CC BY
12УДК 625.76.031
STUDYING THE EFFECT OF CAPILLARY MOISTENING ON THE DENSITY OF DISPERSED SOILS DURING THE CONSTRUCTION OF TRANSPORT FACILITIES
Abdubakiy KAYUMOV, Doctor of Technical sciences, professor Rashidbek HUDAYKULOV*, PhD, docent Dilfuza MAKHMUDOVA, PhD
Tashkent State University of Transport 1, Adilkhozhaev str., Tashkent, 100167, Uzbekistan Tel.: +99890 959-02-08 *E-mail: Rashidbek 19 87@mail.ru
Abstract: The growth of intensity, carrying capacity of vehicles, the speed of movement of cars and trains imposes increased requirements on transport structures. This article presents the results of observations of the effect of capillary moisture on the dynamics of the density of dispersed, in particular saline and loess soils in the canvas of a transport structure.
Keywords: Transport facilities, saline soils, stability, durability, road bed, compaction, optimum humidity, maximum density, capillary moistening.
ТРАНСПОРТ ИНШООТЛАРИ ЦУРИЛИШИДА ДИСПЕРС ГРУНТЛАРНИ НАМЛАНИШИ ОЦИБАТИДА ЗИЧЛИГИГА ТАЪСИРИНИ УРГАНИШ
Абдубакий КАЮМОВ, техника фанлари доктори, профессор
Рашидбек ХУДАЙ^УЛОВ*, т.ф.н., доцент
Дилфуза МАХМУДОВА, т.ф.н.
Тошкент давлат транспорт университети
100167, Узбекистан, Тошкент, Одилдужаев куч., 1
Тел.: +99890 959-02-08
*E-mail: Rashidbek 19 87@mail.ru
Аннотация. Магистралларнинг йул тузилмалари мустадкамлигига булган талаблар уларнинг тармогини ривожлантириш, автоулов паркини ва транспорт воситаларини ташиш кобилиятини ошириш туфайли доимий равишда усиб бормокда. Субград мадаллий даштлардан, хусусан, кенг таркалган лоесс тупрокларидан тукилган. Бушашган тупрокларнинг, айникса шурланган тупрокларнинг намланиши уларнинг чидамлилигига таъсир килади. Ушбу маколада транспорт тузилмасидаги шур ва боткок тупроклар зичлиги динамикасига капилляр намликнинг таъсирини кузатиш натижалари келтирилган.
Калит сузлар: транспорт тузилмалари, шурланган тупроклар, баркарорлик, кучлилик, субградация, сикиш, тегмаслик намлик, максимал зичлик, капилляр намлик.
ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ КАПИЛЛЯРНОГО УВЛАЖНЕНИЯ НА ПЛОТНОСТЬ ДИСПЕРСНЫХ ГРУНТОВ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ ТРАНСПОРТНЫХ СООРУЖЕНИЙ
Абдубакий КАЮМОВ, д.т.н., профессор Рашидбек ХУДАЙКУЛОВ*, PhD, доцент Дилфуза МАХМУДОВА, PhD
Ташкентский Государственный Университет транспорта 100167. Узбекистан, Ташкент, ул. Адилхожаева, 1 Тел.: +99890 959-02-08 *E-mail: Rashidbek_19_87@mail.ru
Аннотация. Требования к прочности дорожных конструкций автомобильных дорог постоянно возрастает в связи с развитием их сети, увеличением автомобильного парка и грузоподъемности автомобилей. Земляное полотно отсыпается из местных грунтов, в частности лессовых, которые встречаются часто. Увлажнение лессовых грунтов, особенно засоленных влияет на их несущую способность. В настоящей статье излагаются результаты наблюдений влияния капиллярного увлажнения на динамику плотности засоленных и лёссовых грунтов в полотне транспортного сооружения.
Ключевые слова: транспортные сооружения, засоленные грунты, устойчивость, прочность, земляное полотно, уплотнение, оптимальная влажность, максимальная плотность, капиллярное увлажнение.
