Спосіб визначення щільності грунту

Винахід відноситься до галузі грунтознавства та землеробства, зокрема до способів визначення фізичних властивостей грунтів. Вже відомий спосіб визначення об'ємної маси грунту (Агрохимические методы исследования почв. - Наука, 1975. - С.305), що включає відбір відомого об'єму грунту з непорушеною структурою металевим циліндром-буром, визначення вологості грунту і ваги сухого зразка. Недоліком такого способу є те, що він не дозволяє визначити об'ємну масу грунту в польових умовах, так як точне визначення ваги зразка грунту і його вологості може проводитись тільки в лабораторних умовах і потребує значних витрат електроенергії й часу. В якості прототипа вибраний спосіб визначення максимальної щільності грунту (А.с. СССР №1063933, кл. C01N9/00, 1983, Бюл. №48), що включає одноразове заповнення грунтом робочого циліндра, ущільнення його певною кількістю ударів падаючого тягаря, зрізання шару грунту над циліндром, зважування грунту що міститься в циліндрі. По величині об'єму грунту що виступає над робочим циліндром визначають додаткову кількість ударів падаючого тягаря. Цей спосіб придатний тільки для визначення максимальної щільності грунту якої можна досягнути ударами падаючого тягаря. Тому зразок грунту відбирається з порушеним зложенням І не точним об'ємом. І тільки після його ущільнення точність об'єму ущільненого грунту досягається зрізанням надлишку грунту над робочим циліндром. На відміну в запропонованому способі зразок грунту повинен відбиратися тільки певного об'єму з непорушеним зложенням щоб після його ущільнення точно встановити на скільки зменшився його об'єм, бо пропорційно зменшенню об'єму і збільшилась його щільність, від польової до максимальної. Тому в запропонованому способі після ущільнення кожного разу вимірюється висота шару грунту в робочому циліндрі з метою визначенню його об'єму, що є також відмінною ознакою. В основу винаходу поставлене завдання в способі визначення щільності грунту, шляхом зміни послідовності виконання операцій, досягти можливості визначення щільності грунту в польових умовах і скоротити витрати часу. Виконання завдання досягається шляхом відбору зразка грунту мірним циліндром, зрізанням грунту виступаючого над циліндром і його ущільненням в циліндрі. Відповідно винаходу ущільнення грунту в циліндрі проводять до максимальної щільності, після чого визначають об'єм і максимальну щільність грунту, його щільність до ущільнення визначають по формулі де P1 - щільність де ущільнення; P2 - щільність ущільненого грунту; V1 - об'єм мірного циліндра; V2 - об'єм ущільненого грунту. Так як максимальна щільність певного виду грунту є на тривалий період величиною постійною, а об'єм мірного циліндра не змінюється, то при багаторазовому визначенні щільності грунту в полі достатньо тільки відбирати зразки грунту точного об'єму мірним циліндром, стискати їх до максимальної щільності і вимірювати об'єм стиснутого грунту. Це виключає необхідність визначення ваги на вологості кожного зразка грунту і дозволяє проводити визначення щільності грунту безпосередньо в полі. Спосіб визначення щільності грунту включає відбір зразків грунту з непорушеним зложенням мірним циліндром, зрізування ножем виступаючого грунту над торцями циліндра і ущільнення грунту в циліндрі плунжером з допомогою гідравлічного домкрата, який розміщується всередині металічної прямокутної рамки. Після ущільнення грунту вимірюється висота максимально ущільненого грунту в мірному циліндра з допомогою домкрата та плунжера і відбирається зразок для визначення вмісту вологи методом висушування і послідуючого розрахунку максимальної щільності грунту. Приклад виконання. Заявленим способом визначають щільність грунту слідуючим чином. З допомогою металічного мірного циліндра відбирають зразок грунту з непорушеним зложенням об'ємом 50 або 100см3. Надлишок грунту що виступає над торцем циліндра зрізують ножем. Одну з сторін