RU2803712C1 - Method for determining actual density of soils using 3d modelling of hole - Google Patents
Method for determining actual density of soils using 3d modelling of hole Download PDFInfo
- Publication number
- RU2803712C1 RU2803712C1 RU2023108333A RU2023108333A RU2803712C1 RU 2803712 C1 RU2803712 C1 RU 2803712C1 RU 2023108333 A RU2023108333 A RU 2023108333A RU 2023108333 A RU2023108333 A RU 2023108333A RU 2803712 C1 RU2803712 C1 RU 2803712C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- hole
- sample
- soil
- sampling
- walls
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеField of technology to which the invention relates
Изобретение относиться к области строительства, а именно к способам определения фактической плотности грунтов и может быть использовано в промышленном и гражданском строительстве, при строительстве автомобильных дорог, проведении строительной экспертизы и в процессе инженерно-геологических изысканий.The invention relates to the field of construction, namely to methods for determining the actual density of soils and can be used in industrial and civil construction, in the construction of highways, conducting construction expertise and in the process of engineering geological surveys.
Уровень техникиState of the art
Известны методы определения фактической плотности грунта, которые можно разделить на косвенные и прямые методы.There are known methods for determining the actual density of soil, which can be divided into indirect and direct methods.
К косвенным методам относиться применение плотномеров различного типа действия:Indirect methods include the use of density meters of various types of action:
Пенетрометр ПСГ-МГ4 - В соответствии с руководством по эксплуатации КБСП.427333.037 РЭ п. 1.4.1. «Принцип действия пенетрометра заключается в преобразовании деформации упругого элемента тензометрического датчика силы, вызванной действием приложенной силы, в электрический сигнал. Электрический сигнал регистрируется электронным блоком, обрабатывается, и результаты измерений в единицах силы отображаются на дисплее. Удельное сопротивление пенетрации определяется как отношение силы действующей на наконечник к площади наконечника.Penetrometer PSG-MG4 - In accordance with the operating manual KBSP.427333.037 RE clause 1.4.1. “The principle of operation of the penetrometer is to convert the deformation of the elastic element of the strain gauge force sensor, caused by the action of the applied force, into an electrical signal. The electrical signal is recorded by an electronic unit, processed, and the measurement results in force units are displayed on the display. Specific penetration resistance is defined as the ratio of the force acting on the tip to the area of the tip.
На основе корреляционной зависимости между удельным сопротивлением пенетрации и механическими свойствами грунта определяются характеристики грунтов: угол внутреннего трения; удельное сцепление; модуль упругости, а так же плотность для песчаных грунтов».Based on the correlation between the specific penetration resistance and the mechanical properties of the soil, the characteristics of the soil are determined: angle of internal friction; specific adhesion; modulus of elasticity, as well as density for sandy soils.”
Плотномер SDG-200 - плотномер электромагнитного принципа действия, Электрическое поле передается через материал от контактной пластины прибора SDG 200, при этом измеряется полное сопротивление, которое используется при вычислении величины плотности для данного типа грунта.Density meter SDG-200 is a density meter based on the electromagnetic principle of operation. An electric field is transmitted through the material from the contact plate of the SDG 200 device, and the total resistance is measured, which is used in calculating the density value for a given type of soil.
SDG 200 крайне зависим от лабораторного определения характеристик зернового состава и значений влажности фактически измеряемого материала, которые должны быть занесены в компьютер прибора.The SDG 200 is extremely dependent on laboratory determination of the grain composition characteristics and moisture values of the actual material being measured, which must be entered into the instrument computer.
Так же к косвенным методам определения плотности грунта можно отнести плотномеры, определяющие коэффициент уплотнения грунта - единицы напрямую связанной с фактической плотностью грунта через значение максимальной плотности грунта и его влажности.Also indirect methods for determining soil density include density meters that determine the soil compaction coefficient - a unit directly related to the actual soil density through the value of the maximum soil density and its moisture content.
Коэффициент уплотнения грунта (compression ratio) Отношение фактической плотности сухого грунта в конструкции к максимальной плотности того же сухого грунта, определяемой в лаборатории при испытании методом стандартного уплотнения (портал Стройкомплекса России (stroi.gov.ru))Soil compaction ratio (compression ratio) The ratio of the actual density of dry soil in a structure to the maximum density of the same dry soil, determined in the laboratory when tested using the standard compaction method (portal of the Russian Construction Complex (stroi.gov.ru))
Плотномер пенетрационный статистического действия модель В-1 - в соответствии с паспортом и инструкцией по эксплуатации: «Плотномер предназначен для определения коэффициента уплотнения грунтов. Коэффициент уплотнения грунта оценивается по усилию, прилагаемому к рукояткам плотномера при заглублении наконечника на глубину его рабочей части. Коэффициент уплотнения грунта определяется максимальным отклонением стрелки индикатора, возникающим при деформации динамометрического кольца».Penetration density meter with statistical action, model B-1 - in accordance with the passport and operating instructions: “The density meter is designed to determine the compaction coefficient of soils. The soil compaction coefficient is estimated by the force applied to the handles of the density meter when the tip is buried to the depth of its working part. The soil compaction coefficient is determined by the maximum deviation of the indicator needle that occurs when the torque ring is deformed.”
Коэффициент уплотнения определяется в соответствии с табличными значениями, приведенными в приложении 1 паспорта прибора.The compaction coefficient is determined in accordance with the table values given in Appendix 1 of the device passport.