1. ВВЕДЕНИЕ
Рост интенсивности, грузоподъемности транспортных средств, скорости движения автомобилей и поездов предъявляет к транспортным сооружениям повышенные требования. В частности, большое значение приобретает ровность поверхности дорожных покрытий. В настоящее время дорожное строительство развивается в направлении увеличения прочности и долговечности дорог, что обуславливает применение для устройства дорожных одежд дорогостоящих материалов и усложняет технологию. Однако вложенные средства и затраченные усилия оказываются напрасными, если земляное полотно недостаточно устойчиво. В этих случаях быстро утрачивается также и приданная в процессе строительства ровность дорожного покрытия. Поэтому в условиях современного строительства устройству прочного и устойчивого земляного полотна, являющегося фундаментом транспортного сооружения, уделяется особенно большое внимание.
Одним из важнейших мероприятий, обеспечивающим устойчивость транспортного сооружения, в том числе земляного полотна, является уплотнение. От степени уплотнения грунта земляного полотна во многом зависит и состояние дороги. Плотность грунта непосредственно влияет на водно-тепловой режим земляного полотна и прочность грунтового основания [1].
2. МЕТОД ИССЛЕДОВАНИЯ
Многолетние наблюдения в полевых условиях на автомобильных дорогах (табл.1), такие как «4Р33 Даштобод - Найман (Гулистон - Гагарин, 20 км)», «4Р161Ургенч-Чалиш-Беруний - Бустан, 15-16 км», «М-37 Самарканд - Туркманбоши (участок Бухара - Жондор, 10-22 км)» (рис.1), «М-39 Алмата - Бишкент-Ташкент -Термез (участок Каган-Караулбазар, 9-22 км и Бухара-Каган, 5-9 км )», «4Р175Халкабад-Кегейли, 3 и 5 км (рис.2); «Нукус - Халкабад 20,3 км»; «Чимбай - Тахта - Купыр», 7,2 км; «Ходжейли - Шуманай, 5,1 км»; «Халкабад - Чимбай, 14,8 км» и многочисленные лабораторные опыты показывают, что при высокой степени уплотнения грунтов перемещение влаги резко замедляется в связи с блокировкой пор грунта пленками связанной воды.
Рис. 1. Участок автомобильной дороги Рис. 2. Участок автомобильной дороги Халкабад-
Бухара-Жондор, 22км Кегейли, 3 км
В результате уплотнения грунтов повышается их водоустойчивость, снижается водопроницаемость и высота капиллярного подъема воды [2-5]. Скорость передвижения и высота подъема капиллярной воды в уплотненных грунтах исследовались Безруком В.М. [6]. Опыты, проводившиеся с глиной, суглинком и супесью, показали, что при оптимальной влажности и максимальной плотности (стандартное уплотнение) капиллярное передвижение воды почти прекращается. И.А. Носич, исследовавший водоустойчивость пылеватых черноземных грунтов различной влажности и плотности, уплотненных эффективным количеством ударов стандартной гири, а также время и степень возможного увлажнения земляного полотна из боковых канав, пришел также к выводу, что наибольшей водоустойчивостью обладают грунты, уплотненные при оптимальной влажности до стандартной плотности [7].
Лабораторными исследованиями [8], произведенными с грунтами разного гранулометрического состава и генезиса, было доказано, что грунты стандартного уплотнения не только в минимальной степени увлажняются, но и в случае затопления водой требуется наиболее длительный срок для их промокания и разрушения.
Степень же разуплотнения оказалась тем больше, чем больше отличалась влажность формирования от оптимальной влажности. Результаты этих лабораторных исследований указывают на то, что с точки зрения обеспечения устойчивости и следовательно, стабильной прочности уплотненных грунтов следует стремиться к стандартному уплотнению в лабораториях и к уплотнению катками в производственных условиях.
