Влияние влажности грунта на деформационные свойства грунтощебеночных образцов при сжатии

Введение. Целью статьи является математическое моделирование зависимости секущего модуля деформации от влажности грунта и содержания щебня в грунтощебеночном образце на при одноосном сжатии. Необходимость построения такой математической модели необходима для введения поправочных коэффициентов к значениям штамповых модулей деформации грунтощебеночного слоя, вычисленных по данным испытаний, поставленных при других влажностях грунта, например, при испытаниях в лотке или на дорогах в нерасчетный период года.
Материалы и методы. Для выполнения испытаний при помощи большого прибора стандартного уплотнения изготовлены цилиндрические образцы высотой 20 см и диаметром 10 см. В образцах варьировалось содержание щебня смеси фракций 5–10 и 10–20 мм. Приведены методики насыщения образцов водой и их испытания одноосным сжатием. Изложены правила обработки результатов эксперимента, к которым относится корректировка начальной части графической зависимости деформации от давления и статистическая обработка результатов. Выполнен анализ методов вычисления модуля деформации, которые классифицированы на три вида: секущий модуль, касательный модуль и кусочно-линейный модуль. На основе этого анализа обоснован способ вычисления модуля деформации грунтощебеночного образца при одноосном сжатии.
Результаты. Приведены результаты экспериментального определения деформационных характеристик грунтощебеночных образцов при одноосном сжатии. Получена математическая модель зависимости модуля деформации грунтощебеночного образца от влажности грунта и содержания щебня, применяемых в грунтово-щебеночной смеси.
Обсуждение и заключение. Даны рекомендации по применению результатов исследования для разработки альбома типовых конструкций дорожных одежд низшего типа в районах Омской области.

1. Kettle R.J., McCabe E.Y. Mechanical Stabilization for the Control of Frost Heave. Canadian Journal of Civil Engineering. 2011. 12(4): 899-905. DOI:10.1139/l85-102.

2. Mahedi M., Cetin B., White D.J. Closure to “Cement, Lime, and Fly Ashes in Stabilizing Expansive Soils: Performance Evaluation and Comparison”. Journal of Materials in Civil Engineering. 2021. 33(9):07021013. DOI:10.1061/(ASCE)MT.1943-5533.0003868.

3. Coban H.S., et al. Effects of Using Recycled Aggregates and Large Stones for Base and Subbase Layers on Modulus Properties of Pavements. In: Tutumluer E., Nazarian S., Al-Qadi I., Qamhia I.I. (eds) Advances in Transportation Geotechnics IV. Lecture Notes in Civil Engineering. 2022. 164. Springer, Cham. DOI:10.1007/978-3-030-77230-7_28.

4. Han J., Leshchinsky D. Analysis of back-toback mechanically stabilized earth walls. Geotextiles and Geomembranes. 2010. Vol. 28(3): 262-267. DOI:10.1016/j.geotexmem.2009.09.012.

5. Tang X.C., Chehab G.R., Palomino A. Evaluation of geogrids for stabilizing weak pavement subgrade. International Journal of Pavement Engineering. 2008. 9(6): 413-429. DOI:10.1080/10298430802279827.

6. Лунёв А.А., Сиротюк В.В. Применение золошлаковых смесей для вертикальных планировок и строительства городских дорог // Техника и технологии строительства. 2015. № 1(1). С. 24–31.

7. Лунёв А.А., Сиротюк В.В., Барац Н.И. Экспериментальные исследования прочностных характеристик золошлаковой смеси // Вестник СибАДИ. 2016. № 6(52). С. 72–79. DOI:10.26518/2071-7296-2016-6(52)-72-79.

8. Лунёв А.А., Сиротюк В.В., Иванов Е.В. Результаты исследований деформационных характеристик золошлаковых смесей // Вестник СибАДИ. 2017. № 1(53). С. 103–110. DOI:10.26518/2071-7296-2017-1(53)-103-110.

9. Лунёв А.А., Сиротюк В.В. Сопоставление деформационных параметров золошлаковой смеси, полученных в лабораторных и натурных условиях // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. 2019. № 2(21). С. 215–227. DOI:10.31675/1607-1859-2019-21-2-215-227.

