Определение физико-механических свойств почв и грунтов методом зондирования клиновидным индентером при охране земель

Кравченко, Эллина Владимировна

Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему
Определение физико-механических свойств почв и грунтов методом зондирования клиновидным индентером при охране земель
ВАК РФ 06.01.02, Мелиорация, рекультивация и охрана земель

Автореферат диссертации по теме "Определение физико-механических свойств почв и грунтов методом зондирования клиновидным индентером при охране земель"

На правах рукописи

КРАВЧЕНКО Эллина Владимировна

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОЧВ И ГРУНТОВ МЕТОДОМ ЗОНДИРОВАНИЯ КЛИНОВИДНЫМ ИНДЕНТЕРОМ ПРИ ОХРАНЕ ЗЕМЕЛЬ

Специальность 06.01.02 - Мелиорация, рекультивация и охрана земель

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Краснодар - 2005

Работа выполнена на кафедре кадастра и геоинженерии факультета автомобильно-дорожных и кадастровых систем Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Кубанский государственный технологический университет» (Куб! ТУ)

Научный руководитель

Официальные оппоненты

кандидат технических наук, профессор Ляшенко Павел Алексеевич

доктор технических наук, профессор Попов Вячеслав Алексеевич

Ведущая организация

доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ Волосухин Виктор Алексеевич

ФГНУ «Российский НИИ проблем мелиорации» г. Новочеркасск

Защита состоится «27» апреля 2005г. в 10-00 на заседании диссертационного совета Д 220.038.08 при ФГОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет» (КГАУ) по адресу: 350044, г.Краснодар, ул. Калинина, 13.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке КГАУ. Автореферат разослан « 2.5"» марта 2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор " М.И. Чеботарев

пв

Общая характеристика работы Актуальность темы исследования. Серьезным сдерживающим фактором в получении высоких урожаев сельскохозяйственных культур является развитие деграда-ционных процессов в агроландшафтах, т.е. устойчивое ухудшение параметров их основных компонентов, в частности, физико-механических свойств орошаемых земель, и как следствие, снижение продуктивного потенциала и средооб-разующей функции. По данным 2001 года в РФ насчитывается около 10 млн. га обрабатываемых земель с переуплотненными почвами, требующих проведения шромелиора-тивных мероприятий. Ежегодно эта площадь возрастает на 100 тыс. га. Одной из главных причин обесстр>тстуривания почв является их переуплотнение, возникающее из-за широкого использования энергонагруженной сельскохозяйственной техники и грубого нарушения поливных режимов сельскохозяйственных культур. В результате этого дегради-руются почвы, ухудшаются их физико-механические и водно-воздушные свойства, что ведет к резкому снижению их плодородия. Актуальность проведения в этих условиях систематических наблюдений (мониторинг) за состоянием мелиорируемых, рекультивируемых и охраняемых земель, в частности, за параметрами физико-механических свойств почв, не вызывает сомнений. Однако часто эти параметры трудно измеримы, поэтому совершенствование методов и технических средств определения физико-механических свойств почв, как объектов рекультивации и биогеохимических барьеров, является актуальной задачей. Одним из перспективных методов в этом направлении является зондирование почв клиновидным индентером непосредственно в поле. Мониторинг земель с помощью пенетрации позволяет оперативно отслеживать изменения прочности н структурности почв и, соответственно, изменения их барьерных

РОС. Н-ШИПН^'Ь^Я бив.';.и! и г \

СПстгр^ч-г

свойств, тем самым, решая задачу экологии почв. Пенетрация клином дает результаты, достаточно чувствительные к степени водонасыщенности почвы, что позволяет определить положение гидрохимического барьера, препятствующего смыканию капиллярной каймы с пахотным слоем, а измерение степени водонасыщенности позволяет оценивать и отслеживать изменение состояния почвы в зоне аэрации, где вода находится в капиллярно-подвешенном состоянии, что чрезвычайно важно для предотвращения вторичного засоления почв.

Цель исследований - разработка методики пенетра-ции почв клиновидным индентером для оперативной оценки свойств и мониторинга нарушенных земель при их мелиорации, рекультивации и охране.

Задачи исследования: исследование реакции почвы при пенетрации клиновидным индентером; разработка математической модели реакции клиновидного индентера на физические и механические свойства черноземов обыкновенных и суглинистых почв; разработка нового метода, параметров технического средства контроля и оценки свойств мелиорируемых, рекультивируемых и охраняемых земель, мониторинга нарушенных земель; определение экономической эффективности предлагаемой методики пенетрации черноземов обыкновенных и суглинистых почв клиновидным индентером.

Объектами исследования являются черноземы обыкновенные, суглинки пылеватые и гумусированные.

Предметом исследования является установление взаимосвязи параметров пенетрации с микроагрегатным составом, физическими и механическими характеристиками черноземов обыкновенных и суглинистых почв. Методы исследования, достоверность и обоснованность результатов. В работе использованы эмпирические и теоретические методы исследования. Решения задач базируют-

ся на известных теоретических положениях

механики разрушения почв и почвенных частиц, экспериментальных данных, полученных на специальных лабораторных установках и моделях. Достоверность результатов проведенных исследований и выводов экспериментально подтверждается апробированными моделями изучаемых явлений и статистической обработкой результатов опытов. Исследования выполнены с использованием стандартного измерительного оборудования, прошедшего государственную аттестацию.

Научная новизна работы состоит в следующем: впервые предложено и научно обосновано применение клиновидного индентера для определения комплекса физико-механических характеристик почв, позволяющего оперативно отслеживать изменения их прочности, структурности, барьерных свойств, влияющих на устойчивое функционирование агроландшафтов; научно обосновано измерение характеристик почв, ранее не определявшихся при пенетра-ции: показателя структурности, модуля упругости, энергии трещинообразования, предельного сопротивления сдвигу, направления анизотропии прочности; впервые установлено циклическое изменение сопротивления почвы и грунта внедрению пенетрометра с клиновидным наконечником. Защищаемые положения. На защиту выносятся: предложенная методика пенетрации почв клиновидным инденте-ром с малой скоростью и на малых перемещениях, позволяющая увеличить число определяемых характеристик физико-механических свойств почв, по сравнению с известными методиками; требования к конструкции и режимам работы технического средства, методу полевого контроля состояния почвы, почвообразующих пород для оперативной оценки свойств и мониторинга нарушенных земель; математическая модель реакции клиновидного индентера, алгоритм расчета характеристик физико-механических свойств

черноземов обыкновенных и суглинистых почв по результатам пенетрации.

Практическая значимость работы: предлагаемая методика позволяет вести контроль состояния почв и грунтов in situ, сохраняя их естественную структуру, сокращая трудоемкость и длительность единичного испытания, что позволяет сделать испытания более достоверными и массовыми, по сравнению с аналогами; предлагаемые метод и техническое средство дают большее число измеряемых параметров для оперативной оценки свойств и мониторинга нарушенных земель: показателя структурности, модуля упругости, энергии трещинообразования, предельного сопротивления сдвигу, направления анизотропии прочности; предлагаемый метод контроля и исследования свойств нарушенных земель является чувствительным к изменениям микроструктуры при деградации почв (ее силовым и энергетическим параметрам), что повышает его надежность и оперативность, по сравнению с аналогами.

Апробация результатов исследования. Основные положения дассертации докладывались, демонстрировались и обсуждались на: Международных конференциях молодых ученых и студентов «Актуальные проблемы современной науки» в 2000 г., 2001 г., 2003 г. (г.Самара); Международной научно-практической конференции в 2002 г. (г.Пенза); Всероссийской научно-практической конференции в 2002 г. (г.Вологда); Международном Форуме по проблемам науки, техники и образования в 2001г., 2002 г. (г.Москва); семинаре аспирантов АДФ КубГТУ в 2002 г.; заседании кафедры кадастра и геоинженерии КубГТУ в 2004 г.; научных семинарах КГАУ в 2004 г. и 2005 г. (г.Краснодар).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 9 печатных работ (статей - 7, тезисы докла-дов-2).

Объем и структура работы. Диссертация

состоит из введения, пяти глав, общих выводов, рекомендаций по определению физико-механических свойств почв и грунтов при охране земель, списка использованных источников, включающего 131 наименование, 7 приложений. Работа изложена на 190 страницах компьютерного текста, включает 20 таблиц, 55 рисунков.

Основное содержание работы

Во введении обосновывается актуальность избранной темы и направлений исследований.