Узбекистан, где промерзание отсутствует или оно незначительно, этого явления не наблюдается [9]. Разуплотнения грунтов земляного полотна происходит, главным образом, под действием грунтовых вод (рис. 3). Грунтовые воды питаются за счет просачивания через толщу грунтов части атмосферных осадков и
оросительных вод. При близком залегании грунтовые воды могут выклиниваться непосредственно на поверхность земли или подтягиваться к верхним слоям земляного полотна в силу капиллярного поднятия.
Таблица 1
Характеристика участков наблюдений__
№ Дорога Км Категория Тип местности по условиям увлажнения Глубина залегания грунтовых Высота насыпи [м] Состояние земляного
дороги вод от дна корыта [м] полотна
Халкабад-
Кегейли Устойчивое, осадков
1 поперечник 1 3 II 3 >3,0 1,2-1,5 нет. Оползания
Халкабад-Кегейли откосов и обочин нет, размывов не
поперечник 2 0,5 II 3 >3,0 1,5 наблюдалось
Устойчивое,
2 Нукус-Халкабад 20,3 II 3 >3,2 1,2-1,5 оползание откосов и размыва обочин не наблюдается.
Устойчивое,
3 Чимбай-Тахта- 7,2 II 3 >2,5 0,3 оползания откосов и
Купир размыв обочин не наблюдается.
Устойчивое, осадков
4 Ходжейли-Шуманай 5,1 II 3 >2,5 1,2-1,5 нет. Оползание откосов на обочине нет, размывов не наблюдалось.
5 Халкабад-Чимбай 14,8 II 3 >2,0 0,8-1,0 Устойчивое, осадков нет.
Для расчета возвышения низа дорожной одежды предлагаем метод, основанный на следующих предпосылках. При возведении полотна на местности с близким уровнем грунтовых вод в грунте возникает градиент влажности. Вследствие колебания уровня грунтовых вод минимальный градиент, а следовательно, и кривая влажности грунта в слое Ие изменяются (рис.3).
Рис. 3. Расчётная схема - конструктивных решений дорожной насыпи: - начальная влажность, равная оптимальной влажности при уплотнении грунта земляного полотна, %;
№рсс - расчетная влажность, %;
Штек - влажность при текучести грунта, %;
2а - активная зона, м.
НР - расстояние от уровня поверхности грунтовых вод до поверхности земли, м;
ИВ - растояние от поверхности грунтовых вод до низа дорожной одежды, м;
НБ - расстояние от поверхности земли до бровки земляного полотна, м;
Но - толщина дорожной одежды; по- ширина обочины, м;
I - уклон обочены;
УГВ - уровень грунтовых вод.
В рассматриваемых районах минимальный градиент Жо-Ж1 соответствует концу теплого периода с максимальной глубиной расположения грунтовых вод. Вследствие осадков, выпадающих в осенние и зимние периоды, и уменьшения интенсивности испарения с поверхности уровень грунтовых вод повышается и влажность в слое Ие постепенно возрастает.
При наличии градиента влажности образуется поток снизу вверх двухфазной влаги: жидко образной (капиллярной и пленочной) и парообразной. Миграция влаги существенно зависит от влагопроводности
грунта. Поскольку полотно не промерзает и градиент температуры в слое Ие относительно мал, то интенсивность миграции влаги вследствие термовлагопроводности незначительна и ею можно пренебречь. Из верхней части полотна влага удаляется в атмосферу вследствие диффузии пара через слои дорожной одежды, которые, включая даже асфальтобетонное и цементобетонное покрытие, являются воздухо и паропроницаемыми. При этом убыль влаги в пленках восполняется мигрирующей снизу двухфазной влагой.