10. Sirotyuk, V.V., Lunev, A.A.: Strength and deformation characteristics of ash and slag mixture. Magazine of Civil Engineering. 2017. 74(6): 3–16. DOI:10.18720/MCE.74.1.

11. Лыткин А.А., Старков Г.Б., Вагнер Е.Я. Исследование эффективности использования белитового шлама для устройства монолитных слоев дорожных одежд методом холодного ресайклинга // Вестник СибАДИ. 2020. № 6(17). С. 764–776. DOI:/10.26518/2071-7296-2020-17-6-764-776.

12. Лыткин А.А. Влияние повторного уплотнения и транспортных нагрузок на характер твердения белитового шлама в слоях дорожных одежд // Вестник СибАДИ. 2017.№ 3(55). С. 125–132. DOI:10.26518/2071-7296-2017-3(55)-125-132

13. Lytkin, A.A.: Study of the Transport Loads Influence on the Nature of Belite Sludge Hardening in Pavement. Materials Science Forum 2020. 992, 79–85. DOI:10.4028/www.scientific.net/MSF.992.79.

14. Шнайдер В.А., Левашов Г.М., Сиротюк В.В. Определение требуемой прочности геосинтетических материалов для противоэрозионной защиты неподтопляемых откосов земляного полотна // Вестник СибАДИ. 2016. № 1(47). С. 72–80.

15. Матвеев С.А., Литвинов Н.Н. Определение деформационных характеристик щебеночно-песчаного основания, армированного стальной геосеткой // Вестник СибАДИ. 2013. № 4(32). С. 57–61.

16. Матвеев С.А., Мартынов Е.А., Литвинов Н.Н. Экспериментально-теоретические исследования армированного основания дорожной одежды // Вестник СибАДИ. 2015. № 4(44). С. 80–86. DOI:10.26518/2071-7296-2015-4(44)-80-86

17. Matveev, S.A., et al: The geogrid-reinforced gravel base pavement model. Magazine of Civil Engineering. 2020. 94(2): 21–30. DOI: 10.18720/MCE.94.3

18. Matveev, S.A., Martynov, E.A., Litvinov, N.N.: Determine the reinforcement effect of gravel layer on a sandy foundation. Applied Mechanics and Materials. 2014. 662:164-167. DOI:10.4028/www. scientific.net/AMM.662.164

19. Matveev, S.A., Martynov, E.A., Litvinov, N.N.: Effect of Reinforcing the Base of Pavement with Steel Geogrid Applied Mechanics and Materials. 2014.587-589: 1137-1140. DOI:10.4028/www.scientific.net/AMM.587-589.1137

20. Александров А.С., Долгих Г.В., Калинин А.Л. Эмпирические условия пластичности в расчетах земляного полотна по сдвигу // Строительство уникальных зданий и сооружений. 2019. № 10(85). С. 7–20. DOI: 10.18720/CUBS.85.1.

21. Калинин А.Л. Применение модифицированных условий пластичности для расчета безопасных давлений на грунты земляного полотна // Инженерно-строительный журнал. 2013. № 4(39). С. 35–45. DOI: 10.5862/MCE.39.4.

22. Кузин Н.В., Александров А.С. Об изменении напряжения вертикального сжатия в дорожных конструкциях // Известия Орловского государственного технического университета. Серия: строительство и транспорт. 2007. № 4(16). С. 221–225.

23. Lunev, A.A., Sirotyuk, V.V. Stress distribution in ash and slag mixtures. Magazine of Civil Engineering, 2019, 86(2): 72–82. DOI: 10.18720/MCE.86.7

24. Lunev, A.A., Sirotyuk, V.V. Prediction of the Stress State of Pond Ash Road Embankments. Soil Mechanics and Foundation Engineering, 2021. 58(1): 2–7. DOI:10.1007/s11204-021-09700-8

25. Долгих Г.В. Расчет грунтов земляного полотна по критерию безопасных давлений // Вестник СибАДИ. 2013. № 6(34). С. 43–49.