Динамический плотномер Д-51 - в соответствии с паспортом прибора: «Динамическим зондированием определяют плотность грунта путем измерения сопротивления погружению зонда под действием возрастающего числа приложений ударной нагрузки. Плотность грунта устанавливается по графикам зависимости от числа ударов, затраченных на погружение стержня» (Исходя из графиков, приведенных в паспорте к прибору под термином «плотность» подразумевается термин «коэффициент уплотнения»).Dynamic density meter D-51 - in accordance with the device passport: “Dynamic sensing determines the density of soil by measuring the resistance to immersion of the probe under the influence of an increasing number of shock load applications. The density of the soil is established according to graphs depending on the number of blows spent on immersing the rod” (Based on the graphs given in the passport for the device, the term “density” means the term “compaction coefficient”).
Главными недостатками плотномеров пенетрационного принципа действия является их крайняя зависимость от значения влажности и содержания гравийных частиц в теле обследуемой грунтовой конструкции, а также высокие погрешности значений относительно прямых методов обследования.The main disadvantages of density meters of the penetration principle of operation are their extreme dependence on the moisture content and the content of gravel particles in the body of the soil structure being examined, as well as the high errors of values relative to direct examination methods.
Главным недостатком всех косвенных методов является невозможность использования их результатов при проведении мероприятий государственного строительного надзора.The main disadvantage of all indirect methods is the impossibility of using their results when carrying out state construction supervision activities.
К прямым методам определения фактической плотности грунта в массиве (строительной конструкции) относиться:Direct methods for determining the actual density of soil in a massif (building structure) include:
Определение плотности грунта (в т.ч. мерзлого) методом режущего кольца - в соответствии с ГОСТ 5180-2015 п. 9.3.: Кольцо-пробоотборник смазывают с внутренней стороны тонким слоем вазелина или консистентной смазки.Determination of soil density (including frozen soil) using the cutting ring method - in accordance with GOST 5180-2015 clause 9.3: The sampler ring is lubricated on the inside with a thin layer of Vaseline or grease.
Верхнюю зачищенную плоскость образца грунта выравнивают, срезая излишки грунта ножом, устанавливают на ней режущий край кольца и винтовым прессом или вручную через насадку слегка вдавливают кольцо в грунт, фиксируя границу образца для испытаний. Затем грунт снаружи кольца обрезают на глубину 5-10 мм ниже режущего края кольца, формируя столбик диаметром на 1-2 мм больше наружного диаметра кольца. Периодически, по мере срезания грунта, легким нажимом пресса или насадки насаживают кольцо на столбик грунта, не допуская перекосов. После заполнения кольца грунт подрезают на 8-10 мм ниже режущего края кольца и отделяют его.The upper cleaned plane of the soil sample is leveled by cutting off excess soil with a knife, the cutting edge of the ring is placed on it and the ring is lightly pressed into the soil using a screw press or manually through a nozzle, fixing the boundary of the test sample. Then the soil outside the ring is cut to a depth of 5-10 mm below the cutting edge of the ring, forming a column with a diameter 1-2 mm larger than the outer diameter of the ring. Periodically, as the soil is cut, with light pressure from a press or attachment, place the ring on the soil column, avoiding distortions. After filling the ring, the soil is cut 8-10 mm below the cutting edge of the ring and separated.
Грунт, выступающий за края кольца, срезают ножом, зачищают поверхность грунта вровень с краями кольца и закрывают торцы пластинками.The soil protruding beyond the edges of the ring is cut off with a knife, the surface of the soil is cleaned flush with the edges of the ring and the ends are covered with plates.
При пластичном или сыпучем грунте кольцо плавно, без перекосов вдавливают в него и удаляют грунт вокруг кольца. Затем зачищают поверхность грунта, накрывают кольцо пластинкой и подхватывают его снизу плоской лопаткой.In case of plastic or loose soil, the ring is pressed into it smoothly, without distortions, and the soil around the ring is removed. Then they clean the surface of the soil, cover the ring with a plate and pick it up from below with a flat spatula.
Кольцо с грунтом и пластинками взвешивают.The ring with soil and plates is weighed.
Плотность грунта, г/см, вычисляют по формулеSoil density, g/cm, is calculated using the formula
р=(m1-m0-m2)/Vр=(m 1 -m 0 -m 2 )/V
гдеWhere
m1 - масса грунта с кольцом и пластинками, г;m 1 - mass of soil with a ring and plates, g;
m0 - масса кольца, г;m 0 - ring mass, g;
m2 - масса пластинок, г;m 2 - mass of plates, g;
V - внутренний объем кольца, см3»V - internal volume of the ring, cm 3 "
Данный метод при проведении полевых обследований имеет следующие недостатки:This method when conducting field surveys has the following disadvantages:
- недостоверность его использования при полевом обследовании промороженных конструкций либо пересушенного материала с большим содержанием глинистых частиц, поскольку в процессе погружения пробоотборника в тело конструкции возможно образование сетки трещин под режущим краем кольца, что приводит к разуплотнению отбираемого материала;- unreliability of its use during field inspection of frozen structures or overdried material with a high content of clay particles, since during the process of immersing the sampler into the body of the structure, a network of cracks may form under the cutting edge of the ring, which leads to decompression of the sampled material;
- недостоверность его использования в конструкциях, выполненных из материала с повышенным содержанием гравийных частиц - поскольку гравийная частица в случае попадания под режущий край пробоотборника в процессе его погружения начнет проворачиваться под действием погружающей кольцо сивы, тем самым разуплотняя зону обследования;- the unreliability of its use in structures made of material with a high content of gravel particles - since a gravel particle, if it gets under the cutting edge of the sampler during its immersion, will begin to rotate under the action of the immersion ring, thereby decompacting the inspection area;
- относительно небольшой объем обследования - пробоотборники для метода режущего кольца выпускаются в основном объемами 200, 400 и 500 см3.- relatively small survey volume - samplers for the cutting ring method are mainly produced in volumes of 200, 400 and 500 cm 3 .