В первой главе «Обзор существующих методов исследования нарушенных земель как объектов рекультивации, природных биогеохимических барьеров» проанализированы существующие методы испытания почвенно-грунтовых тел статическим зондированием, с постоянной скоростью нагружения, постоянной скоростью деформации, пенетрационные испытания, а также способы и средства оперативного контроля за состоянием мелиорируемых, рекультивируемых и охраняемых земель. Вопросами экспериментального изучения и теоретического осмысления физико-механических свойств почвообразуюхцих пород и почвы, как активно функционирующего органо-минерального тела, компонента агроландшафтов, занимались как зарубежные, так и отечественные ученые: К. Терцаги, Д. Тейлор, П.А. Ребиндер, М.Е. Харр, В.Р. Вильяме, H.A. Цыто-вич, М.Н. Гольдштейн, В.Г. Березанцев, С.С. Вялов, Е.М. Сергеев, Н.Б. Урьев, В.В. Докучаев, П.А. Костычев, С.С. Неуструез, П.С. Коссович, Доспехов, А.Н. Костяков, К.К. Гедройц, Д.Н. Прянишников, JI.B. Кирейчева, H.H. Дубе-нок, Л.И. Прасолов, В.А. Ковда, О.Г. Растворова, C.B. Нер-пин, А.Ф. Чудновский, В.И. Осипов, А.Ф. Вадюнина, H.A. Качинский, З.А. Корчагина, В.Ф. Разоренов, А.Н. Зеленин, Б.И. Кулаякин, В.А. Волосухин, Ю.А. Свистунов, П.А. Ля-шенко, В.А. Русанов, К.Ш. Шадунц, А.И. Голованов, Ю.А.

Мажайский, Ф.И. Козловский, К.Г. Моисеев,

И.М. Габбасова и др. Наиболее перспективным методом определения прочностных характеристик почвенно-грунтовых тел является метод полевого статического зондирования жестким наконечником конической формы, дающий возможность обследования больших массивов нарушенных земель с наименьшими трудозатратами. Однако традиционный метод статического зондирования грунтов (СТР) с определением двух параметров зондирования, да и более современные конструкции с измерением местного трения, тензодатчиками, встроенными инклинометрами и т.п., другие существующие методы испытания не могут в полной мере решить поставленные задачи исследования нарушенных земель, как объектов рекультивации и природных биогеохимических барьеров, так как не реагируют на трещино-ватость почвогрунтов, не позволяют учитывать реакцию микроструктуры, которая определяет их деформационные и прочностные свойства. Кроме того, физические свойства и прочностные характеристики почвенно-грунтовых тел пе-нетрационным методом недостаточно исследованы, в частности, не изучена связь с микроагрегатным составом и с энергией трзщинообразования. Критический анализ позволил прийти к выводу: способ и устройство для зондирования должны быть достаточно чувствительными для того, чтобы регистрировать неравномерное изменение сопротивления почвы при постоянной скорости вдавливания наконечника: 1) где ^-скорость перемещения наконечника зонда; «-перемещение наконечника; /— время. Плавное зондирование клином позволит определять прочностные и деформационные характеристики почв, необходимые при создании и эксплуатации гидромелиоративных сооружений: каналов, дрен, кротодрен. Непосредственные измерения модуля деформации почвы в месте строительства кротодрен позволят более точно прогнозировать осадку по-

верхности в месте их закладки с учетом изменения влажности в процессе их эксплуатации. Мониторинг изменения значения предельного сопротивления сдвигу т„ проводимый с помощью зондирования, позволит предотвратить преждевременное разрушение кротодрен и продлить срок их службы. Задачи охраны земель включают разработку способов контроля состояния мелиоративных систем, в частности, устойчивости русел каналов. Изменения прочности почвы в дамбах и откосах каналов приводят к их оползанию и потере формы сечения. Контроль прочности почвы, в данном случае, предусматривает мониторинг значений тя и удельной энергии трещинообразования на поверхности а7 почвы. Оперативность и сравнительная дешевизна способа контроля с помощью зондирования позволит отслеживать любые изменения состояния механических характеристик почвы с большой точностью и своевременностью. Однако все изложенное станет возможным после разработки методики пенетрации почв клиновидным индентером.

Во второй главе «Экспериментально-теоретическое обоснование методов пенетрации почвы и грунта для контроля за состоянием мелиорируемых, рекультивируемых и охраняем!,IX земель, мониторинга нарушенных земель» обоснованы параметры лабораторной модели пенетрации, описана методика испытания образцов, приведены результаты испытаний почв природной и заданной структуры, расчеты скорости изменения силовой реакции, работы деформации грунта, изменения силовой реакции, приращения деформации, работы деформации по циклам. Возможность регистрировать цикличность скорости изменения силы сопротивления является критерием пригодности способа и устройства для оценки и контроля структурности, изменения влажности, прочностных и деформационных свойств почвы. Этому критерию, как показал анализ, отвечает зонд с клиновидным наконечником, осуществляющий плавное пе-

ремещение наконечника с постоянной скоростью и непрерывную регистрацию силы вдавливания, перемещения клина и угла его поворота, конструкция которого разрабатывается в КубГТУ и КГАУ (рисунок 1).

1 - силовой блок с измерителем силы вдавливания клина; 2 - блок измерения осевого перемещения клина и угла его поворота; 3 - блок обработки данных и анализа результатов

Рисунок 1 - Принципиальная схема устройства зондирования почвы клином

В наших исследованиях испытание глинистых грунтов (суглинок пылеватый с плотностью ~1,8 г/см3 и влажностью - 0,10 д.е.) проводилось на лабораторном стенде с постоянной скоростью внедрения клиновидного пенетрометра (рисунок 2). Скорость внедрения наконечника пенетрометра для лабораторной модели (прямоугольный параллелепипед с размерами 115x43x35 мм) определялась, исходя из двух взаимно противоположных тенденций: сократить время испытания; позволить завершиться процессам консолидации. Опираясь на исследования процесса консолидации глинистого грунта (Ляшенко П.А., Денисенко В.В.) при сжатии в компрессионном приборе, в качестве оптимального значения была выбрана скорость пенетрации 1 мм/мин. Шаг регистрации силовой реакции пробы грунта (0,02 мм для фиксации структурных неоднородностей грунта) был предопределен конструкцией автоматизированного сдвигового прибора УСТ-А, предусматривающего регистрацию сопро-

тивления грунта с шагом деформации 0,2 мм и 0,02 мм при цене деления датчика силы 0,4 Н. В диапазоне деформации 5 мм прибор фиксирует при шаге 0,02 мм 250 пар значений силы и перемещения наконечника пенетрометра. Отношение большей стороны клина Ь к меньшей 1} - показатель асимметрии: Х=Ь/1). При отработке методики опыты проводились с тремя видами пенетрометров: симметричный - угол заострения 15°, длина сторон - 42 мм (Х=1); несимметричный - угол заострения 15 , соотношение сторон 38/36 мм (1=1,05); несимметричный - угол заострения 15°, соотношение сторон 42/37 мм (1=1,13).

} 15

1 - рамка с фунтом; 2 - пенетрометр; 3 - траектория трещины

Рисунок 2 - Схема внедрения клина в лабораторную модель По полученным данным (перемещение и, мм и напряжения реакции Т, кПа) определялась сила сопротивления грунта внедрению зонда (сила реакции Р, Н) и скорость изменения силы реакции с!Р/с1и, Н/мм. Угол поворота клина при погружении в грунт (почву) измерялся с использованием муаровых полос, возникавших при скрещении регулярных штрихов на клане со штрихами на станине прибора. По фотографиям муаровой картины измерялись расстояния между полосами одного цветаЦ.Расчет угла поворота производился

по формуле: § _ (2) где 5-угол поворота клина,

град.; Ц - расстояние между осями штрихов, мм; с15 - расстояние между муаровыми полосами, мм. Установлено, что скорость изменения реакции изменяется циклически; сту-

пенчатое изменение реакции грунта вызвано скачкообразным ростом трещины перед острием клина: накопление напряжений - прирост длины трещины образуют цикл деформации; циклы деформации ранжированы по значениям приращений работы деформации; траектория трещины в грунте или почве перед концом клина отклоняется от оси симметрии клина; угол отклонения определяется показателем асимметрии клина: чем больше показатель, тем больше угол * отклонения; асимметрия клина влияет на показатели сопро- 1 тивления грунта. Испытания грунтов пенетрацией (суглинки по классификации ГОСТ 25100-95) и почв (черноземы из ст. Каневской, с глубины 40-50 см) производились на образцах, как природной структуры, так и искусственно за-формованных из раздробленных и просеянных природных грунтов на приборе С-1 (конструкция В.В. Денисенко, ЗАО «СевКавТИСИЗ»), позволяющем прикладывать к пробе постоянно возрастающую силу и непрерывно регистрировать перемещение наконечника пенетрометра с шагом 0,02 мм. Скорость увеличения силы вдавливания была принята такой, что средняя скорость перемещения составила 1 мм/мин. Увеличение силы сопротивления почвы внедрению клина происходит немонотонно, ее изменение имеет циклический характер. Скорость изменения силовой реакции возрастает до определенной величины, а затем падает до нуля на интервале перемещения клина от 0,02 до 0,40 мм (рисунки 3,4). Число циклов в заданном диапазоне перемещений клина (5,0 мм) зависит от состояния почвы, которое можно охарактеризовать влажность, плотностью скелета и пористостью. По результатам экспериментов были рассчитаны коэффициенты корреляции физических свойств почвы с числом циклов деформации. Испытание почвы (суглинок гумусированный с числом пластичности 1р=0,164 и показателем текучести 1ь=0,1, с весовой влажностью >^=0,10, плотностью р=1,67-1,70 г/см3, с искусственно подобранным

гранулометрическим составом) производилось с

целью установления связи между прочностью микроструктуры и гранулометрическим, микроагрегатным составом.