26. Долгих Г.В. Определение первой критической нагрузки при расчете грунтов земляного полотна по сопротивлению сдвигу // Вестник Московского автомобильно-дорожного государственного технического университета (МАДИ). 2016. № 3(46). С. 90–97.

27. Александрова Н.П., Семенова Т.В., Долгих Г.В. Совершенствование моделей расчета главных напряжений и девиатора в грунте земляного полотна // Вестник СибАДИ . 2014. № 2(36). С. 49–54.

28. Александров А.С. Исследование пластического деформирования дискретных материалов при воздействии циклических нагрузок и определение параметров математических моделей // Строительные материалы. 2016. №10. С. 27–32.

29. Gyulzadyan, H., Voskanyan, G., TerSimonyan, V.: Exploration Results of Applying Limestone Powder in Crushed-Stone-Sand Mixtures for Road Pavement Layers. Advanced Materials Research. 2014. 1020: 31–36. DOI:10.4028/www. scientific.net/AMR.1020.31

30. Ilina, O.N., Ilin, I.B. Road organo-mineral mixtures based on oil sludge. Magazine of Civil Engineering. 2019. 92(8): 115–126. DOI: 10.18720/MCE.92.10

31. Dolinsky, Y.A.,, Starkov, G.B.,, Matveev, S.A. Experience in Repairing Highways Using Cold Regeneration Technology in the Altai Republic. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020. Vol. 753, pp. 1-5. DOI:10.1088/1757-899X/753/3/032006

32. Rudgalskiy, D. et al. Strength indices of sand reinforced by foamed bitumen. Journal of Physics: Conference Series. 2020. 1614: 1-9. DOI:10.1088/1742-6596/1614/1/012004

33. Adeyanju, E.A., Okeke, C.A.: Clay soil stabilization using cement kiln dust. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2019. 640: 1-10. DOI:10.1088/1757-899X/640/1/012080

34. Cui, S.L., et al: Mechanical behavior and micro-structure of cement kiln dust-stabilized expensive soil. Arabian Journal of Geosciences. 2018.11(17): 521. DOI:10.1007/s12517-018-3864-0

35. Oriola F.O.P., Moses G., Sani J.E.: Stabilization of lateritic soil with cement kiln dust for road pavement material based on defined curing temperature conditions. Indian Journal of Engineering. 2017. 14(37: 215-226.

36. Ismaiel, H.A.H.: Cement Kiln Dust Chemical Stabilization of Expansive Soil Exposed at El-Kawther Quarter, Sohag Region, Egypt. International Journal of Geosciences. 2013. 4:. 1416-1424. DOI:10.4236/ijg.2013.410139

37. Naeini, S.A, Naderinia, B., Izadi, E.: Unconfined compressive strength of clayey soils stabilized with waterborne polymer KSCE Journal of Civil Engineering. 2012. 16(6): 943–949. DOI:10.1007/s12205-012-1388-9

38. Satyanarayana Reddy C.N.V., Prasad, A.C.S.V.: Performance Studies on Cement Stabilized Gravelly Soil Exposed to Sulfate Environment. Indian Geotechnical Journal. 2014. 45(2): 217–224. DOI:10.1007/s40098-014-0127-1.

39. Thomas, A., Tripathi, R.K., Yadu, L.K.: A Laboratory Investigation of Soil Stabilization Using Enzyme and Alkali-Activated Ground Granulated Blast- Furnace Slag. Arabian Journal of Geosciences. 2018. 43: 5193–5202. DOI:10.1007/s13369-017-3033-x

40. Colt, O.E., Razval, C. Geosynthetic reinforcement for base / subbase courses of road structures. International Symposium: Highway and Bridge Engineering 2014, 1-7.