Для этих предпосылок, подтвержденных экспериментально, дифференциальное уравнение изменения влажности грунта W в слое Ие вследствие миграции двухфазной влаги имеет следующий вид:
дЖ , д2Ж
дТ аж дZ2
где Т - время, ч;
,1
^ж - коэффициент влагопроводности при миграции двухфазной влаги, равный
а
аж =
1 - 8
(2)
аж - коэффициент влагопроводности при миграции жидкой фазы влаги, м2/ч;
е - безразмерный критерий фазового перехода водяного пара в жидкую фазу. Критерий е вычисляется экспериментально или рассчитывается по формуле:
4и
8 = ■
4ж + 4и
(3)
где дП - плотность потока ненасыщенного водяного пара; д-ж - плотность потока жидкой фазы. В начальный момент при низком уровне грунтовых вод влажность в слое Ив увеличивается с глубиною. По мере поднятия уровня грунтовых вод влажность на нижней границе слоя Ив возрастает пропорционально времени. На верхней границе этого слоя влажность сохраняется постоянной или изменяется в очень узком интервале, что достигается регулированием величины Ив.
Имея в виду такой влагообмен, краевые условия для уравнения (1) можно представить следующим образом:
начальные, при Т=0; граничные, при 2=0,
Ж (г,0) = Ж1 + -
Жо -Ж
К
Ж(О,Т) = Ж;
(4)
(5)
при 2=Нъ,
Ж(НВ,Т) = Жо + тТ;
(6)
где: Ж1, - влажность на верхней и нижней границах слоя Не;
т - коэффициент, характеризующий интенсивность нарастания влажности во времени на нижней границе слоя йв, 1/ч. Применим преобразование Лапласа к функции Ш(2, Т).
Тогда
Имея в виду (1) и (6),
дЖ - - Ж-Ж
■ - Р Ж (г, Р) - Ж (г,0) = Р Ж (г, Р) -Ж1 - Жо-Ж.2
дТ
К
Преобразуем
рж-ж
й2 Ж Р
Ж0-ж 1 йЖ
--0-1 г = а—-
К
ж
йг2
йг2
Ж Ж-Ж
-Рж=-Ж-- Ж° -1 г.
а
ж
а
ж
ажКв
Решение (9) дает следующее выражение
Ж-Ж Ж(г,Т) = Ж + Ж г + т
+ -
2 тИ1 ^ (-1)
% а
ж п=1
п
Кв
п+1 С
ехр
Т гК - г О К
6Ива1ж
+
\
%п ажТ
Бт-
%пг
К
(7)
(8)
(9)
(10)
Проверка (10) показывает, что это уравнение удовлетворяет начальным и граничным условиям (4)-(6). Проверка размерностей показывает также правильность формулы.
Уравнение (10) описывает влагообмен во времени и по глубине в слое Ие. Со временем в слое Ие на различные моменты Т устанавливается определенное распределение влажности. Для обеспечения устойчивости земляного полотна возрастание влажности Ш^,Т)во времени должно быть ограничено некоторым допустимым значением Если Ш^,ТР)<Шг, то обеспечивается требуемая прочность грунтов полотна активной зоне z.
Очевидно, если в слое z будет обеспечена расчетная прочность ЕР, то, зная ЕР, можно определить и Таким образом, если в активной зоне z ограничить влажность грунта расчетным значением ШР,
то при этих условиях обеспечивается требуемая устойчивость дорожной конструкции.
Для решения этой задачи воспользуемся уравнением (10), которое предварительно проанализируем. Знакочередующийся ряд (последний член уравнения) (10) является быстросходящимся и вносит лишь небольшую поправку в величину влажности, уменьшая ее значение на 0,001-0,003. Эта поправка
стремится к нулю при увеличь времени Т. Уже при Т=2000 ч величина поправки за счет членов ряда близка к 0,005; при Т=3000 ч вносится поправка в Т)в четвертый знак - 0,001.
