injection of saline solutions / Applied Clay Science - 2009. 44: 130-136.
9. W.S. Abdullah, A.M. Al-Abadi. Cationic - elec-trokinetic improvement of an expansive soil / Applied Clay Science 2010.47: 343-350.
10. Amir Hossein Vakili, Mohammad Kaedi, Mehdi Mokhberi, Mohamad Razip bin Selamat, Mahdi Salim. Treatment of highly dispersive clay by lignosulfonate
addition and electroosmosis application / Applied Clay Science 2018. 152: 1-8.
11. Little, D. N., Handbook for Stabilization of Pavement Subgrades and Base Courses with Lime, Kendall / Hunt Publishing Company, Dubuque, Iowa, 1995.
12. Lawrence W., Timothy Shevlin, Stave Tutokey, Joel Beeghly, The Effects of Various Lime Products for Soil Drying / Technical Report Carmeuse Lime Company 2007: 1-10.
13. Slobodchikova N. A. Nauchnye osnovy pod-bora sostava gruntov, ukreplennyh izvest'ju [Scientific foundations for the selection of the composition of soils fortified with lime] / Bulletin of Science and Education of the North-West of Russia 2017. 4: 1-7.
14. Samedov A.M. Ukreplenie pereuvlazhnennyh glinistyh gruntov molotoj negashjonoj izvest'ju ili zhzhe-noj magneziej [Strengthening waterlogged clayey soils with ground quicklime or burnt magnesia] // Bulletin of TulSU. Geosciences. 2012. 2: 162-170.
15. Emmanuel Sunday Ajayi. Improv Effect of Lime Variation on the Moisture Content and Dry Density of Lateritic Soil in Ilorin, Nigeria / Int. J. Forest, Soil and Erosion 2012 2 (4): 159-162.
16. S. T. Noor, R. Uddin. Effect of Lime Stabilization on the Alteration of Engineering Properties of Cohesive Soil / Springer Nature Singapore Pte Ltd 2019: 1257-1267.
17. H. Ranaivomanana, A. Razakamanantsoa, O. Amiri. Permeability Prediction of Soils Including Degree of Compaction and Microstructure / International Journal of Geomechanics - 2017: 17.
18. M. C. Wang, C. C. Huang. Soil Compaction and Permeability Prediction Models 1984: 1063-1083.
19. A. K. Singh, Ramvir Singh, Divyanshi Chaudhary. Heat conduction and moisture migration in unsaturated soils under temperature gradients / Pramana. 1989: 587-594.
20. Jan, Mohammad Ashraf, Walker, Richard D. EFFECT OF LIME, MOISTURE AND COMPACTION ON A CLAY SOIL / National Academy of Sciences 1963: 1-12.
21. A. Okeiyi, A.A. Amadi. Use of quick and hydrated lime in stabilization of lateritic soil: comparative analysis of laboratory data. / International Journal of Geo-Engineering. 2017. 8(3):1-13.
ВКЛАД СОАВТОРОВ
Алькаев Е.Н. Обоснование концепции исследования, планирование исследований, проведение сравнительного анализа, обобщение результатов исследования, формулировка выводов, работа с графическим материалом (65%).
Лунев А.А. Планирование исследований, обобщение результатов исследования, интерпретация результатов исследования, консультация по вопросам проведения испытаний, редактирование и переработка статьи (30%).
Голубенко В.В. Анализ и обобщение данных литературы, сбор и систематизация данных литературы; оформление статьи (5 %).
82
809
COAUTHORS' CONTRIBUTION
Evgeniy N. Alkaev justification of the research concept; research planning; comparative analysis; generalization of research results; statement of the conclusions; work with graphic material (65 %).
Alexander A. Lunev research planning; generalization of research results; interpretation of research results; consultation on testing issues; editing and revision of the article (30 %).
Vladimir V. Golubenko analysis and generalization of literature data, collection and systematization of literature data; article design (5 %).
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ
Алькаев Евгений Николаевич - аспирант кафедры «Проектирование дорог».
Лунёв Александр Александрович - канд. техн. наук, доц. кафедры «Проектирование дорог».
Голубенко Владимир Владимирович - канд. техн. наук, доц. кафедры «Проектирование дорог».
INFORMATION ABOUT THE AUTHERS
Evgeniy N. Alkaev - post-graduate student, the Road Design Department.
Alexander A. Lunev - Cand. Of Sci., Associate Professor of the Road Design Department.
Vladimir V. Golubenko - Cand. Of Sci., Associate Professor of the Road Design Department.