41. Dong, Y.L., Han, J., Bai X.H. Numerical analysis of tensile behavior of geogrids with rectangular and triangular apertures. Geotextiles and Geomembranes. 2011. 29(2): 83–91. DOI:10.1016/j.geotexmem.2010.10.007

42. Giroud, J.P., Han, J. Design method for geogrid-reinforced unpaved roads: I. Development of design method. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering. 2004. 130(8): 775-786. DOI:10.1061/(ASCE)1090-0241(2004)130:8(775)

43. Giroud, J.P., Han, J: Design method for geogrid-reinforced unpaved roads: II. Calibration and applications. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering. 2004. 130 (8): 787-797. DOI:10.1061/(ASCE)1090-0241(2004)130:8(787)

44. Han, J., Leshchinsky, D: Analysis of back-toback mechanically stabilized earth walls. Geotextiles and Geomembranes 2010. 28(3): 262–267. DOI:10.1016/j.geotexmem.2009.09.012

45. Han, J., Jiang, Y. Use of geosynthetics for performance enhancement of earth structures in cold regions. Sciences in Cold and Arid Regions. 2013. 5(5): 517–529. DOI:10.3724/SP.J.1226.2013.00517

46. Han, J. et al. Performance of geocellreinforced RAP bases over weak subgrade under full-scale moving wheel loads. Journal of Materials in Civil Engineering. 2011. 23(11): 1525–1534. (2011). DOI:10.1061/(ASCE)MT.1943-5533.0000286

47. Chen, X., Chen, L., Zhang, J. Permanent Deformation Behavior of Coarse-Grained Residual Subsoil Under Large Amplitude Loading Cycles. In: Tutumluer E., Chen X., Xiao Y. (eds) Advances in Environmental Vibration and Transportation Geodynamics. Lecture Notes in Civil Engineering. 2020. vol 66. DOI: 10.1007/978-981-15-2349-6_16

48. Rahman, M.S., Erlingsson, S.: Predicting permanent deformation behaviour of unbound granular materials. International Journal of Pavement Engineering. 2015. 16(7): 587–601. DOI:10.1080/10298436.2014.943209

49. Salour, F., Erlingsson, S.: Permanent deformation characteristics of silty sand subgrades from multistage RLT tests. International Journal of Pavement Engineering. 2017. 18(3): 236-246. DOI:10. 1080/10298436.2015.1065991

50. Salour, F., Erlingsson, S. Characterisation of Permanent Deformation of Silty Sand Subgrades from Multistage RLT Tests. In: 3rd International Conference on Transportation Geotechnics (ICTG 2016), Procedia Engineering. 2016. 143: 300–307. DOI:10.1016/j.proeng.2016.06.038

51. Karaulov, A.M., Korolev, K.V. A Static Solution for the Problem of the Stability of a Smooth Freestanding Sheet Pile Wall. Soil Mechanics and Foundation Engineering. 2017. 54(4): 211–215. DOI:10.1007/s11204-017-9460-6

52. Karaulov, A.M., Korolev, K.V.: On the determination of the maximum earth pressure on retaining walls Soil Mechanics and Foundation Engineering. 2015. 52(4): 175–180. DOI:10.1007/s11204-015-9325-9

53. Dawson, A., Kolisoja, P., Vuorimies, N.: Understanding Low-Volume Pavement Response to Heavy Traffic Loading. RoadexIII Northern Periphery.2008.

54. Dawson, A.R., et al: Design of low-volume pavements against rutting – a simplified approach. Transportation Research Record: Journal of the Transportation Research Board. 2007. 1989(1): 165–172. DOI:10.3141/1989-19

55. Chandak P.G., et al: Performance Evaluation of Low Volume Rural Roads- A State-of-the-Art Review. In: Frikha W., Kawamura S., Liao WC. (eds) New Developments in Soil Characterization and Soil Stability. GeoChina 2018. Sustainable Civil Infrastructures. Springer, Cham. 43–57 (2019). DOI:10.1007/978-3-319-95756-2_5

56. Александров А.С., Семенова Т.В., Александрова Н.П. Метод расчета остаточных деформаций, применяемых в основаниях дорожных одежд // Вестник СибАДИ. 2019. № 4(68). С. 456–471. DOI:10.26518/2071-7296-2019-4-456-471

57. Александров А.С., Семенова Т.В., Калинин А.Л. Анализ причин колееобразования на покрытиях нежестких дорожных одежд и рекомендации по уменьшению этого явления // Вестник СибАДИ. 2019. № 6(70). С. 718–745.