Определение плотности грунта методом взвешивания в воде - в соответствии с ГОСТ 5180-2015 п. 10.: «Вырезают образец грунта объемом не менее 50 см3 и придают ему округлую форму, срезая острые выступающие части.Determination of soil density by weighing in water - in accordance with GOST 5180-2015 clause 10: “Cut out a soil sample with a volume of at least 50 cm 3 and give it a rounded shape, cutting off sharp protruding parts.
Образец обвязывают тонкой прочной нитью со свободным концом длиной 15-20 см, имеющим петлю для подвешивания к серьге весов.The sample is tied with a thin strong thread with a free end 15-20 cm long, which has a loop for hanging from the scales.
Парафин, не содержащий примесей, нагревают до температуры 57°С-60°С.Paraffin, which does not contain impurities, is heated to a temperature of 57°C-60°C.
Обвязанный нитью образец грунта взвешивают.The soil sample tied with a thread is weighed.
Образец грунта покрывают парафиновой оболочкой, погружая его на 2-3 секунды в нагретый парафин. При этом пузырьки воздуха, обнаруженные в застывшей парафиновой оболочке, удаляют, прокалывая их и заглаживая места проколов нагретой иглой. Эту операцию повторяют до образования плотной парафиновой оболочки.The soil sample is covered with a paraffin shell, immersing it in heated paraffin for 2-3 seconds. In this case, air bubbles found in the frozen paraffin shell are removed by piercing them and smoothing the puncture sites with a heated needle. This operation is repeated until a dense paraffin shell is formed.
Охлажденный парафинированный образец взвешивают.The cooled waxed sample is weighed.
Затем парафинированный образец взвешивают в сосуде с водой. Для этого над чашей весов устанавливают подставку для сосуда с водой так, чтобы исключить ее касание к чаше весов (или снимают подвес с чашей с серьги, уравновесив весы дополнительным грузом). К серьге коромысла подвешивают образец и опускают в сосуд с водой. Объем сосуда и длина нити должны обеспечить полное погружение образца в воду. При этом образец не должен касаться дна и стенок сосуда.The waxed sample is then weighed in a container of water. To do this, install a stand for a vessel with water above the scale pan so as to prevent it from touching the scale pan (or remove the pendant with the bowl from the earring, balancing the scales with an additional weight). The sample is suspended from the rocker arm and lowered into a vessel with water. The volume of the vessel and the length of the thread must ensure that the sample is completely immersed in water. In this case, the sample should not touch the bottom and walls of the vessel.
Взвешенный образец вынимают из воды, промокают фильтровальной бумагой и взвешивают для проверки герметичности оболочки. Если масса образца увеличилась более чем на 0,02 г по сравнению с первоначальной, образец следует забраковать и повторить испытание с другим образцом.The weighed sample is removed from the water, blotted with filter paper and weighed to check the tightness of the shell. If the mass of the sample has increased by more than 0.02 g compared to the original, the sample should be rejected and the test repeated with another sample.
Плотность грунта, г/см, вычисляют по формуле:Soil density, g/cm, is calculated using the formula:
гдеWhere
m - масса образца грунта до парафинирования, г;m is the mass of the soil sample before waxing, g;
m1 - масса парафинированного образца грунта, г;m 1 - mass of waxed soil sample, g;
m2 - результат взвешивания образца в воде - разность масс парафинированного образца и вытесненной им воды, г;m 2 - the result of weighing the sample in water - the difference in the masses of the waxed sample and the water displaced by it, g;
рр - плотность парафина, принимаемая равной 0,900 г/см3;р р - density of paraffin, taken equal to 0.900 g/cm 3 ;
pw - плотность воды при температуре испытаний, г/см3.»p w - density of water at test temperature, g/cm 3. ”
Данный метод не применим для обследования сыпучих и мерзлых грунтов и крайне чувствителен к деформации образца, как в процессе его транспортировки, так и в процессе пробоподготовки образца к испытаниям.This method is not applicable for examining loose and frozen soils and is extremely sensitive to sample deformation, both during its transportation and during sample preparation of the sample for testing.
Определение плотности мерзлого грунта методом взвешивания в нейтральной жидкости - в соответствии с ГОСТ 5180-2015 п. 11.: «Образец грунта отбирают округлой формы массой 100-150 г и обвязывают нитью. Для грунтов с немассивной криогенной текстурой масса образца может быть увеличена.Determination of the density of frozen soil by weighing in a neutral liquid - in accordance with GOST 5180-2015 clause 11: “A soil sample is taken in a round shape weighing 100-150 g and tied with a thread. For soils with a non-massive cryogenic texture, the mass of the sample can be increased.
Определяют плотность нейтральной жидкости ареометром при температуре испытания.Determine the density of the neutral liquid with a hydrometer at the test temperature.
