Способ определения максимально возможной высоты капиллярного поднятия воды в грунте

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МАКСИМАЛЬНО ВОЗМОЖНОЙ ВЫСОТЫ КАПИЛЛЯРНОГО ПОДНЯТИЯ ВОДЫ В ГРУНТЕ(71) Заявитель Республиканское дочернее унитарное предприятие Белорусский дорожный научно-исследовательский институт БелдорНИИ(72) Автор Яромко Вячеслав Николаевич(73) Патентообладатель Республиканское дочернее унитарное предприятие Белорусский дорожный научно-исследовательский институт БелдорНИИ(57) Способ определения максимально возможной высоты капиллярного поднятия воды в грунте, в котором измеряют высоту поднятия воды в заполненной грунтом прозрачной,например стеклянной, трубке через заданные промежутки времени, строят после каждого очередного измерения с учетом предыдущих измерений графическую зависимость величины /, соответствующей обратной величине скорости поднятия воды на высоту , от времени поднятия , аппроксимируют построенную зависимость прямой линией, рассчитывают тангенс угла наклона этой линии к осии производят указанные выше операции до тех пор, пока величина приращения тангенса угла наклона после каждого измерения не станет равной нулю, после чего в качестве искомой высоты капиллярного поднятия принимают величину, обратную расчетному неизменному значению тангенса угла наклона. Изобретение относится к испытаниям грунтов, а именно к определению высоты капиллярного поднятия воды в грунтах. Вода, содержащаяся в капиллярных порах грунта, передвигается под влиянием подъемной силы, которая является следствием поверхностного натяжения, развивающегося в вогнутом мениске воды на границе раздела вода-воздух. При строительстве дорог капиллярная вода увлажняет полотно дороги и нередко вызывает при замерзании образование пучин, разрушающих дорожное полотно. Для проектирования мероприятий по защите полотна дороги надо знать максимальную (конечную) высоту капиллярного поднятия воды. Высота капиллярного поднятия воды может быть определена в лабораторных условиях путем непосредственного измерения высоты поднятия капиллярной воды в стеклянных трубках, заполненных изучаемым грунтом, либо в специальных приборах - капилляримет 13819 1 2010.12.30 рах 1. Высота капиллярного поднятия может быть определена также путем непосредственных наблюдений за увлажнением породы выше уровня грунтовых вод в шурфах, канавах, расчистках и других выработках. Наиболее близким к заявляемому является способ определения высоты капиллярного поднятия воды в лабораторных условиях путем непосредственного измерения высоты поднятия капиллярной воды в стеклянных трубках, заполненных изучаемым грунтом 1. Недостатками этого способа являются громоздкость оборудования и длительная продолжительность опыта (1 месяц и более) при исследовании мелкозернистых грунтов (для таких грунтов требуются очень длинные трубки и большое количество грунта). Задача изобретения - снижение трудоемкости и сокращение сроков проведения испытаний. Решаемая задача достигается тем, что в способе определения высоты капиллярного поднятия воды в грунтах, включающем измерения высоты поднятия воды в заполненной грунтом прозрачной, например стеклянной, трубке через заданные промежутки времени,строят после каждого очередного измерения с учетом предыдущих измерений графическую зависимость величины /, соответствующей обратной величине скорости поднятия воды на высоту , от времени поднятия , аппроксимируют построенную зависимость прямой линией, рассчитывают тангенс угла наклона этой линии к осии производят указанные действия до тех пор, пока величина приращения тангенса угла наклона не станет равной нулю, после чего в качестве искомой высоты капиллярного поднятия принимают величину, обратную расчетному неизменному