Рисунок 3 - Диаграмма сопротивления почвы (образец С201) внедрению клиновидного наконечника

Глубина погружения н,им

Рисунок 4 - Скорость изменения вдавливающей силы (образец С201) с увеличением глубины погружения наконечника

Для каждой пробы определялись значения медианного диаметра с^о, как обобщенной характеристики гранулометрического состава почвы. Испытания показали, что число циклов 1-го порядка, с амплитудой 300 Н/мм, сильно коррелирует с медианным диаметром <15о, т. е. с показателем крупности почвы: чем крупнее зерно, тем больше крупных пор на пути движения клина (0,934); хорошо соответствуют крупности зерен циклы деформации 2-го порядка (-0,823), слабее - 3-го порядка (-0,554).

Работа деформации в каждом цикле на восходящей ветви меньше, чем на нисходящей: Ае<ДАг, (3) где ДАе-прираще-ние работы упругой деформации; АА г- приращение работы неупругой деформации. На восходящей ветви циклов ДАе можно выделить, по крайней мере, два уровня их изменения. Приращения на нисходящей ветви циклов, ДАГ, отличаются большим количеством выделяемых уровней (рисунки 5,6). Четкая дифференциация значений по уровням является следствием дискретности перемещений (0,02 мм). Наличие нескольких уровней свидетельствует о достаточной точности измерений, так как длина полуцикла равна или больше цены деления. Приращения работы деформации можно аппроксимировать функциями, имеющими вид: у = Ах5 + Вх4 + Сх3 + ЕЪс2 + Ех ± 1,(4) где А, В, С, Б, Е, 1-эмпирические коэффициенты. Величина достоверности аппроксимации близка к 1(от 0,99 до 1). Из данных опытов следуют выводы: амплитуда скорости изменения реакции может принимать отрицательные значения при достаточно большом перемещении клина; зависимость скорости изменения силовой реакции грунта <№/с1и от глубины погружения клина имеет циклический характер); реакция почвы при этом монотонно увеличивается: на 1-ом интервале на АРе, а на 2-ом - на ДРГ; чем больше медианный диаметр с^о, тем больше число ординарных циклов на единицу глубины погружения; наиболее контрастно неравенство ЛАе<ЛАг проявляется у симметричного клиновидного наконечника с показателем асимметрии Х=1 (Аг:Ае=9,18), наименее - несимметричный клин (1=1,13) с ярко выраженной асимметрией сторон (Аг:Ае=2,45), т.е. параметры пенетрометров оказывают существенное влияние на результаты испытаний. В третьей главе «Разработка методики определения феноменологических характеристик почв и грунтов» приведена методика расчета характеристик испытанных образцов почв по формулам (5-8).

В в Ч

44 <

•О

2,5

Juiul

О О* о ©*•-"»■• « I-* rí « N N PI п « tn m «л * *

Рисунок5-Приращение механической работы упругой деформации

в а

Ц ? 8 а. 8. з. Ч 3. 8. 8 Я 8 8 S 8. ^ 3. 8 8. 8 Я 5 8 $ 8.

ООО« .-«-.«.».fffifiHHwwrtwmt^ftti

Рисунокб-Приращение механической работы неупругойдеформации £ = a>*^Jcosa*(}-v2)*AYe *cos5 ^ r _ AY е * cos S * 10 3 Mh*Aue ' (А«г )2

_ Are*cosJ*cos2g*103 (Т) _ 2(1+у)»г, *AYg *cos¿*(AmJ

• ^ Ee*2B*btr Л '

где Ее - модуль упругой деформации, МПа; ts - предельное сопротивление грунта (почвы) сдвигу, кПа; о, - удельная энергия трещинообразо-вания, Дж/м2; R - удельное сопротивление грунта (почвы) вдавливанию клина, кПа; <о - коэффициент, зависящий от отношения длины грани клина к его толщине (ca=h/(B*cosa); h - высота треугольной части клина, контактирующей с грунтом (почвой), мм; В - толщина клина, мм; а - половина угла заострения клина, град.; v - коэффициент поперечной деформации почвы или грунта (Пуассона); AYe - приращение циклически изменяющейся силы сопротивления грунта (почвы) на участке ее возрастания, Н; § - угол поворота клина, град.; Ди* и Ди, - приращение перемещения клина на участке возрастания (снижения) силы сопротивления грунта (почвы), соответственно, мм.

Для всех серий испытанных образцов

определили феноменологические характеристики и рассчитали коэффициенты корреляции (таблица 1).

Таблица 1 - Корреляция средних значений модулей упругой деформации Ее, предельного сопротивления сдвигу т„ удельной энергии трещинообразования ау с характеристиками физических свойств почвы

Номер пробы Среднее значе-ниеЕе, МПа Среднее значение т5,кПа Среднее значение ау, Дж/м2

С301 20,44 34,35 110,52

С302 20,48 34,61 83,35

СЗОЗ 17,79 31,11 91,28

С304 17,18 29,32 55,56

С305 15,66 26,72 35,79

С306 10,69 21,72 13,42

С307 10,98 20,08 6,44

С308 12,15 21,20 6,02

г (V/; X) -0,942 -0,962 -0,944

г(е;Х) -0,941 -0,957

г(р<ьХ) 0,932 0,948

Примечание - X обозначает величины Ее; т5; аг

Таким образом, можно сделать следующие выводы: анализ циклов скорости изменения реакции позволяет установить, что при возрастании реакции происходит упругая деформация без разрушения почвенно-грунтового тела, а при убывании - неупругая деформация с локальным разрушением; по данным пенетрации можно определять феноменологические характеристики почв и грунтов: модуль упругости на участке упругой деформации; предельное сопротивление почвы сдвигу; удельную энергию трещинообразования; при плотности почвогрунтов больше 1,6 г/см3 испытания показали сильную корреляцию Ее и тЛ с их физическими свойствами. При плотности меньше 1,4 г/см3 такой корреляции нет, и значения Ее и г, не зависят от ¡V, ей

В четвертой главе « Изучение физических свойств почвы на основе оценки работы деформации» приведены расчеты интегральных значений работы деформации, про-

анализированы изменения максимальной силы

сопротивления почвы внедрению клина в зависимости от влажности и связь числа циклов деформации с физическими свойствами почвы. Оценка влажности, плотности и пористости почв и грунтов по сопротивлению внедрению зонда лежит в основе методики мониторинга состояния почвы или грунта. Регистрация циклического изменения скорости перемещения клиновидного наконечника зонда при постоянной скорости увеличения нагрузки на него позволяет выделить упругую и неупругую части механической работы деформации образца. Доля работы упругой деформации уменьшается с увеличением влажности, а доля работы неупругой деформации - возрастает. Коэффициенты корреляции выше 0,8, что позволяет аппроксимировать эти зависимости функциями влажности (таблица 2): Ar = кА Ln{W) + СА, Je =Сяе'ш,( 9)где ^ = ^ ^ = ^

псус п сус

Таблица 2 - Параметры аппроксимации долей работы в

зависимости от влажности почвы

Серия образцов ®среда д.е. и СА X CR w, % Pd, г/см3

С101-С108 1,718 35,3 -31,82 0,083 133,6 27,3 1,003

С201-С207 1,793 6,13 79,35 0,139 21,98 24,2 0,979

С304-С308 0,828 17,1 56,73 0,269 55,98 20,0 1,472

Сила вдавливания клина в образец существенно зависит от влажности почвы (больше влажность - меньше сопротивление почвы внедрению клина). Для каждой серии образцов зависимость максимальной силы сопротивления от влажности Р(^ носит ниспадающий характер (рисунок 7) и хорошо аппроксимируется (таблица 3) экспоненциальной

функцией вида (формула 10): Р=Срё~и,г,^щ где ц и Ср-кон-

станты аппроксимации. Во всех трех сериях число циклов

снижалось с увеличением влажности почвы. Связь между этими величинами оценена значениями коэффициента корреляции: -0,880, -0,954 и -0,958, соответственно, поэтому ее можно представить в виде функциональной зависимости числа циклов от влажности (формула И) вида:

= ае

-bW

ф ~~ ' (11) где а и Ь ~ постоянные для каждой

серии образцов коэффициенты, зависящие от с^о", IV - влажность почвы весовая. Коэффициенты а и Ь приведены в таблице 4. Достоверность аппроксимации выше, чем 0,8.

Серия образцов C301-C308

2 .6

8 | ? 2

I § I ,s

I ? 5 i|i 1

* § i 0,5

yTVeej , -0.J2X - — ---- -

i 2 - 0 .95

12 7 13,7 14 7 17,4 ia,ä 2 1,0 2 1,2 21.»

Влажность почвы %

Рисунок 7-Изменение максимальной силы сопротивления почвы внедрению клина в зависимости от влажности

Таблица 3 - Параметры аппроксимации силы сопротив-

Серия образцов Серед сР wcpM% Pd г/см

С101-С108 1,718 0,0856 1,963 27,3 1,003

С201-С207 1,793 0,2012 0,3712 24,2 0,979

С301-С308 0,781 0,320 2,85 17,6 1,532

Таблица 4 - Коэффициенты пористости и коэффициенты связи влажности почвы с числом циклов деформации

Серия образцов е есред Псус а b R2

С101-С108 1,621-1,980 1,718 51-15 68,25 0,183 0,838

С201-С207 1,510-2,153 1,793 43-16 53,02 0,152 0,910

С301-С308 0,623-0,894 0,781 105-32 148,26 0,186 0,898

Число циклов зависит от микроагрегатного состава и от влажности и служит основой метода экспресс-анализа

влажности почвы. Используя зависимость (11), можно построить номограмму для определения структурного показателя ¿50 (рисунок 8).