Обвязанный нитью образец грунта взвешивают.The soil sample tied with a thread is weighed.
Затем образец взвешивают, погрузив его в нейтральную жидкость. Для этого над чашей весов устанавливают подставку для сосуда с водой так, чтобы исключить ее касание к чаше весов (или снимают подвес с чашей с серьги, уравновесив весы дополнительным грузом). К серьге коромысла подвешивают образец и опускают в сосуд с водой. Объем сосуда и длина нити должны обеспечить полное погружение образца в воду. При этом образец не должен касаться дна и стенок сосуда.The sample is then weighed by immersing it in a neutral liquid. To do this, install a stand for a vessel with water above the scale pan so as to prevent it from touching the scale pan (or remove the pendant with the bowl from the earring, balancing the scales with an additional weight). The sample is suspended from the rocker arm and lowered into a vessel with water. The volume of the vessel and the length of the thread must ensure that the sample is completely immersed in water. In this case, the sample should not touch the bottom and walls of the vessel.
Плотность грунта, г/см, вычисляют по формулеSoil density, g/cm, is calculated using the formula
V=pnlm/(m-m1),V=p nl m/(mm 1 ),
гдеWhere
m - масса образца (до погружения), г;m - mass of the sample (before immersion), g;
m1 - результат взвешивания образца в нейтральной жидкости -разность масс образца и вытесненной им жидкости, г;m 1 - the result of weighing the sample in a neutral liquid - the difference in the masses of the sample and the liquid displaced by it, g;
pnl - плотность нейтральной жидкости при температуре испытаний, г/см3.»p nl - density of neutral liquid at test temperature, g/cm 3. ”
Данный метод не применим для обследования сыпучих грунтов и крайне чувствителен к деформации образца в процессе его транспортировки.This method is not applicable for examining loose soils and is extremely sensitive to sample deformation during transportation.
Наиболее близким аналогом (прототипом) к предлагаемому техническому решению является метод замещения объема по ГОСТ 28514-90 «Метод заключается в установлении отношения массы пробы грунта к его объему при условии, что из слоя испытательного грунта отбирают пробу необходимого объема, которую замещают однородной средой с известной плотностью.»The closest analogue (prototype) to the proposed technical solution is the volume replacement method according to GOST 28514-90 “The method consists in establishing the ratio of the mass of a soil sample to its volume, provided that a sample of the required volume is taken from a layer of test soil, which is replaced with a homogeneous medium with a known density."
ГОСТ 28514-90 устанавливает два способа замещения объема изымаемого грунта:GOST 28514-90 establishes two methods for replacing the volume of excavated soil:
1. С помощью пескозагрузочного аппарата.1. Using a sand loading machine.
На поверхности подлежащего испытанию слоя разравнивают площадку, соответствующую размерам листа основания, и на эту поверхность помещают лист основания и закрепляют его, исключая возможность смещения. Под круглым отверстием листа выкапывают лунку с примерно вертикальными стенками таким образом, чтобы избежать нарушения естественного сложения.On the surface of the layer to be tested, an area corresponding to the dimensions of the base sheet is leveled, and the base sheet is placed on this surface and secured, eliminating the possibility of displacement. Under the round hole of the sheet, dig a hole with approximately vertical walls in such a way as to avoid disturbing the natural structure.
Извлеченный из лунки грунт тщательно собирают и измеряют его массу (m).The soil removed from the hole is carefully collected and its mass (m) is measured.
Полностью наполненный песком пескозагрузочный аппарат массой m1 (при закрытой задвижке) помещают на лист основания, расположенный над лункой, затем, открыв задвижку, высыпают песок в лунку. Как только визуальное движение песка прекращается, закрывают задвижку и, сняв аппарат, измеряют его массу (m4).A sand loading device with mass m 1 (with the valve closed) completely filled with sand is placed on a base sheet located above the hole, then, opening the valve, sand is poured into the hole. As soon as the visual movement of the sand stops, close the valve and, after removing the apparatus, measure its mass (m 4 ).
Значение массы песка, наполняющего лунку (m5), в граммах, определяют с округлением до 1 г по формулеThe value of the mass of sand filling the hole (m 5 ), in grams, is determined, rounded to 1 g, using the formula
m5=m1-(m2+m4),m 5 =m 1 -(m 2 +m 4 ),
гдеWhere
m1 - масса пескозагрузочного аппарата, наполненного песком, г;m 1 - mass of the sand loading device filled with sand, g;
m2 - масса песка, высыпанного из пескобака в загрузочную камеру конической формы, г;m 2 - mass of sand poured from the sand tank into the conical loading chamber, g;
m4 - масса пескозагрузочного аппарата после наполнения лунки, г. m 4 - mass of the sand loading device after filling the hole, g.
Значение плотности испытываемого грунта определяют в граммах на кубический сантиметр с округлением до 0,01 г/см по формулеThe density of the tested soil is determined in grams per cubic centimeter, rounded to the nearest 0.01 g/cm using the formula
, ,
гдеWhere
m - масса испытуемого грунта, удаленного из лунки, г;m is the mass of the test soil removed from the hole, g;
m5 - масса песка, наполняющего лунку, г;m 5 - mass of sand filling the hole, g;
- средняя плотность наполняющего песка. - average density of filling sand.