циліндра закривають кришкою і грунт в циліндрі стискують плунжером з допомогою гідравлічного домкрата силою 500кг/см3. Для цього домкрат з плунжером і циліндром поміщають всередину прямокутної металічної рамки. Ущільнення грунту можна виконувати і в товстостінному металічному стакані з внутрішнім отвором рівним отвору мірного циліндра після перенесення туди грунту. Дно стакана повинно закриватись при стискуванні грунту і відкриватися для видалення грунту. Потім визначають об'єм стиснутого грунту. Для цього вимірюють товщину шару стиснутого грунту в стакані і діаметр внутрішнього отвору. де П = 3,14; см; - внутрішній радіус мірного циліндра, D - внутрішній діаметр мірного циліндра, см; h - товщина стиснутого грунту в мірному циліндрі, см. Виміри проводять штангельциркулем, але для зручності на плунжер можна нанести міліметрову шкалу і по ній брати відліки товщини шару з точністю до 0,5мм. Після визначення об'єму зразок грунту (стиснутого) повністю переносять в поліетиленовий пакет для визначення в лабораторії ваги абсолютно сухого грунту. Для цього зразок грунту зважується з точністю 0,1г, подрібнюється, добре переміщується і відбирається більше половини об'єму бюкса для визначення вологості методом висушування і розрахунку ваги абсолютно-сухого зразка ущільненого грунту за формулою де C - вага абсолютно сухого зразка, г; M - вага сирого зразка грунту, г; A - наважка грунту в бюксі після висушування, г; B - наважка грунту в бюксі після висушування, г. Після цього максимальну щільність грунту визначають за формулою де P - максимальна щільність, г/см3; C - вага абсолютно сухого грунту, г; V - об'єм максимально ущільненого грунту, см3. Таким чином, одноразово визначивши максимальну щільність певного виду грунту можна при спостереженнях за зміною його щільності в різних дослідженнях визначити ці показники в польових умовах за ступенем стискування зразків грунту певного об'єму (50 або 100см3) до максимальної щільності. Проведенними дослідженнями (таблиця) встановлено, що максимальна щільність піщаних грунтів може не змінюватися при зміні їх вологості в великих межах. Так при стискуванні грунту значною силою всі його механічні частинки займають найбільш компактне положення, а простір між ними заповнюється водою, решта води витискується з грунту через проміжок між плунжером і стаканом. На показники максимальної щільності суглинкових грунтів має значний вплив вміст вологи. Тому одноразове визначення їх максимальної щільності необхідно проводити щоразу одночасно з визначенням змін щільності цього грунту. Відношення щільності зразків грунту з непорушеною структурою до їх максимальної щільності є обернено-пропорційним відношенню їх об'ємів до ущільнення та після ущільнення. А при однакових діаметрах внутрішнього отвору стакана та мірного циліндра для відбору зразків, відношенням об'ємів грунту можна замінити відношенням їх шарів до ущільнення та після ущільнення де P1 - щільність відібраного зразка; P2 - максимальна щільність зразка після стискування; V1 - об'єм зразка грунту відібраного в полі, см3; V2 - об'єм зразка стиснутого до максимальної щільності, см ; h2 - товщина шару грунту стиснутого до максимальної щільності в стакані, см; h1 - товщина шару грунту відібраного мірним циліндром. Таким чином, при проведенні великого обсягу вимірювань щільності однієї різновидності грунту, коли h1 та P2 не змінюються і вираз являється постійним, то при багаторазовому визначенні щільності грунту в різних дослідженнях її визначення зводяться тільки до ущільнення грунту до максимальної щільності в стакані або мірному циліндрі, та вимірювання товщини шару стиснутого зразка грунту h2 : тоді P1 = K × h2. Для прямого відліку h2 на плунжері можна нанести міліметрову шкалу рівну глибині отвору стакана, початком якої являється останнє значення глибини отвору стакана, а кінцем 0. Це дозволяє в точці входження плунжера в стакан брати відліки h2 з точністю до 0,5мм.