Рисунок 8 - Номограмма для определения структурного показателя почвы с^о в зависимости от влажности и числа циклов деформации при пенетрации клином

Оценка степени водонасьпценности почвы по глубине разреза позволяет определить положение гидрохимического барьера, препятствующего смыканию подвижной капиллярной каймы (положение ее верхней границы изменяется в зависимости от состояния атмосферы) с пахотным слоем. Пенетрация клином дает результаты, достаточно чувствительные к степени водонасьпценности - сильная корреляционная связь степени водонасьпценности с числом циклов деформации грунта или почвы (от -0,706 до -0,946).

В пятой главе « Экономическая эффективность методики оперативного контроля за состоянием земель» по общепринятой методике произведен расчет показателей экономической эффективности: ЧДЦ=1257руб. (для суглинистых почв) и 6475 руб. (для черноземов обыкновенных), дисконтированный срок окупаемости капиталовложений N0 =0,2 и 0,1 года, соответственно, уровень рентабельности превышает 100%,что свидетельствует об обоснованном применении предлагаемой методики.

Общие выводы

1. На основе разработанной математической модели реакции клиновидного индентера при внедрении его в черноземы обыкновенные и суглинистые почвы с различными физическими и механическими свойствами установлено, что скорость изменения реакции изменяется циклически: увеличивается до определенного значения, а затем падает до нуля на малом перемещении клина (0,02 - 0,10 мм). Максимальная скорость изменения реакции имеет разные значения для разных циклов, наименьшее - для циклов первого порядка. Циклическое изменение реакции грунта вызвано скачкообразным перемещением клина - чередованием упругой и пластической деформации почвы на его гранях, а также ростом трещины перед острием клина. Произведен анализ циклов скорости изменения реакции. Установлено, что при возрастании реакции происходит упругая деформация грунта или почвы, а при убывании - неупругая. На участке упругой деформации по данным пенетрации определяется модуль упругости, на участке неупругой деформации - предельное сопротивление почвы сдвигу, а для циклов порядка выше 1-го - удельная работа трещинообразования.

2. Установлено экспериментально, что траектория трещины в суглинистых почвах перед концом клина отклоняется от его оси симметрии. Угол отклонения зависит от показателя асимметрии клина: чем больше показатель асимметрии, тем больше угол отклонения трещины. Установлены и другие зависимости. Чем больше показатель асимметрии, тем: больше максимальная скорость изменения реакции; больше доля работы упругой деформации; меньше сила реакции почвы; меньше затраты механической работы.

3. Определены параметры пенетрации, позволяющие расширить номенклатуру измеряемых характеристик черноземов обыкновенных и суглинистых почв: скорость перемещения клина 0,05-2,0 мм/мин; скорость увеличения силы

вдавливания 1-10 Н/мин; цена деления датчика перемещений 0,005 - 0,02 мм; цена деления динамометра 1-5 Н; цена деления угломера 0,1 град.

4. Доказано, что число циклов деформации при стандартном погружении клина зависит от микроагрегатного состава почвы: чем больше медианный диаметр микроагрегатного состава, тем больше число ординарных циклов (1-го порядка) на единицу глубины погружения. Испытания образцов почвы показали, что доли работы деформации, отвечающие упругой и неупругой частям, имеют связь с влажностью почвы с коэффициентами корреляции 0,847... 0,870.

5. Доказано, что число циклов деформации и сила сопротивления почвы клину зависят от ее влажности: с увеличением они убывают по экспоненциальной зависимости.

6. Пенетрация клиновидным индентером дает оценку степени водонасыщенности по числу циклов деформации для почв (они имеют меньшую плотность) и оценку плотности по числу циклов деформации для почвообразующих пород (они плотнее почв).

7. Зависимости, отмеченные в п.п.4 и 5, позволяют создать экспресс-метод анализа структурности почвы, основанный на экспериментальном определении ее влажности и числа циклов деформации при пенетрации почвы клином.

8. Разработана методика пенетрации почв клиновидным индентером для оперативной оценки свойств и мониторинга нарушенных земель при их мелиорации, рекультивации и охране, построенная на методе точной пенетрации с малой скоростью и на малых перемещениях, с непрерывной регистрацией перемещения клина, его поворота и реакции почвы, а также на закономерных связях параметров пенетрации с влажностью, показателем структурности, модулем упругости, предельным сопротивлением сдвигу, энергией тре-щинообразования, направлением анизотропии прочности.

9. Расчет экономической эффективности

предлагаемой методики оперативного контроля за состоянием земель показал положительное значение ЧДД, равного 6475 рублей (для черноземов обыкновенных) и 1257 рублей (для суглинистых почв), при сроке окупаемости 0,1 и 0,2 года, соответственно. Это свидетельствует о том, что применение предлагаемой методики является обоснованным. По теме диссертации опубликованы работы

1.Кравченко Э.В. Испытание грунта пенетрометром /Э.В. Кравченко// Актуальные проблемы современной науки: Тез. докл. Международ, конф., сент. 2000г. - Самара, 2000.- С.94.

2.Кравченко Э.В. Определение прочности грунта /Э.В. Кравченко, П.А. Ляшенко// Актуальные проблемы современной науки: Тез. докл. Международ. конф., сент. 2001г. - Самара, 2001.- С.186.

3.Кравченко Э.В. Внедрение клиновидного зонда в глинистый грунт/

3.В. Кравченко, П.А. Ляшенко// Международный Форум по проблемам науки, техники и образования: Сб.науч.тр.-М., 2001. -Т.З.-С. 152-154.

4.Кравченко Э.В. Сопротивление структуры глинистого грунта внедрению жесткого зонда /Э.В. Кравченко//Горн. инф.-анал. бюллет - 2002.

5.Кравченко Э.В. Применение статического зондирования к изучению механических свойств грунтов /Э.В. Кравченко// Проблемы строительства, инженерного обеспечения и экологии городов: Сб. материалов Международной научно-практической конференции, Пенза, нояб. 2002г. - Пенза, 2002. - С.226-228.

6.Кравченко Э.В. Исследование напряженно-деформированного состояния грунтовых тел для решения прикладных задач дорожного строительства /Э.В. Кравченко//Актуальные проблемы современного дорожного строительства и хозяйства: Сб. материалов Всероссийской научно-практической конференции, Вологда,окт.2002г.-Вологда,2002.-С. 68-70.

7.Кравченко Э.В. О методах испытания фунтов с постоянной скоростью нагружения /Э.В. Кравченко, П.А. Ляшенко, В.В. Денисенко// Международный Форум по проблемам науки, техники и образования: Сб.научнлр. - М„ 2002. - Т.З. - С. 133-135.

8.Кравченко Э.В. О методе пенетрации грунта с постоянной скоростью внедрения клиновидного наконечника /Э.В. Кравченко// Актуальные проблемы современной науки: Сб. материалов Международной конференции молодых ученых и студентов, Самара,сент. 2003г.-Самара, 2003.

9.Кравченко Э.В. Метод пенетрации фунта с постоянной скоростью нафужения клиновидного наконечника /Э.В. Кравченко, П.А. Ляшенко// Сб.науч.тр./ КубГТУ. - Краснодар, 2004.

Лицензия ИД0233414.07.2000.

"Подписанов печать 23.03.2005. Формат60x84/16

Бумага офсетная Офсетная печать

Пвч.лЛ Заказ №164 ТярэжТОО

Отпечатано в типографии ФГОУ ВПО «Кубанский ГАУ» 3500444, г. Краснодар, ул. Калинина, 13

РНБ Русский фонд

2005-4 42655

«s э £ » 'i Í

! 3346

22 «П

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Кравченко, Эллина Владимировна

ВВЕДЕНИЕ.

1 ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ НАРУ -ШЕННЫХ ЗЕМЕЛЬ КАК ОБЪЕКТОВ РЕКУЛЬТИВАЦИИ, ПРИРОДНЫХ БИОГЕОХИМИЧЕСКИХ БАРЬЕРОВ.

1.1 Почва как объект исследования в мелиорации, рекультивации и при охране земель.

1.2 Физико-механические свойства почв и грунтов, оборудование и методы их изучения.

1.3 Анализ методов испытаний почв и грунтов для мониторинга нарушенных и мелиорируемых земель.

1.3.1 Метод испытания почв и грунтов с постоянной скоростью нагру-жения. Цикличность скорости деформации.:.

1.3.2 Метод испытания почв и грунтов с постоянной скоростью деформации. Цикличность изменения силовой реакции грунта.

1.3.3 Метод пенетрационных испытаний почв и грунтов.

1.4 Способы и средства оперативного контроля за состоянием мелиорируемых, рекультивируемых и охраняемых земель.

1.4.1 Контроль структурности почвы.