Данный способ имеет следующие недостатки:This method has the following disadvantages:
- довольно сложный процесс подготовки к проведению испытания - подготовка песка, отвечающего требованиям ГОСТ и проведение испытаний по определению его насыпной плотности;- a rather complex process of preparing for testing - preparing sand that meets the requirements of GOST and conducting tests to determine its bulk density;
- на процесс заполнения лунки в полевых условиях влияет масса погодных факторов ветер, дождь и.т.д.;- the process of filling a hole in the field is influenced by a lot of weather factors: wind, rain, etc.;
- в процессе испытания в полевых условиях просто невозможно избежать потери заменяющего песка что приведет к увеличению значений объема лунки при расчетах.- during testing in field conditions, it is simply impossible to avoid the loss of replacement sand, which will lead to an increase in the hole volume values in the calculations.
2. С помощью аппарата с резиновым баллоном.2. Using a device with a rubber balloon.
На поверхности подлежащего испытанию слоя разравнивают требуемую площадь, после чего устанавливают лист основания и закрепляют его, чтобы он не смещался.The required area is leveled on the surface of the layer to be tested, after which a base sheet is installed and secured so that it does not move.
Аппарат через полый стержень поршня заливают водой, затем, слегка вдавив поршень, вытесняют из цилиндра воздух. После этого перекрывают наполнительное отверстие.The apparatus is filled with water through the hollow piston rod, then, by slightly pressing the piston, the air is forced out of the cylinder. After this, the filling hole is closed.
Аппарат помещают на лист основания и, отжав цилиндр, поджимают баллон на выровненную грунтовую поверхность. По шкале определяют объем (V0).The device is placed on the base sheet and, after squeezing the cylinder, the cylinder is pressed onto a leveled ground surface. The volume (V 0 ) is determined using the scale.
Оттягивают поршень и снимают аппарат с листа основания. Через круглое отверстие в листе основания выкапывают лунку с примерно вертикальными стенками.Pull back the piston and remove the apparatus from the base sheet. A hole with approximately vertical walls is dug through a round hole in the base sheet.
Глубина лунки должна обеспечивать минимальный объем пробы В стенках и дне лунки следует удалить выступающие острые части крупных обломков таким образом, чтобы избежать нарушения естественного сложения грунта. Изъятый при этом грунт следует тщательно собрать в сосуд.The depth of the hole should ensure a minimum sample volume. Protruding sharp parts of large fragments should be removed from the walls and bottom of the hole in such a way as to avoid disturbing the natural composition of the soil. The soil removed in this case should be carefully collected in a container.
Аппарат вновь устанавливают на листе основания и закрепляют, после чего поршень вдавливают до тех пор, пока баллон не прижмется к стенке полости. После этого на шкале считывают значение объема (V1). Без изменения положения прибора вытягиванием поршня воду из резинового баллона направляют в аппарат и повторно определяют объем V1. Если два считанных значения отличаются друг от друга не более чем на 2%, то за основу следует брать их среднее значение. В противном случае следует повторить испытание.The apparatus is reinstalled on the base sheet and secured, after which the piston is pressed in until the balloon is pressed against the wall of the cavity. After this, the volume value (V 1 ) is read on the scale. Without changing the position of the device, by pulling the piston, water from the rubber balloon is directed into the device and the volume V 1 is re-determined. If two read values differ from each other by no more than 2%, then their average value should be taken as a basis. Otherwise, the test should be repeated.
Значение плотности грунта (р) определяют в граммах на кубический сантиметр с округлением до 0,01 г/смThe value of soil density (p) is determined in grams per cubic centimeter, rounded to 0.01 g/cm
по формулеaccording to the formula
, ,
гдеWhere
m - масса грунта, извлеченного из лунки, г;m is the mass of soil removed from the hole, g;
V0 - объем воды перед извлечением грунта, см3;V 0 - volume of water before soil extraction, cm 3 ;
V1 - объем воды после извлечения грунта, см3.V 1 - volume of water after soil extraction, cm 3 .
Данный способ имеет следующие недостатки:This method has the following disadvantages:
- в процессе заполнения лунки при помощи аппарата с резиновым баллоном на стены лунки оказывается давление, что приводит к доуплотнению материала стенок лунки и увеличению лунки в объеме;- in the process of filling the hole using a device with a rubber balloon, pressure is applied to the walls of the hole, which leads to additional compaction of the material of the walls of the hole and an increase in the hole in volume;
- материал заполняющий баллон (в основном это вода) сильно зависит от температуры окружающей среды что в свою очередь влияет на проводимые измерения;- the material filling the cylinder (mainly water) strongly depends on the ambient temperature, which in turn affects the measurements taken;
- высокие значения погрешности при проведении параллельных испытаний;- high error values when conducting parallel tests;
- так же стоит отметить, что отбор материала из конструкции производиться без определенной методики, что в свою очередь может приводить к доуплотнению стенок лунки инструментами отбора, что в свою очередь увеличивает определяемый объем.- it is also worth noting that the selection of material from the structure is carried out without a specific technique, which in turn can lead to additional compaction of the walls of the hole with selection tools, which in turn increases the determined volume.
Отличительными признаками предложенного способа от проталины (метод замещения объемов) является наличие методики отбора материала, определение объема лунки с повышенным классом точности и обследование тела лунки не механическим способом.Distinctive features of the proposed method from the thawed area (volume replacement method) are the presence of a method for selecting material, determining the volume of the hole with an increased class of accuracy and examining the body of the hole in a non-mechanical way.
Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the invention
Задача данного изобретения состоит в разработке такого способа, который обеспечивал бы заявленный технический результат.The objective of this invention is to develop a method that would provide the stated technical result.
