Приложение Г
Методика водонасыщения образцов грунта обратным давлением
Цель водонасыщения заключается в растворении оставшегося воздуха в поровой воде. Наличие воздуха в порах образца грунта свидетельствует от том, что данный материал (грунт) является трехкомпонентной средой (твердые частицы, вода и воздух). Теоретические решения механики грунтов, применяемые сегодня, для описания процесса консолидации, получены для полностью водонасыщенных грунтов (грунтовая масса по Н.М.Герсеванову), рассматривая грунт двухкомпонентной средой (твердые частицы, вода). В связи с этим, для адекватного соответствия результатов испытаний теоретическим решениям и принято маловлажные образцы грунта полностью водонасыщать, исключая влияние газообразной составляющей на прочность и деформируемость грунтов. К тому же, испытания полностью водонасыщенных грунтов позволяют исключить возможное снижение прочности и возрастание деформируемости маловлажных грунтов при их последующем увлажнении при изменении уровня грунтовых вод.
Для водонасыщения образцов грунта используется метод обратного давления. Обратное давление это искусственно созданное поровое давление внутри образца грунта с целью растворения свободного воздуха в поровой воде. Обратное давление и давление в камере увеличивают одновременно, так чтобы возникающее эффективное давление не вызывало деформацию образца грунта. Обычно, давление в камере принимается на 5 кПа более порового давления, при данной разнице давлений образец грунта практически не деформируется. Обратное давление создается достаточно медленно, так чтобы возникающее избыточное поровое давление рассеивалось в образце грунта.
Для того чтобы оценить необходимое значение обратного давления, вначале определяется степень водонасыщения грунта в природном состоянии
 (1)
где:  - естественная влажность грунта;  - плотность частиц грунта;  - коэффициент пористости;  - плотность воды.
Обычно, если начальная степень водонасыщения находится в интервале от 0,65 до 0,9, то требуемое обратное давление, для достижения степени водонасыщения 0,95-0,98, может изменяться от 200 до 900 кПа.
При водонасыщении образцов грунта используется следующая процедура, которая выполняется после подготовки образца и установки его в одометр компрессионного прибора.
1 Заполнить камеру дегазированной водой исключая попадание воздуха внутрь камеры.
2 Водонасыщение – цель фазы водонасыщения заключается в заполнении всех пор образца водой без возникновения дополнительных напряжений в образце или набухания образца. Водонасыщение, выполняется создавая обратное давление в поровой воде образца для того, чтобы переместить воздух в раствор в процессе его водонасыщения. Следует заметить, что процесс растворения воздуха в воде зависит от времени и давления. Поэтому, необходимо максимально возможно удалить воздух из системы перед созданием обратного давления. Процесс водонасыщения с использованием дегазированной воды происходит быстрее, так как оставшийся воздух в образце и дренажной системе будет более легко переходить в раствор. Использование дегазированной воды уменьшает также время и величину обратного давления необходимого для водонасыщения.
3 Создание обратного давления – Одновременно увеличивают давление в камере и обратное давление ступенями при открытых дренажных кранах, так чтобы дегазированная вода из резервуара могла течь сверху и снизу образца. Для того, чтобы избежать нежелательное перенапряжение образца в процессе создания обратного давления, давление должно прикладываться приращениями с адекватным времен между приращениями позволяя стабилизироваться поровому давлению в образце грунта. Размер каждой ступени приращения давления может изменяться от 35 кПа до 140 кПа, в зависимости от величины требуемого эффективного давления и процента водонасыщения образца перед каждой ступенью приращения. Разница между давлением в камере и обратным давлением не должна превышать 35 кПа, если не требуется контроль набухания образца в течение процедуры. Разница между давлением в камере и обратным давлением должна также сохраняться в пределах  5%, когда давления возрастают и 2%, когда давления постоянны. Контроль стабилизации выполняют после создания приращения обратного давления или после создания полного значения обратного давления, закрыв дренажные краны и измеряя давление в поровой воде через 1 минуту. Если изменение в поровом давлении менее чем 5% разницы между обратным давление и давлением в камере, прикладывается другая ступень приращения обратного давления или выполняются измерения с целью определения параметра порового давления,  , (см. 4) и оценки степени водонасыщения. Образец считается водонасыщенным, если значение равно или более 0,95, или если остается неизменным при создании дополнительного приращения обратного давления.
4. Измерение параметра порового давления - . Значение параметра по-
рового давления выполняется в соответствии со следующей процедурой, используя выражение
 , (2)
где  - изменение порового давления в образце, которое является результатом изменения давления в камере, когда кран дренирования закрыт;  - изменение давления в камере.
4.1 Закрыть краны дренажа, записать значение порового давления и увеличить нормальное давление до 70 кПа.
4.2 После, примерно, 2 минут измерить и записать максимальное значение наведенного порового давления. Для многих образцов, поровое давление может уменьшаться после создания давления, а затем возрастать немного во времени. Если это встречается, то за окончательное значение принимается значение, стабилизированное во времени. Большое увеличение во времени или значение более, чем показывает на утечки жидкости из одометра. Уменьшение значений во времени может показывать на не герметичность измерительной системы порового давления, вне одометра.
Значение  рекомендуется прикладывать ступенями в 25 кПа для мягких грунтов и до 100 кПа для жестких грунтов. Значение должно быть измерено не позднее 2 минут после приложения ступени .
4.3 Вычислить значение используя выражение (1).
4.4 Уменьшить нормальное давление на 70 кПа или альтернативно, увеличить обратное давление на 70 кПа. Если продолжает возрастать с ростом обратного давления, продолжить водонасыщение. Если равно или более 0,95 или если график «- обратное давление» не показывает дальнейшего увеличения с ростом обратного давления, то переходят к процедуре консолидации образца.
|