1.4.2 Контроль влажности почвы.

1.4.3 Контроль прочностных и деформационных свойств почвы.

1.5 Выводы, цель и задачи исследования, рабочая гипотеза.

2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДОВ ПЕНЕТРАЦИИ ПОЧВЫ И ГРУНТА ДЛЯ КОНТРОЛЯ ЗА СОСТОЯНИЕМ МЕЛИОРИРУЕМЫХ, РЕКУЛЬТИВИРУЕМЫХ И ОХРАНЯЕМЫХ ЗЕМЕЛЬ, МОНИТОРИНГА НАРУШЕННЫХ ЗЕМЕЛЬ.

2.1 Метод пенетрации грунта с постоянной скоростью внедрения клиновидного наконечника.

2.1.1 Выбор скорости внедрения наконечника.

2.1.2 Выбор шага регистрации силовой реакции грунта.

2.1.3 Обоснование параметров лабораторной модели пенетрации.

2.1.4 Сопротивление глинистого грунта пенетрации.

2.2 Метод пенетрации почвы и грунта с постоянной скоростью нагружения клиновидного наконечника.

2.2.1 Методика испытания образцов.

2.2.2 Результаты испытаний почв природной структуры.

2.2.3 Результаты испытаний почв заданной структуры.

2.3 Обработка результатов лабораторных испытаний почв и грунтов пе-нетрацией.

2.3.1 Расчет скорости изменения силовой реакции и работы деформации почвы и грунта.

2.3.2 Расчет изменения силовой реакции, приращения деформации и работы деформации по циклам.

3 РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ФЕНОМЕНОЛОГИЧЕ -СКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОЧВ И ГРУНТОВ.

3.1 Определение модуля деформации.

3.2 Определение предельного сопротивления сдвигу.

3.3 Определение удельной энергии разрушения.

4 ИЗУЧЕНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОЧВЫ НА ОСНОВЕ ОЦЕН

КИ РАБОТЫ ДЕФОРМАЦИИ.

4.1 Расчеты интегральных значений работы деформации.

4.2 Уменьшение сопротивления клину при увеличении влажности почвы.

4.3 Связь числа циклов деформации с физическими свойствами почвы.

5 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ МЕТОДИКИ ОПЕРАТИВНОГО КОНТРОЛЯ ЗА СОСТОЯНИЕМ ЗЕМЕЛЬ.

Введение Диссертация по сельскому хозяйству, на тему "Определение физико-механических свойств почв и грунтов методом зондирования клиновидным индентером при охране земель"

Около 6 млн. га высокопродуктивных сельскохозяйственных земель в России выбыло из оборота только во влагообеспеченных зонах. Еще больше потери продуктивной пашни в зонах недостаточного увлажнения. Катастрофическое снижение плодородия почв объясняется нерациональным применением новых технологий, энергетических средств технологических машин и агрегатов разрушающе воздействующих на почву и усиливающих водную и ветровую эрозию [44]. Обработка почв приводит к изменению механической прочности почвенных агрегатов, закономерно убывающей с возрастанием длительности их сельскохозяйственного использования (прочность сухих агрегатов 41.49 кПа) [70]. Причинами, по которым почвы выбывают из оборота, являются не только отвод земель под гражданское и промышленное строительство, но также потери их продуктивности, связанные с переуплотнением и переувлажнением почв, т.е. с изменением их физико-механических свойств. Так, например, при переуплотнении почв до 1,4 -1,5 г/см наблюдается снижение урожайности в 1,5 — 2 раза, а при плотности почв выше 1,6-1,7 г/см3 развитие растений практически прекращается [44]. В России 70% пашни (60% товарного зерна) находится в зоне недостаточного и неустойчивого увлажнения. В этой зоне с 1 га пашни теряется 230 м3 влаги. Установлено, что сокращение потерь влаги на 10% может увеличить производство зерна на 30 - 50 млн. тонн. При переувлажнении почв урожайность снижается в основном из-за «замокания» посевов, образования на поверхности «блюдцев». Применение в этих случаях разуплотнителя почв позволяет повысить урожайность зерновых культур до 10%, картофеля до 30% [44]. В обоих случаях: как повышенное испарение влаги из нижних горизонтов почв, так и не прохождение осадков в нижние горизонты почвы связаны с нарушением физико-механических свойств почв.

Проблемами регулирования водного и связанных с ним воздушного, питательного и теплового режимов почв занимается наука—мелиорация (от ла тинского melioratio - улучшение). К мелиорации относятся: осушение и орошение почвы, регулирование рек и поверхностного стока вод, укрепление сыпучих песков и оврагов, улучшение химических свойств почвы (известкование кислых и гипсование засоленных), агролесомелиорация [44]. Смежными с мелиорацией областями науки являются рекультивация и охрана земель.

Рекультивация - это восстановление продуктивности нарушенных земель в результате открытого и отчасти закрытого способа добычи полезных ископаемых. Нарушенные земли делятся на две группы: земли с насыпанным грунтом (промышленные отходы, отвалы подземных горных разработок); земли, разрушенные в результате изъятия грунта, торфа (карьеры, выработанные торфяные месторождения, отвалы при открытых горных работах, провалы на месте подземных разработок). Рекультивация земель состоит из двух этапов: горнотехнического (придание территории формы, пригодной для ее использования, путем планировки отвалов; возвращение плодородного грунта) и биологического (восстановление нарушенных земель путем выращивания древесных или сельскохозяйственных культур) [9].

Охрана почв - система мероприятий по предотвращению разрушения, загрязнения, вторичного засоления, а также непроизводительного использования почвы. Основными факторами, вызывающими разрушение почвы, являются водная эрозия, дефляция, а также загрязнение почвы патогенными микроорганизмами, средствами химизации (гербициды, пестициды, минеральные удобрения), тяжелыми металлами, нефтепродуктами, шлаками. Основные способы охраны - очистка и утилизация стоков, промывка почв и организация правильного режима орошения [9].

Все эти три области наук объединяет необходимость после выполнения работ проводить оценку качества их выполнения, включающую оценку физико-механических свойств почв.

Изучение закономерных соотношений между почвой и средой ее формирования в их взаимодействии и развитии называют экологией почв. Изучение закономерностей напряженно- деформированного состояния почвенно-грунтовых тел необходимо для решения прикладных задач сельского хозяйства, дорожного строительства, строительства зданий и сооружений [50; 84]. Основная проблема инженерных изысканий в этом случае состоит в несоответствии друг другу деформационных и прочностных характеристик почв и грунтов, полученных разными методами [46].

Испытаниям почвенно-грунтовых тел лабораторными методами присущи недостатки: небольшие размеры образцов почв и грунта не дают представления о свойствах грунтовой толщи, поэтому отбирают большое количество проб, что увеличивает стоимость и длительность испытаний. Прочность почвенных агрегатов определяется, в настоящее время, путем испытания на одноосное сжатие образца правильной геометрической формы (цилиндра или призмы) или путем разрушения отдельных агрегатов фракций 3.5 мм и 5.7 мм, что требует отделения пробы от массива почвы, следовательно, снижается достоверность определения прочности.

Существующие методы и технические средства не в полной мере отвечают современным требованиям. Менее трудоемкие и более производительные методы, как полевые, так и лабораторные, не дают достоверных результатов и используются только в комплексе со штамповыми испытаниями. Это усложняет их технологию и не дает гарантий достоверности [46]. Учитывая большие размеры пашни, необходимо развивать полевые экспресс-методы, дающие большие массивы надежной информации о свойствах почвы как мощного биогеохимического барьера в заданный момент и об изменении свойств во времени. Барьерные свойства тесно связаны со структурой почвы, важно в процессе мониторинга определить направление деградации почвы [92].

Поэтому новым и перспективным шагом в исследовании эволюции и свойств нарушенных земель является определение инвариантных характеристик почвы и почвообразующих пород на уровне микроструктуры при зондировании (пенетрации) для контроля за состоянием природных компонентов агроландшафта [64].

Актуальность темы. Серьезным сдерживающим фактором в получении высоких урожаев сельскохозяйственных культур является развитие деградаци-онных процессов в агроландшафтах. Под деградацией агроландшафта понимается устойчивое ухудшение параметров его основных компонентов, в частности, физико-механических свойств орошаемых земель, и как следствие, снижение продуктивного потенциала и средообразующей функции [38].

Одной из главных причин обесструктуривания почв является их переуплотнение, возникающее из-за широкого использования энергонагруженной сельскохозяйственной техники и грубого нарушения поливных режимов сельскохозяйственных культур. В результате этого деградируются почвы, ухудшаются их физико-механические и водно-воздушные свойства, что ведет к резкому снижению их плодородия. Исследования [18; 41] показывают, что при одинаковой поливной норме более частый полив сильнее разрушает структуру почвы (практически земледелие ведется на бесструктурных почвах), увеличивается плотность сложения пахотного и подпахотного слоя (плужная подошва). Это снижает водопроницаемость, затрудняет рост корней и ведет к падению урожайности. По данным 2001 года в РФ насчитывается около 10 млн. га обрабатываемых земель с переуплотненными почвами, требующих проведения агромелиоративных мероприятий. Ежегодно эта площадь возрастает на 100 тыс. га. Развитие мониторинга среды обитания направлено на решение прикладных задач по рациональному использованию и сохранению природных ресурсов, оптимизации и устойчивому функционированию агроландшафтов [64].