Технический результат предлагаемого изобретения состоит в значительном увеличении точности и достоверности получаемых результатов обследования, что крайне важно для оценки их соответствия требованиям проектной и нормативно технической документации в промышленном и гражданском строительстве, при строительстве автомобильных дорог, проведении строительной экспертизы и в процессе инженерно-геологических изысканий, а также в значительном снижении трудоемкости обследования на объекте.The technical result of the proposed invention is a significant increase in the accuracy and reliability of the survey results obtained, which is extremely important for assessing their compliance with the requirements of design and regulatory technical documentation in industrial and civil construction, during the construction of highways, conducting construction expertise and in the process of engineering and geological surveys, as well as a significant reduction in the labor intensity of on-site inspections.
Для решения поставленной задачи и достижения указанного технического результата предложен способ определения плотности грунтов путем установления отношения массы пробы грунта к его объему при условии, что из слоя испытательного грунта отбирают пробу необходимого объема, отличающийся тем, что определение объема отобранной пробы производят путем 3D сканирования участка обследования до и после отбора пробы, дальнейшим построением и наложением друг на друга 3D моделей участка обследования до и после отбора пробы, выделением с помощью метода отсечения лишних зон области отобранной пробы и вычислением с помощью специализированного программного комплекса объема отобранной пробы.To solve the problem and achieve the specified technical result, a method is proposed for determining the density of soils by establishing the ratio of the mass of a soil sample to its volume, provided that a sample of the required volume is taken from a layer of test soil, characterized in that the volume of the selected sample is determined by 3D scanning of the survey area before and after sampling, further construction and superimposition of 3D models of the survey area before and after sampling, selection of the sampled area using the method of cutting off excess zones, and calculation of the volume of the selected sample using a specialized software package.
Согласно изобретению отбор пробы производят по методике, не допускающей доуплотнения стенок лунки в процессе отбора пробы, а также обрушения грунта стенок на дно лунки.According to the invention, sampling is carried out according to a method that does not allow additional compaction of the walls of the hole during the sampling process, as well as the collapse of the soil of the walls to the bottom of the hole.
Согласно изобретению отбор пробы производят в предварительно взвешенную тару, позволяющую обеспечить транспортировку пробы без потери значений ее массы и влажности, а взвешивание пробы, совместно с транспортировочной тарой, позволит избежать потери массы пробы.According to the invention, the sample is taken in a pre-weighed container, which allows for transportation of the sample without loss of its mass and moisture content, and weighing the sample, together with the shipping container, will avoid loss of sample weight.
Краткое описание чертежейBrief description of drawings
На фиг. 1 изображена примерная схема съемки площадки обследования с нанесенными на нее следующими элементами:In fig. Figure 1 shows an approximate survey diagram of the survey site with the following elements marked on it:
1 - 3D сканер;1 - 3D scanner;
2 - перемещение 3D сканера;2 - moving the 3D scanner;
3 - направление сканирования;3 - scanning direction;
4 - площадка обследования;4 - survey site;
5 - грунтовый массив.5 - soil massif.
На фиг. 2 изображена примерная схема повторной съемки площадки обследования с образованным в ней телом лунки:In fig. Figure 2 shows an approximate diagram of a repeated survey of the examination site with the body of the hole formed in it:
1 - 3D сканер;1 - 3D scanner;
2 - перемещение 3D сканера;2 - moving the 3D scanner;
3 - направление сканирования;3 - scanning direction;
4 - площадка обследования;4 - survey site;
5 - грунтовый массив;5 - soil mass;
6 - стенки лунки;6 - walls of the hole;
7 - лунка;7 - hole;
8 - угол стенки лунки.8 - corner of the hole wall.
Осуществление изобретенияCarrying out the invention
Предлагается способ определения фактической плотности грунтов при помощи построения 3D модели лунки, состоящий из следующей последовательности действий:A method is proposed for determining the actual density of soils by constructing a 3D model of the hole, consisting of the following sequence of actions:
1. Подготовка на поверхности грунтового массива 5 площадки обследования 4 (квадратная площадка стороной L равной 1 м, глубиной Н равной 10 см с выровненной поверхностью). При углублении площадки и выравнивании поверхности грунт срезается и изымается без усилий на поверхность площадки, чтобы не допустить доуплотнения испытуемого материала.1. Preparation of survey site 4 on the surface of the soil mass 5 (a square platform with side L equal to 1 m, depth H equal to 10 cm with a leveled surface). When deepening the site and leveling the surface, the soil is cut off and removed effortlessly onto the surface of the site in order to prevent additional compaction of the test material.
2. При помощи портативного ручного 3D сканера 1 производиться съемка площадки обследования.2. Using a portable hand-held 3D scanner 1, the survey site is photographed.
В данной методике используются 3D сканеры, отвечающие следующим требованиям:This technique uses 3D scanners that meet the following requirements:
- метрологический класс точности;- metrological accuracy class;
- разрешение построения сетки не более 0,05 мм;- mesh construction resolution is no more than 0.05 mm;
- точность измерений ± 0,06 мм;- measurement accuracy ± 0.06 mm;
- возможность мобильного использования.- possibility of mobile use.