Поскольку при решении поставленной задачи время Т=ТР и равно нескольким месяцам (3-5), то формула (10) для расчета процесса влагообмена в полотне при увлажнении грунтовой водой может быть представлена в виде:
Щ(г,Тр) = Щ + + Щ 2 + т
К
в
гТр г(К - г2)
"К
в
6КваЖ
(11)
Согласно предпосылкам Ш^, ТР)=ШР из уравнения (11) находим величину возвышения низа одежды над расчетным горизонтом грунтовых вод
К =
Ъа\
Ж
тг
IV
(Жр-Ж)2 +
4тг
6аЖ
(Щ° - Щ )г + тгТР +
тг
6аЖ
- (Щр-Щ)!
(12)
где - расчетная влажность, доли единицы;
ТР - расчетная продолжительность стояния максимального горизонта грунтовых вод, ч; Wo - влажность грунта в слое, расположенном непосредственно над зеркалом грунтовых рассчитывается в зависимости от значения плотности грунта д и удельного веса грунта Д по формуле:
вод,
Щ° =
А-5
Л5
(13)
При использовании уравнения (12) для практических расчетов можно принимать Шо= Шт, т = 10-51/ч. Поскольку уравнение (12) получено для незасоленных грунтов, для засоленных грунтов в зависимости от количества и качества солей уравнение имеет следующий вид:
ЭКа*
Кв =:
•*ж
тг
(Щр -Щ)2 +
4тг
6аЖ
(Щ° -Щ )г + тгТр +
тг
6аЖ
- (Щр-Щ)!
(14)
где К - поправочный коэффициент, учитывающий степени и виды засоления, который колеблется в пределах 1,0^1,5.
На прочность транспортного сооружения также влияют динамические нагрузки, которые прикладываются на грунт транспортного сооружения от движущихся транспортных средств. Изучения сдвигоустойчивости грунтов, подстилающих дорожную одежду, под воздействием кратковременных и многократно прикладываемых нагрузок показывают, что прочностные характеристики грунтов сцепление С и угол внутреннего трения ф зависят от многочисленных факторов, прежде всего от интенсивности и режима действия, напряженного состояния, состояния грунтов по влажности и плотности, вида грунтов, структурных особенностей [10]. Эти зависимости можно выразить в следующем виде:
С,ф = / (КуД,,Щр/р),
(15)
где: КУ - коэффициент уплотнения;
Ар - количество приложения нагрузки; - расчетная влажность грунтов; /р - число пластичности.
При натурном исследовании на опытном участке были сопоставлены плотности лессовых грунтов земляного полотна, достигнутые при строительстве, с плотностью определенные после 15 лет его эксплуатации. Эти исследования показывают, что коэффициент уплотнения практически является стабильным показателем и не изменяется во времени, но с увеличением числа приложений нагрузок в равных условиях, т.е. в одинаковой плотности и влажности уменьшаются значения угла внутреннего трения и удельное сцепление.
3. РЕЗУЛЬТАТЫ РЕШЕНИЯ
При близком залегании грунтовых вод искусственная уплотненность грунтов во многих случаях не является долговечной. Разуплотнение земляного полотна капиллярными грунтовыми водами, как правило,
наблюдается и в районах, где оно построено из сильнозасоленных грунтов. Повышение влажности грунтов земляного полотна выше оптимальной вызывает уменьшение их плотности.
Учитывая существующие представления о природе разуплотнения грунтов в условиях Узбекистана, необходимо было экспериментально проверить на искусственно засоленных грунтах влияние капиллярного увлажнения.
В настоящей статье излагаются результаты наблюдений влияния капиллярного увлажнения на динамику плотности засоленных грунтов.
При проведении соответствующих опытов необходимо было установить: при каком расстоянии уплотненного слоя от воды плотность уменьшается, насколько и в каких грунтах; выявить зависимость капиллярного поднятия от плотности грунтов; можно ли уменьшить высоту насыпи за счет повышенной плотности и сохранится ли она.
Определение степени и характера разуплотнения различно засоленных грунтов производилось в металлических колонках, составляемых из отдельных колец высотою 10 см и диаметром 9,5 см. Серия опытов проводилась при 0,96; 0,98; 1,00 и 1,02 от максимальной плотности и оптимальной влажности с различно-засоленными грунтами, как в качественном, так и в количественном отношениях, т.е. в следующих вариантах:
Контроль - незасоленная тяжелая пылеватая супесь.