значению тангенса угла наклона. Способ определения высоты капиллярного поднятия воды в грунтах осуществляют следующим образом. Стеклянную трубку диаметром 2-3 см и высотой 0,5-1,0 м, с одного конца обвязанную марлей, наполняют через воронку грунтом, слегка утрамбовывая последний легким постукиванием по трубке резиновым пестиком и концом трубки об упругую подушку. Наполненную грунтом трубку укрепляют на штативе, опустив нижний конец ее в воду на 0,5-1,0 см. Указанный уровень воды поддерживают в течение всего опыта. Начальный (нулевой) отсчет времени и уровня воды в трубке берут с момента погружения нижнего конца трубки в воду. Отсчет высоты поднятия воды в трубке ведут от поверхности воды. Положение уровня воды в грунте отмечают по окраске грунта (грунт, смоченный водой имеет более темный цвет) через 5, 10, 15, 20, 25, 30, 40, 50, 60, 80, 160, 320 мин, а затем через часовые и суточные промежутки. После проведения не менее 7-10 измерений высоты подъема воды в грунте строят график в координатах /-, через полученные точки проводят прямую (по методу наименьших квадратов) и определяют из графика тангенс угла наклона прямой к оси(см. график). После каждого последующего измерения (с учетом этого и предыдущих измерений) строят новые графики в координатах /-, определяют из графиков тангенс угла наклона прямой к оси . Измерения выполняют до тех пор, пока приращение тангенса угла наклона прямой к осине станет равно нулю. Для полученного расчетного значения тангенса угла наклона прямой к осивычисляют конечную высоту поднятия воды в грунте, которая равна обратной величине тангенса угла наклона. Пример конкретного выполнения Экспериментальная проверка предлагаемого способа проведена в лабораторных условиях с песком пылеватым. Грунт уложен в стеклянную трубку диаметром 3 см, высотой 50 см. Трубка закреплена на штативе, нижний конец трубки обвязан марлей и погружен в воду. Измерения высоты поднятия воды производили через 5, 10, 15, 20, 25, 30, 40, 50, 60,90, 120, 150, 180, 240, 300, 360, 144018720 минут (табл. 1), т.е. в течение 14 сут. 2, мм 10 0,4251 23,5 15 0,4386 34,2 20 0,4521 44,2 25 0,4656 53,7 30 0,4791 62,6 40 0,5061 79,0 50 0,5331 93,8 60 0,5601 107,1 90 0,6411 140,4 120 0,7221 166,2 150 0,8031 186,8 180 0,8841 203,6 240 1,0461 229,4 300 1,2081 248,3 360 1,3701 262,8 1440 4,2861 336,0 2880 8,1741 352,3 4320 12,0621 358,1 7200 19,8381 362,9 11520 31,5021 365,7 18720 50,9421 367,5 По данным измерений строили графики в координатах /- (см. график) и методом наименьших квадратов определяли тангенс угла наклона прямой к оси . Результаты вычислений приведены в табл. 2. Таблица 2 Тангенс угла Величина приращения тангенса угла наклона наклона К, мин прямой к К,оси , 1/мм 60 0,0022 90 0,0027 0,0027-0,00220,0005 120 0,0027 0,0027-0,00270 150 0,0027 0,0027-0,00270 Из таблицы видно, что стабилизация скорости поднятия воды в трубке (К 0) наступила через 120 мин после начала опыта при значении тангенса угла наклона прямой к осиК 0,0027. Следовательно, Красч.0,0027. Графическая зависимость /- описывается уравнением 0,00270,3981, гдесоответствует ,соответствует / (см. график). Следовательно, максимально возможная (конечная) высота капиллярного поднятия воды в песке пылеватом будет равна 1/Красч.1/0,0027370 мм. Продолжительность испытаний по предлагаемому способу в сравнении с известным способом сократилась с 18720 мин до 150 мин, т.е. в 125 раз. Таким образом, предлагаемый способ определения высоты капиллярного поднятия воды в грунтах позволяет ускорить сроки проведения испытаний, снизить их трудоемкость и стоимость. Источники информации 1. Чаповский Е.Г. Инженерная геология. - М. Высшая школа, 1975. - С. 100. 3 Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4