(ScanTech PRINCE775; RangeVision Pro (отечественного производства) - примеры 3D сканеров, отвечающих заявленным требованиям)(ScanTech PRINCE775; RangeVision Pro (domestic production) - examples of 3D scanners that meet the stated requirements)
3. Производится выборка грунта из центра площадки обследования 4 с образованием лунки 7 в предварительно взвешенную емкость обеспечивающую транспортировку пробы с неизменной массой и влажностью до помещения лаборатории (в случае проведения дальнейших испытаний по определению плотности сухого грунта в конструкции тара должна быть выполнена из жаропрочного материала для помещения ее в сушильный шкаф), с применением следующей методики:3. Soil is sampled from the center of the survey site 4 with the formation of hole 7 into a pre-weighed container that ensures transportation of the sample with constant mass and humidity to the laboratory premises (in case of further tests to determine the density of dry soil in the structure, the container must be made of heat-resistant material for placing it in a drying cabinet), using the following technique:
- отбор пробы производиться путем послойной выборки материала из лунки 7;- sampling is carried out by layer-by-layer sampling of material from well 7;
- инструмент, с помощью которого производиться отбор пробы (далее инструмент отбора) погружается в тело лунки 7 не более чем на 1 см;- the tool with which the sample is taken (hereinafter referred to as the sampling tool) is immersed into the body of hole 7 by no more than 1 cm;
- срезка грунта производиться строго от границ лунки 7 к ее центру без какого-либо давления на стенки лунки 6;- soil cutting is carried out strictly from the boundaries of hole 7 to its center without any pressure on the walls of hole 6;
- стенки лунки 6 должны сужаться к ее основанию под углом 8, обеспечивающим устойчивость стенок от обрушения (угол определяется опытным путем в каждом конкретном случае);- the walls of hole 6 should taper to its base at an angle of 8, ensuring the stability of the walls from collapse (the angle is determined empirically in each specific case);
- в случае нахождения на границе стенки лунки 6 крупного (относительно гранулометрического состава основной массы материала обследования) включения, данную стенку следует отодвинуть на расстояние за границы крупного включения, а весь материал, полученный в процессе передвижения стенки включить в пробу;- if there is a large (relative to the granulometric composition of the bulk of the examination material) inclusion on the boundary of the wall of hole 6, this wall should be moved a distance beyond the boundaries of the large inclusion, and all the material obtained during the movement of the wall should be included in the sample;
- объем лунки должен составлять не менее 1000 см2;- the volume of the hole must be at least 1000 cm2 ;
(Данная методика позволяет избежать деформации границ образующейся в процессе отбора пробы лунки, что напрямую влияет на точность проводимых измерений)(This technique allows you to avoid deformation of the boundaries of the hole formed during sampling, which directly affects the accuracy of the measurements)
4. При помощи портативного ручного 3D сканера 1 производиться повторная съемка площадки обследования 4 с образованным в ней телом лунки 7.4. Using a portable hand-held 3D scanner 1, the survey area 4 with the body of the hole 7 formed in it is re-shot.
5. В камеральных условиях с использованием соответствующих программных комплексов создаются две 3D модели площадки обследования 4: первая на момент начала обследования, вторая на момент сканирования площадки с лункой 7.5. In office conditions, using appropriate software systems, two 3D models of survey site 4 are created: the first at the time of the start of the survey, the second at the time of scanning the site with hole 7.
6. Путем совмещения двух полученных 3D моделей определяются границы лунки обследования.6. By combining the two obtained 3D models, the boundaries of the examination hole are determined.
7. Производится отсечение выступов на стенках лунки 6 диаметром менее чем диаметр наибольший фракции материала обследования.7. The protrusions on the walls of hole 6 are cut off with a diameter less than the diameter of the largest fraction of the examination material.
8. При помощи соответствующего программного комплекса производиться вычисление объема получившейся после обработки 3D модели лунки.8. Using the appropriate software package, the volume of the resulting 3D model of the hole is calculated.
9. В лабораторных условиях производится взвешивание отобранного из конструкции материала вместе с тарой на весах с точностью до второго знака после запятой.9. In laboratory conditions, the material selected from the structure is weighed together with the container on scales accurate to the second decimal place.
В случае необходимости определения плотности сухого грунта в конструкции (необходима для определения качественной характеристики - коэффициента уплотнения грунта) материал вместе с тарой высушивают до постоянной массы и так же взвешивают с точностью до второго знака после запятой.If it is necessary to determine the density of dry soil in a structure (necessary to determine a qualitative characteristic - soil compaction coefficient), the material together with the container is dried to a constant weight and also weighed to the second decimal place.
В случае большого объема грунта изъятого из тела лунки допускается нахождение значений массы сухого грунта через определение его влажности грунта по ГОСТ 5180-2015 п. 5 по формуле:In the case of a large volume of soil removed from the body of the hole, it is allowed to find the values of the mass of dry soil by determining its soil moisture according to GOST 5180-2015 clause 5 using the formula:
гдеWhere
mв - масса тары и грунта, отобранного из конструкции, г;m in - mass of container and soil taken from the structure, g;
mт - масса тары, г;m t - tare mass, g;
V3D - объем 3D модели лунки см3;V 3D - volume of the 3D model of the hole cm 3 ;
w - влажность грунта, %.w - soil moisture, %.