Тяжелая пылевая супесь + 5% №2804;
" " " +5% №С1;
" " " +2,5% №2804 +2,5% №С1;
" " " +1% №2804 +4% №С1;
" " " +1% Na2S04.
Указанные варианты искусственного засоления были взяты из тех соображений, что в природных условиях Узбекистана чаще всего встречаются сильнозасоленные и избыточно-засоленные грунты сульфатного и хлоридно-сульфатного характера засоления.
Подготовка грунта к опытам состояла в том, что незасоленная тяжелая пылеватая супесь размельчалась деревянным пестиком и просеивалась через сито 1 мм, затем, подготовленный таким образом, грунт засолялся. Соли вносились в воздушно-сухой грунт в виде растворов. После высушивания на воздухе засоленные грунтовые смеси растирались и просеивались через сито 1 мм. Для всех серий опытов засоленный грунт предварительно замачивался. Загрузка колонок засоленным грунтом производилась при оптимальной влажности, предварительно установленной по методу стандартного уплотнения.
Подготовленный грунт насыпался в металлический цилиндр примерно на 1/3 высоты и уплотнялся грузом 2,5 кг, падающим с высоты 30 см. Уплотнение производилось в 3 слоя, причем каждый слой уплотнялся ударами груза в количестве 1/3 от общего числа ударов, назначенного для уплотнения (для глинистых грунтов -120).
После того, как металлический цилиндр был заполнен уплотненным грунтом, навинчивался следующий цилиндр и грунт уплотнялся таким же способом как в предыдущем.
Непрерывность грунтового столба обеспечивалась тем, что перед уплотнением следующего слоя предыдущий слой разрыхлялся на 0,5 см.
Для первой серии опытов верхние и нижние кольца каждой колонки загружались незасоленной тяжелой пылеватой супесью, уплотненной до 0,6-0,7 от максимальной плотности. Верхние кольца для уменьшения испарения дополнительно закрывались заслоном.
Уплотненные таким образом грунты в колонки нижними концами помещались в сосуды с водой. Увлажнение производилось через сетчатое дно. Диаметр отверстий - 1 мм. Для предотвращения вымыва грунта из колонок на сетчатое дно помещался бумажный фильтр.
Разгрузка колонок производилась через 30, 50, 75, 120, 135 и 240 дней. При разгрузке в каждом кольце определялись объемный вес, влажность, опробование ударником ДорНИИ и отбирались образцы для производства химических анализов с целью изучения количественного состава солей после капиллярного увлажнения грунтов. Лабораторные опыты проводились в условиях положительных температур, считая, что в условиях Узбекистана промерзание грунтов незначительное и не оказывает влияния на плотность грунта активного слоя.
Для лабораторных опытов была взята тяжелая пылеватая супесь. Содержание карбонатов в грунте достигает 22%. По содержанию легкорастворимых солей грунт следует считать незасоленным.
4. ОБСУЖДЕНИЕ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ
Анализируя результаты серии опытов можно заметить, что в колонках загруженных незасоленной тяжелой пылеватой супесью, наибольшее изменение влажности произошло в нижнем горизонте (9-19), считая от уровня воды, объемный вес в этом же горизонте изменился на 2-3%. Наибольшая высота капиллярного подъема влаги наблюдалась за период 240 дневного увлажнения (30 см). В вышележащих горизонтах влажность не изменялась и объемный вес остался равным максимальному, полученному в приборе стандартного уплотнения.