Актуальность проведения систематических наблюдений (мониторинг) за состоянием мелиорируемых, рекультивируемых и охраняемых земель, в частности, за параметрами физико-механических свойств почв, не вызывает сомнений. Однако часто эти параметры трудно измеримы [19], поэтому разработка нового метода определения физико- механических свойств почв, как объектов рекультивации и биогеохимических барьеров, является актуальной задачей.

Определение механических характеристик нарушенных земель in situ часто проводится с помощью зондов с коническими наконечниками, внедряемых в почву с поверхности массива [48; 50; 80], позволяющими определить ее «лобовое» сопротивление острию и трение по боковой поверхности [10; 57]. Плоский или клиновидный наконечник позволяет определить модуль общей деформации не только грунта, но и почвы. Зондирование конусом производится параллельно с испытанием почвенно-грунтовых тел штампом и лабораторными определениями характеристик физических свойств, что значительно снижает эффективность зондирования [48]. Пенетрация почв и грунтов клиновидным индентером повышает эффективность зондирования за счет увеличения информативности.

Существующие методы определения прочности почвенных агрегатов требуют отделения пробы от массива почвы, что снижает достоверность определения прочности. Мониторинг земель с помощью пенетрации позволяет оперативно отслеживать изменения прочности и структурности почв и, соответственно, изменения их барьерных свойств, тем самым, решая задачу экологии почв. Пенетрация клином дает результаты, достаточно чувствительные к степени водонасыщенности почвы, что позволяет определить положение гидрохимического барьера, препятствующего смыканию капиллярной каймы с пахотным слоем, а измерение степени водонасыщенности позволяет оценивать и отслеживать изменение состояния почвы в зоне аэрации, где вода находится в капиллярно-подвешенном состоянии, что чрезвычайно важно для предотвращения вторичного засоления почв.

Цель исследований — разработка методики пенетрации почв клиновидным индентером для оперативной оценки свойств и мониторинга нарушенных земель при их мелиорации, рекультивации и охране.

Объектами исследования являются черноземы обыкновенные, суглинки пылеватые и гумусированные.

Научная новизна работы состоит в следующем:

- впервые предложено и научно обосновано применение клиновидного индентера для определения комплекса физико-механических характеристик почв, позволяющего оперативно отслеживать изменения их прочности, структурности, барьерных свойств, влияющих на устойчивое функционирование аг-роландшафтов;

- научно обосновано измерение характеристик почв, ранее не определявшихся при пенетрации: показателя структурности, модуля упругости, энергии трещинообразования, предельного сопротивления сдвигу, направления анизотропии прочности;

- впервые установлено циклическое изменение сопротивления почвы и грунта внедрению пенетрометра с клиновидным наконечником.

Практическая значимость работы:

- предлагаемая методика позволяет вести контроль состояния почв и грунтов in situ, сохраняя их естественную структуру, сокращая трудоемкость и длительность единичного испытания, что позволяет сделать испытания более достоверными и массовыми, по сравнению с аналогами;

- предлагаемые метод и техническое средство дают большее число измеряемых параметров для оперативной оценки свойств и мониторинга нарушенных земель: показателя структурности, модуля упругости, энергии трещинообразования, предельного сопротивления сдвигу, направления анизотропии прочности;

- предлагаемый метод контроля и исследования свойств нарушенных земель является чувствительным к изменениям микроструктуры при деградации почв (ее силовым и энергетическим параметрам), что повышает его надежность и оперативность, по сравнению с аналогами.

Апробация результатов исследования. Основные положения диссертации докладывались, демонстрировались и обсуждались на: Международных конференциях молодых ученых и студентов «Актуальные проблемы современной науки» в 2000 г., 2001 г. и 2003 г. (г.Самара); Международной научно-практической конференции в 2002 г. (г. Пенза); Всероссийской научно-практической конференции в 2002 г. (г. Вологда); Международном Форуме по проблемам науки, техники и образования в 2001г., 2002 г. (г. Москва); семинаре аспирантов АДФ КубГТУ в 2002 г. (г.Краснодар); заседании кафедры кадастра и геоинженерии КубГТУ в 2004 г. (г.Краснодар); научных семинарах КГАУ в 2004 г. и 2005 г. (г. Краснодар).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 9 печатных работ (статей - 7, тезисы докладов-2). Защищаемые положения. На защиту выносятся:

- предложенная методика пенетрации почв клиновидным индентером с малой скоростью и на малых перемещениях, позволяющая увеличить число определяемых характеристик физико-механических свойств почв, по сравнению с известными методиками;

- требования к конструкции и режимам работы технического средства, методу полевого контроля состояния почвы, почвообразующих пород для оперативной оценки свойств и мониторинга нарушенных земель;

- математическая модель реакции клиновидного индентера, алгоритм расчета характеристик физико-механических свойств черноземов обыкновенных и суглинистых почв по результатам пенетрации.

Заключение Диссертация по теме "Мелиорация, рекультивация и охрана земель", Кравченко, Эллина Владимировна

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

Циклическое изменение реакции грунта вызвано скачкообразным перемещением клина — чередованием упругой и пластической деформации почвы на его гранях, а также ростом трещины перед острием клина. Произведен анализ циклов скорости изменения реакции. Установлено, что при возрастании реакции происходит упругая деформация грунта или почвы, а при убывании — неупругая. На участке упругой деформации по данным пенетрации определяется модуль упругости, на участке неупругой деформации - предельное сопротивление почвы сдвигу, а для циклов порядка выше 1-го -удельная работа трещинообразования.

Установлены и другие зависимости. Чем больше показатель асимметрии, тем: больше максимальная скорость изменения реакции; больше доля работы упругой деформации; меньше сила реакции почвы; меньше затраты механической работы.

3. Определены параметры пенетрации, позволяющие расширить номенклатуру измеряемых характеристик черноземов обыкновенных и суглинистых почв:

- скорость перемещения клина 0,05-2,0 мм/мин; скорость увеличения силы вдавливания 1-10 Н/мин; цена деления датчика перемещений 0,005 - 0,02 мм;

- цена деления динамометра 1-5 Н; цена деления угломера 0,1 град.

6. Пенетрация клиновидным индентером дает оценку степени водонасыщенности по числу циклов деформации для почв (они имеют меньшую плотность) и оценку плотности по числу циклов деформации для почвооб-разующих пород (они плотнее почв).

8. Разработана методика пенетрации почв клиновидным индентером для оперативной оценки свойств и мониторинга нарушенных земель при их мелиорации, рекультивации и охране, построенная на методе точной пенетрации с малой скоростью и на малых перемещениях, с непрерывной регистрацией перемещения клина, его поворота и реакции почвы, а также на закономерных связях параметров пенетрации с влажностью, показателем структурности, модулем упругости, предельным сопротивлением сдвигу, энергией трещинообразования, направлением анизотропии прочности.

9. Расчет экономической эффективности предлагаемой методики оперативного контроля за состоянием земель показал положительное значение ЧДД, равного 6475 рублей (для черноземов обыкновенных) и 1257рублей (для суглинистых почв), при сроке окупаемости 0,1 и 0,2 года, соответственно. Это свидетельствует о том, что применение предлагаемой методики является обоснованным.

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОЧВ И ГРУНТОВ ПРИ ОХРАНЕ ЗЕМЕЛЬ

1 Общие положения

1.1 Метод пенетрации клиновидным индентером применяется для определения значений прочностных и деформационных характеристик почвы и грунта: удельного сопротивления пенетрации, предельного сопротивления сдвигу, удельной работы трещинообразования, модуля упругости, а также направления анизотропии прочности неоднородного массива грунтов.

1.2 Метод пенетрации клиновидным индентером предназначен для получения абсолютных значений характеристик, а также для мониторинга изменчивости массива почв и грунтов по заданной совокупности свойств в пространстве и времени.

1.3 Клиновидный индентер контактирует с почвой и грунтом на плоских гранях. Вдавливание их в почву и грунт до их разрушения происходит упруго на малом перемещении клина. Проскальзывание клина относительно почвы и грунта вызвано пластической деформацией .(сдвигом) слоя почвы и грунта вблизи граней. При образовании трещин отрыва в почве и грунте вблизи граней клина проскальзывание клина увеличивается.

Все три вида кинематической реакции клиновидного индентера наблюдаются при медленном вдавливании его с постоянной скоростью увеличения силы вдавливания и непрерывной регистрации перемещения клина с точностью не более 0,02 мм. Запись перемещения при этом имеет вид ступенчатой кривой, а скорость перемещения имеет циклический характер. Нисходящая ветвь цикла описывает упругую деформацию, восходящая - пластическую. Существенное увеличение скорости деформации в некоторых циклах отражает образование трещин отрыва.

1.4 При вдавливании клиновидного индентера с постоянной скоростью перемещения и непрерывном измерением силовой реакции почвы и грунта наблюдается циклическое изменение силовой реакции почвы и грунта:

- на восходящей ветви цикла происходит упругая деформация;

- на нисходящей ветви цикла - пластическая деформация (сдвиг);

- отрицательные значения скорости изменения силовой реакции отражают образование трещин отрыва.