10. Плотность грунта в конструкции определяется по формуле:10. The density of the soil in the structure is determined by the formula:
гдеWhere
mв - масса тары и грунта, отобранного из конструкции, г;m in - mass of container and soil taken from the structure, g;
mт - масса тары, г;m t - tare mass, g;
V3D - объем 3D модели лунки см3;V 3D - volume of the 3D model of the hole cm 3 ;
Плотность сухого грунта в конструкции определяется по формуле:The density of dry soil in a structure is determined by the formula:
гдеWhere
mс - масса тары и грунта, отобранного из конструкции высушенных в сушильном шкафу до постоянной массы, г;m c is the mass of containers and soil taken from the structure and dried in a drying cabinet to constant weight, g;
mт - масса тары, г;m t - tare mass, g;
V3D - объем 3D модели лунки см3;V 3D - volume of the 3D model of the hole cm 3 ;
АктуальностьRelevance
Актуальность предлагаемого метода обусловлена тем, что в процессе его реализации значительно повышается степень доверия к получаемым результатам за счет применения предложенной схемы отбора материала, использования методов определения объема лунки в своей основе не подразумевающих механический контакт с стенками лунки, применение измерительных приборов имеющих класс точности измерений значительно выше чем у приборов применяемых на данное время а также снижение влияния человеческого фактора на результаты проводимых измерений.The relevance of the proposed method is due to the fact that in the process of its implementation the degree of confidence in the results obtained significantly increases due to the use of the proposed material selection scheme, the use of methods for determining the volume of the hole that do not inherently imply mechanical contact with the walls of the hole, the use of measuring instruments with a measurement accuracy class significantly higher than that of instruments currently used, as well as reducing the influence of the human factor on the results of measurements.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2803712C1 true RU2803712C1 (en) | 2023-09-19 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU937605A1 (en) * | 1980-11-04 | 1982-06-23 | Государственный Дорожный Научно-Исследовательский Институт | Density meter for large-lump soils |
| SU1270700A1 (en) * | 1985-03-25 | 1986-11-15 | Ворошиловградский Филиал Научно-Исследовательского Института Строительного Производства | Method of determining density of large-sized lump grounds |
| CN105547188A (en) * | 2015-12-07 | 2016-05-04 | 中国科学院地球环境研究所 | Three-dimensional scanning system and three-dimensional scanning method for measuring volume of loose sediment block sample |
| RU2734453C1 (en) * | 2019-10-21 | 2020-10-16 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский, проектно-изыскательский институт "Ленметрогипротранс" | Method of seismic-acoustic evaluation of deformation-strength properties of soil |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU937605A1 (en) * | 1980-11-04 | 1982-06-23 | Государственный Дорожный Научно-Исследовательский Институт | Density meter for large-lump soils |
| SU1270700A1 (en) * | 1985-03-25 | 1986-11-15 | Ворошиловградский Филиал Научно-Исследовательского Института Строительного Производства | Method of determining density of large-sized lump grounds |
| CN105547188A (en) * | 2015-12-07 | 2016-05-04 | 中国科学院地球环境研究所 | Three-dimensional scanning system and three-dimensional scanning method for measuring volume of loose sediment block sample |
| RU2734453C1 (en) * | 2019-10-21 | 2020-10-16 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский, проектно-изыскательский институт "Ленметрогипротранс" | Method of seismic-acoustic evaluation of deformation-strength properties of soil |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Péron et al. | An improved volume measurement for determining soil water retention curves | |
| Wu et al. | Capillary effects on dynamic modulus of sands and silts | |
| CN106018740B (en) | Hole pressure touching methods demarcate can system | |
| CN109470580B (en) | Method for evaluating cohesive soil strength parameters of different sea areas in China | |
| US20130338937A1 (en) | Method for determining suspended matter loads concentrations in a liquid | |
| CN110208114A (en) | It is a kind of for simulating the interface dynamic simple shear test device and method of dynamic contact problem | |
| Malaya et al. | A study on the influence of measurement procedures on suction-water content relationship of a sandy soil | |
| ATA-UR-REHMAN et al. | Soil volumetric shrinkage measurements: a simple method | |
| CN103174122A (en) | Lateral stress pore pressure probe used for testing soil static lateral pressure coefficient | |
| Udukumburage et al. | Oedometer based estimation of vertical shrinkage of expansive soil in a large instrumeted soil column | |
| Abeykoon et al. | Comparison of direct and indirect measured soil-water characteristic curves for a silty sand | |
| Li et al. | A new method to simultaneously measure the soil–water characteristic curve and hydraulic conductivity function using filter paper | |
| RU2803712C1 (en) | Method for determining actual density of soils using 3d modelling of hole | |
| le Roux et al. | Performance of the tensiometer method for the determination of soil-water retention curves in various soils | |
| Teysseire et al. | Water retention in a steep moraine slope during periods of heavy rain | |
| Zou | Assessment of the reactivity of expansive soil in Melbourne metropolitan area | |
| CN107345883B (en) | Silica solution reinforces the intensive analysis device and method of a wide range of sand | |
| US20170097295A1 (en) | Method for determining suspended matter loads concentrations in a liquid | |
| Al-Shamrani et al. | Swelling behavior under oedometric and triaxial loading conditions | |
| CN109856008A (en) | A kind of snow deposit density measuring equipment and usage | |
| CN209624286U (en) | Snow deposit density measurement system | |
| Udukumburage | Investigation of climatic-induced ground responses in expansive soils | |
| CN218646971U (en) | Soil disintegration experimental device for monitoring air escape quantity in real time | |
| Angulo-Jaramillo et al. | Appendix–Additional Measurements | |
| Mamillan | Methods for assessing the deterioration of stone monuments |