Результаты наблюдений за распределением влажности в грунтах, уплотненных при оптимальной влажности до максимальной плотности показали, что капиллярное передвижение воды происходит очень медленно или почти совсем прекращается. Как указывает В.М.Безрук, при оптимальной влажности и максимальной плотности поры заполнены физически связанной водой. Отсутствие свободного объема пор препятствует передвижению капиллярной воды, в результате чего наблюдается стабильное состояние
влажности даже после длительного капиллярного увлажнения. В опыте с незасоленной тяжелой пылеватой супесью за 240 дней капиллярного увлажнения произошло изменение влажности на горизонте 19-29 всего лишь на 1,7%.
В колонке, загруженной тяжелой пылеватой супесью, которая содержит 1% Na2SO4, после 240 дневного капиллярного увлажнения не произошло изменения влажности, а следовательно, и объемного веса. Среднезасоленный грунт ведет себя аналогично незасоленной тяжелой пылеватой супеси. Существенное изменение влажности и объемного веса грунтов произошло в опытных колонках с 5% Na2SO4. Влажность избыточно засоленного грунта уже после 30 дневного увлажнения изменилась на 5%, а объемный вес - 4%. Через 240 дней капиллярного увлажнения произошло изменение влажности на высоту 60 см с уменьшением объемного веса, т.е. произошло частично разуплотнение на всю высоту колонки. Объемный вес снизился с 1,76 до 1,66 г/см3 и опробование ударов ударником ДорНИИ показало низкую прочность. Не изменилась влажность и плотность в колонках, загруженных тяжелой пылеватой супесью с 5% NaCl за весь период наблюдений.
Рассматривая состояние влажности по различным срокам, при интенсивном капиллярном увлажнении максимально уплотненных при оптимальной влажности грунтов, содержащих 2,5% Na2SO4+2,5% NaCl и 1% Na2CO3+4% NaCl, можно сказать, что практически улавливаемых изменений влажности и плотности в течение 240 дней не произошло.
Проведенные опыты капиллярного увлажнения различно засоленных грунтов показали, что наибольшее разуплотнение произошло в колонке с грунтом, содержащим 5% Na2SO4. Это можно объяснить тем, что при избыточном сульфатно-натриевом засолении (5% Na2SO4) часть соли будет находиться в растворенном состоянии, а часть - в кристаллическом. В данном случае при растворимости Na2SO4=16,1%, в оптимальной влажности, соответствующей 15,59% растворится 2,5 г Na2SO4. А, если учесть, что часть воды будет находиться в связанном состоянии, обладающая меньшей способностью растворять соли [7], то солей в кристаллическом состоянии будет значительно больше.
При капиллярном увлажнении избыточно-засоленных грунтов капиллярная вода, прокинув в поры грунта растворяет не растворившиеся при оптимальной влажности кристаллы соли сернокислого натрия. В этом случае растворение соли могут вызвать разуплотнение грунта.
Освобождение пор при растворении и вымывании соли из грунта является причиной отмеченного в опытах увеличения влажности и снижения объемного веса грунта. В данном случае разуплотнение выражается в уменьшении объемного веса против максимального.
Избыточно засоленные грунты, содержащие 5% Na2SO4, при капиллярном увлажнении за 240 дней разуплотнились на высоту 50 см от горизонта воды примерно на 7%.
В колонках, заполненных грунтами, содержащими 5% NaCl и 2,5% Na2SO4 + 2,5 NaCl, также происходила миграция солей, но изменение концентрации солей не отразилось на величине объемного веса. В данном случае это объясняется тем, что при таком качественном засолении суммарное содержание солей не превышает такого количества, которое способно раствориться в объеме воды, соответствующем оптимальной влажности при максимальной плотности грунта.
5. ВЫВОДЫ
Исследования, проведенные с засоленными грунтами в условиях интенсивного капиллярного увлажнения, позволяют сделать следующие выводы:
1. Характер и степень разуплотнения грунтов в условиях интенсивного капиллярного увлажнения зависит преимущественно от степени предварительного уплотнения и характера засоления.
2. Чем больше плотность грунта приближается к максимальной плотности, тем меньше высота капиллярного поднятия воды.