2 Метод пенетрации клиновидным индентером

2.1 Испытание почв и грунтов клиновидным индентером (клином) производится на заданной глубине от поверхности массива. До заданной глубины индентер погружается вдавливанием в режиме Р - со скоростью до 1,5 м/мин.

2.2 Вдавливание осуществляется посредством жесткой штанги, размеры сечения которой меньше размеров основания клина. Клин закрепляется на штанге жестко и не имеет возможности перемещения и вращения относительно штанги.

2.3 В режиме Р измеряются глубина погружения клина U, м, и сила вдавливания N, Н.

2.4 На заданной глубине клин освобождается от связей, препятствующих его перемещению вдоль оси штанги и повороту в плоскости, проходящей через ось штаги перпендикулярно ребру клина.

Вдавливание клина на заданной глубине производится в режиме 77 при скорости перемещения 0,05.5 мм/мин относительно штанги.

2.5 В режиме 77 измеряются:

- приращение перемещения клина за один цикл деформации Ди = Дие+ Диг, где Дие перемещение на отрезке упругого сопротивления, Диг - перемещение на отрезке пластической деформации;

- изменение силы вдавливания AY = AYe +AYr, где AYe - приращение силы на отрезке упругого сопротивления, AYr - приращение силы на отрезке пластической деформации;

- угол поворота клина 5 на отрезке Aur.

3 Расчеты характеристик почв и грунтов

3.1 По таблице результатов пенетрации строится график зависимости скорости изменения реакции от перемещения клина «AY/ Аи - и», где AY — приращение вдавливающей силы в одном цикле деформации, и и Аи - полное перемещение клина на заданной глубине и его приращение за один цикл, соответственно.

3.2 С помощью таблицы и графика определяются значения приращения AYe, Aue, Aur, далее рассчитывают:

- удельное сопротивление грунта (почвы) вдавливанию клина по формуле: AY * cos £ * 10 3 R — —

ДО2

- модуль упругости грунта (почвы) по формуле:

1) д со * vcos а * (l - у2 )* AY е * cos 6 j2Bh * Аиа ' (2)

- предельное сопротивление грунта (почвы) сдвигу по формуле: h*B удельную работу трещинообразования грунта (почвы) по формуле: 2(l + v)*ry* AYe*cos 8 * (Аие) °Y ~ Е*2В*Аи.

3) где R - удельное сопротивление грунта (почвы) вдавливанию клина, кПа;

Ее — модуль упругости грунта (почвы), МПа; т5 - предельное сопротивление сдвигу на участке возрастания силы сопротивления грунта (почвы), кПа; ау - удельная энергия трещинообразования на участке возрастания л силы сопротивления грунта (почвы), Дж/м ; to - коэффициент, зависящий от отношения длины грани клина к его толщине (©=h/(B*cosa); h - высота треугольной части клина, контактирующей с грунтом (почвой), мм;

В - толщина клина, мм; a - половина угла заострения клина, град.; v - коэффициент поперечной деформации почвы или грунта (Пуассона);

AYe - приращение циклически изменяющейся силы сопротивления грунта (почвы) на участке ее возрастания, Н; 8 - угол поворота клина, град.;

Аие и Aur - приращение перемещения клина на участке возрастания (снижения) силы сопротивления грунта (почвы), соответственно, мм.

4 Оценка механических свойств массива грунта

4.1 Оценка механических свойств массива почвы и грунта производится путем статистической обработки результатов в каждой точке пенетрации на заданной глубине, а затем путем обобщения результатов обработки для разных скважин на исследуемой площадке.

4.2 Итогом пенетрации массива почвы и грунта являются характеристики пространственной изменчивости сдвиговой прочности, деформируемости, тре-щиностойкости и направления анизотропии прочности с оценкой погрешности определения всех значений.

Библиография Диссертация по сельскому хозяйству, кандидата технических наук, Кравченко, Эллина Владимировна, Краснодар

1. Автоматизированная установка для лабораторных испытаний грунтов на срез УСГ-А. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. НТ 77 ТО. Краснодар: СевКавТИСИЗ, 1990.- 45 с.

2. Агафонов В.Н. Определение характеристик напряжение-деформация почвы в стабилометре и одометре / В.Н. Агафонов // Сб. научн. тр./ ВИМ. — 1988. -Т.118.

3. Агранат Н.Н. О вычислении предельного напряжения сдвига дисперсных систем в опытах с коническим пластометром / Н.Н. Агранат, М.П. Воларо-вич // Коллоидный журнал. 1957. - Т. XIII. — № 1.

4. Аль-Ашкар Хусейн. Совершенствование пенетрационного метода определения механических характеристик грунтов: Автореф. дис. . канд. техн. наук. Санкт-Петербург, 1994. - 22 с.

5. Березанцев В.Г. Исследование прочности песчаных оснований / В.Г. Березанцев, В.А. Ярошенко, А.Г. Прокопович, В.Ф. Разоренов, Н.Н. Сидоров // Тр. ин-та / ЦНИИ трансп. стр-ва, Москва. 1958. - Вып. 28.

6. Березанцев В.Г. Расчет оснований сооружений: Пособие по проектированию. — М.: Высшая школа, 1970.

7. Бойченко П.О. К вопросу определения пределов пластичности грунтов методом конуса / О.П. Бойченко // Уч. зап. ЛГУ № 209. 1956. - № 7.

8. Бойченко П.О. Определение пределов пластичности и консистенции глинистых грунтов методом конуса. Л.: Изд-во Ленинградского ун-та, 1964. -48 с.

9. Болдышев B.C. Охрана почв: Словарь-справочник. 2-е изд., перераб. и доп. - Мн.: Университетское, 1989. - 159 с.

10. Бондарик Г.К. Динамическое и статическое зондирование грунтов в инженерной геологии. -М.: Недра, 1964. -164 с.

11. И. Бондарик Г.К., Царева A.M., Пономарев В.В. Текстура и деформация глинистых пород. -М.: Недра, 1975. 168 с.

12. Вадюнина А.Ф., Корчагина З.А. Методы исследования физических свойств почв и грунтов. -3-е изд., перераб. и доп. М.: Агропромиздат, 1986. -416 с.

13. Вильяме В.Р. Общее земледелие с основами почвоведения. М., 1931. -370 с.

14. Волосухин В.А., Свистунов Ю.А., Котов В.Н. Прочность и устойчивость кротовой оросительной сети: Учебное пособие. Краснодар: КГАУ, 2000. -116с.

15. Вялов С.С. Реологические основы механики грунтов. М.: Высшая школа, 1978.

16. Вялов С.С. О физической сущности процессов деформирования и разрушения глинистых грунтов / С.С. Вялов, Н.К. Пекарская, Р.В. Максимяк // Основания, фундаменты и механика грунтов. — 1970. №1. - С. 7-9.

17. Вялов С.С. Оценка несущей способности связных грунтов по величине вдавливания сферического штампа / С.С. Вялов, Н.А. Цытович // Доклады АН СССР.- 1956.-Т. III.-№6.

18. Габбасова И.М. Влияние режима орошения на свойства чернозема типичного и урожайность лука/ И.М. Габбасова, Б.Н. Батанов, P.P. Сулейманов, С.А. Юнусов, Р.Н. Ситдиков, А.В. Комиссаров// Мелиорация и водное хозяйство. 2004. - № 3. - С. 18-20.

19. Голованов А.И. Система математических моделей расчетного мониторинга мелиорируемых земель/ А.И. Голованов, В.В. Шабанов // Мелиорация и водное хозяйство. 2004. - № 3. - С.46-48.

20. Гольдштейн М.Н. Механические свойства грунтов. М.: Стройиз-дат,1971. — 368 с.

21. Гольдштейн М.Н. Механические свойства грунтов: Напряжено-деформативные и прочностные характеристики. М.: Стройиздат,1979. — 304 с.

22. Гольдштейн М.Н. Методика определения длительной прочности грунтов / М.Н. Гольдштейн, С.С. Бабицкая // Основания, фундаменты и механика грунтов. 1959. - № 4. - С. 11-14.

23. Гольдштейн М.Н. О длительной прочности связных грунтов / М.Н. Гольдштейн, С.С. Бабицкая // Вопросы геотехники. 1964. - № 7. - С.44—56.

24. Гольдштейн М.Н. Методика испытания грунтов на ползучесть и длительную прочность / М.Н. Гольдштейн, С.С. Бабицкая, В.А. Мизюмский // Вопросы геотехники. 1962. - №5.

25. Гольдштейн М.Н., Царьков А.А., Черкасов И.И. Механика грунтов, основания и фундаменты: Учебник для вузов ж.-д. трансп. М.: Транспорт, 1981.-320 с.

26. Горькова И.М. Исследование глинистых пород при помощи конического пластометра / И.М. Горькова // Коллоидный журнал. 1956. - Т. XVIII.

27. Горькова И.М. Физико-химические исследования дисперсных осадочных пород в строительных целях. М.: Стройиздат, 1975.