3. Избыточно засоленные грунты, с сульфатным характером засоления, при капиллярном увлажнении разуплотнились в течение 240 дней на высоту 60 см. Влажность увеличилась на 7%, плотность уменьшалась на 5-7% за 120 дней капиллярного увлажнения при плотности 0,98 на высоту 20 см, при плотности 0,96 - на высоту 20 см.
4. Сильнозасоленные грунты, с хлоридным характером засоления, за период 120 дневного капиллярного увлажнения разуплотнились на высоту 40 см при плотности 0,98 и на высоту 60 см при плотности 0,96.
5. Грунты, содержащие 2,5% Na2SO4+2,5% NaCl, уплотненные до 0,96 при оптимальной влажности за 130 дней капиллярного увлажнения разуплотнились на высоту 40 см, считая от уровня воды.
6. Не подвергаются разуплотнению грунты, у которых все соли при оптимальной влажности и максимальной плотности находятся в растворенном состоянии.
7. Грунты, у которых оптимальная влажность равна максимальной молекулярной влагоемкости, так же не подвергаются разуплотнению.
8. При возведении земляного полотна из избыточно-засоленных грунтов необходимо, чтобы коэффициент уплотнения был не ниже 0,98.
9. При коэффициенте уплотнения 1,00-1,02 земляного полотна транспортного сооружения, отсыпанного из избыточно засоленных грунтов, возможно уменьшить высоту насыпи против нормативного на 0,3 метра.
ЛИТЕРАТУРА
1. ШНК. 2.05.02-07 Автомобильные дороги. Нормы проектирования. Ташкент, 2007. 89 с. [In Russian:
Standards andRules of City building. 2.05.02-07Automobile roads. Design standards. Tashkent, 2007].
2. Guideline on the Use of Sand in Road Construction in the SADC Region AFCAP/GEN/028/C. 2013, 81 р.
3. Water in Road Structures: Movement, Drainage & Effects (Geotechnical, Geological and earthquake engineering). Editors: Dawson, Andrew (Ed.) University of Nottingham, UK. 2008, 436 р.
4. Experimental Investigation of Water Migration Characteristics for Saline Soil. Pol. J. Environ. Stud. Vol. 28, No. 3 (2019), pp.1495-1505.
5. Zhang X., Wang Q., Wang G., Wang W., Chen H., Zhang Z. A Study on the Coupled Model of Hydrothermal-Salt for Saturated Freezing Salinized Soil. Mathematical Problems in Engineering, 2, 1, 2017.
6. Худайкулов Р.М. «Обоснование расчетных характеристик засоленных грунтов насыпей земляного полотна». Диссертация на доктора философии (PhD) по техническим наукам. - Ташкент. 2018 г., 134 с. [In Russian: Khudaykulov, R.M. (2018) Justification of the design characteristics of saline soils of the subgrade. Thesis on the Doctor of Philosophy (PhD) on technical sciences. Tashkent].
7. Scientific and technical report on "Assesing the impact of water-salt regime of soil on the basis of transport facilities and development of sustainable constructions in Uzbekistan'. Tashkent Automobile Roads Institute (TARI), Tashkent, 2014. 154 p.
8. Hall, K.T. & Crovetti, J.A., 2007, "Effects of Subsurface Drainage on Pavement Performance, Analysis of the SPS-1 and SPS-2 Field Sections", NCHRP Report 583, Transportation Research Board, Washington, DC, 92pp. & Annexes.
9. Kayumov, A.D. & Agzamov, I.A. & Hudaykulov, R.M. The saline soil road upper. Tashkent 2013.130 p.
10. Каюмов А.Д., Махмудова Д.А., Худайкулов Р.М. Поведение лессовых грунтов. Журнал Автомобильные дороги. Москва. 2014 г, № 06 (991). 93-94 с.[ In Russian: Kayumov, A.D., Makhmudova, D.A., Khudaykulov, R.M. (2014) Behavior of loess soils/ Journal of Highways. Moscow].