28. ГОСТ 20069-81. Грунты. Метод полевого испытания статическим зондированием. -М.: Изд-во стандартов, 1981. 12 с.29; ГОСТ 25100-95. Грунты. Классификация. М.: Изд-во стандартов, 1995.- 24 с.

29. ГОСТ 20522-96. Грунты. Методы статистической обработки результатов испытаний. -М.: Изд-во стандартов, 1996. 22 с.

30. Григорьева И.Ю. Микростроение лессовых пород. М.: МАИК Наука/Интерпериодика, 2001. -147 с.

31. Гудков Ю.Н. Определение физических свойств водонасыщенных грунтов с помощью пенетрационно-геофизических методов (на примере Херсонской области): Автореф. дис. . канд. геол.-минералогич.наук. Одесса,1991. - 16 с.

32. Денисенко В.В. Компрессионные испытания глинистых грунтов постоянно возрастающей нагрузкой: Автореф. дис. . канд. техн. наук. -М., 1994. -22 с.

33. Денисенко В.В. Особенности поведения глинистых грунтов при сжатии постоянно возрастающей нагрузкой / В.В. Денисенко, П.А. Ляшенко, Б.А. Снежкин // Тр. ин-та / Гидропроект. 1990. - Вып. 143.

34. Зеленин А.Н. Основы разрушения грунтов механическими способами- 2-е изд., перераб. и доп. М.: Недра, 1968.

35. Злочевская Р.И., Королев В.А. Электроповерхностные явления в глинистых породах. -М.: Изд-во МГУ,1988. 177 с.

36. Качинский Н.А. Механический и микроагрегатный состав почвы, методы его изучения. -М.: Изд-во АН СССР, 1958.

37. Кирейчева Л.В. Восстановление природно-ресурсного потенциала аг-роландшафтов комплексными мелиорациями// Мелиорация и водное хозяйство. -2004.- № 5. С.32-35.

38. Кленин Н.И., Сакун В.А. Сельскохозяйственные и мелиоративные машины. М.: Колос, 1994. - 751 с.

39. Коган Я.Л. Прочность и длительная прочность глинистых грунтов / Я.Л. Коган, В.А. Иоселевич // Основания, фундаменты и механика грунтов. -1961.- №5.-С. 19-20.

40. Козловский Ф.И. Теория и методы изучения почвенного покрова. -М.: Геос, 2003.-535 с.

41. Косте Ж., Санглера Г. Механика грунтов: Пер. с фр. -М.:Стройиздат,1981.

42. Концепция развития почвообрабатывающих машин и агрегатов до 2005 года.-М., 1994.

43. Кравченко Э.В. Испытание грунта пенетрометром / Э.В. Кравченко // Актуальные проблемы современной науки: Тез. докл. Международ, конф., сент. 2000г. Самара, 2000. - С. 94.

44. Кравченко Э.В. Определение прочности грунта / Э.В. Кравченко, П.А. Ляшенко // Актуальные проблемы современной науки: Тез. докл. Международ, конф., сент. 2001г. Самара, 2001. - С. 186.

45. Кравченко Э.В. Внедрение клиновидного зонда в глинистый грунт / Э.В. Кравченко, П.А. Ляшенко // Международный Форум по проблемам науки, техники и образования: Сб.науч.тр. М., 2001. -Т.З. - С. 152-154.

46. Кравченко Э.В. Сопротивление структуры глинистого грунта внедрению жесткого зонда / Э.В. Кравченко // Горный информ.-аналитич. бюллетень. -2002.

47. Кравченко Э.В. О методах испытания грунтов с постоянной скоростью нагружения / Э.В. Кравченко, П.А. Ляшенко, В.В. Денисенко // Международный Форум по проблемам науки, техники и образования: Сб.науч.тр. — М., 2002. Т.З. - С. 133 -135.

48. Кравченко Э.В. Метод пенетрации грунта с постоянной скоростью нагружения клиновидного наконечника/ Э.В. Кравченко, П. А. Ляшенко// Сб.науч.тр./ КубГТУ. Краснодар, 2004.

49. Краткий энциклопедический словарь: В 2 т./ Сост. А.П. Горкин. М.: Большая Российская энциклопедия, 2000. - 2 т.

50. Кулачкин Б.И. Исследование и разработка методов определения относительной просадочности и коэффициента фильтрации лессовых грунтов статическим зондированием: Автореф. дис. канд. техн. наук. -М., 1975. -24 с.

51. Кулачкин Б.И. Экспериментально-теоретические исследования и разработка метода зондирования в инженерной геологии: Автореф. дис. . д-ра техн. наук.-М., 1991.-40 с.

52. Кулачкин Б.И. О корректности данных статического зондирования грунтов / Б.И Кулачкин, А.И. Радкевич, Ю.В. Александровский, Б.С. Остюков, Е.В. Каширский // Реконструкция городов и геотехническое строительство: Интернет-журнал. — 2001. №4.

53. Кульчицкий JI.И. Способ прямого определения пластичности глинистых пород / И.Л. Кульчицкий // Разведка и охрана недр. 1991. - №3. - С.32 -34.

54. Кульчицкий Л.И., Усьяров О.Г. Физико-химические основы формирования свойств глинистых пород. М.: Недра, 1981. -178 с.

55. Лейтланд И.В. Обоснование и разработка пенетрационного экспресс-метода контроля степени увлажнения глинистого грунта при сооружении земляного полотна автомобильных дорог: Автореф. дис. . канд. техн. наук. -М.,1999. -26 с.

56. Ляшенко П.А. Микроструктурная деформируемость глинистых грунтов. Краснодар: Изд-во КубГАУ, 2001. - 123 с.

57. Ляшенко П.А. Расчет осадки оснований по результатам компрессионных испытаний постоянно возрастающей нагрузкой / П.А. Ляшенко, В.В. Денисенко // Сб.науч.тр. / РИСИ. Ростов-на-Дону, 1990.

58. Ляшенко П.А. О критерии выбора скорости нагружения грунтов при компрессионных испытаниях постоянно возрастающей нагрузкой /П.А. Ляшенко, В.В. Денисенко; КубГТУ. Краснодар, 1993. - 5 с. - Деп. во ВНИИНТПИ; № 11393.

59. Мажайский Ю.А. Концептуальные аспекты эколого-мелиоративного функционирования и развития агроландшафтов / Ю.А. Мажайский, А.В. Резникова // Мелиорация и водное хозяйство. 2004. - № 1. - С. 16-18.

60. Макаров В.Н. Исследование и разработка методов статического зондирования грунта для свайных фундаментов: Автореф. дис. . канд. техн. наук. Днепропетровск, 1980. - 24 с.

61. Маслов Н.Н. Длительная устойчивость и деформация смещения подпорных сооружений. М.: Энергия, 1968.

62. Месчян С.Р. О влиянии длительности испытания на сопротивление грунтов сдвигу / С.Р. Месчян //ДАН АрмССР. 1961. - Т.32. -№ 1. - С.31 - 36.

63. Месчян С.Р. Начальная и длительная прочность глинистых грунтов. — М.: Недра, 1978.-207 с.

64. Методика определения экономической эффективности технологий и сельскохозяйственной техники. М.: МСХ и ПРФ, 1998. - 219 с.

65. Моисеев К.Г. Влияние длительности распашки на прочность почвенных агрегатов/ К.Г. Моисеев, И.А. Романов // Почвоведение. 2004. - № 6. — С.694-701.

66. Нерпин С.В., Чудновский А.Ф. Физика почвы. М.: Наука,1967. —583 с.

67. Осипов В.И. Природа прочностных и деформационных свойств глинистых пород. — М.: Изд-во Моск. ун-та, 1979. 235 с.

68. Осипов В.И., Соколов В.Н., Румянцева Н.А. Микроструктура глинистых пород. М.: Недра, 1989. -211с.

69. Паранин Д.В. Зондирование в сложных геологических и экологических условиях: Автореф. дис. . канд. техн. наук. -М., 2000. -26 с.

70. Писаненко В.П. Полевые испытания деформационных свойств грунтов методом контролируемых перемещений / В.П. Писаненко, С.Н. Лавров // Известия высших учебных заведений. Сер. Строительство и архитектура. -1990.- № 5. - С.130-133.

71. Радкевич А.И. Разработка методики применения статического зондирования для оценки территорий со сложными инженерно-геологическими условиями: Автореф. дис. . канд. техн. наук. -М., 1995.-26 с.

72. Разоренов В.Ф. Определение консистенции, влажности и границ пластичности по результатам пенетрации / В.Ф. Разоренов // Основания, фундаменты и механика грунтов. 1962. - № 2.

73. Разоренов В.Ф. Определение строительных свойств грунтов методами пенетрации и вращательного среза. Киев, 1966.

74. Разоренов В.Ф. Пенетрационные испытания грунтов. М.: Стройиз-дат, 1968.-240 с.

75. Разоренов В.Ф. Пенетрационные испытания грунтов: Теория и практика применения. 2-е изд., пераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1980. - 248 с.

76. Растворова О.Г. Физика почв: Практическое руководство. — JL: Изд-во Ленингр. ун-та, 1983. — 196 с.

77. Ребиндер П.А. О методе погружения конуса для характеристики структурно-механических свойств пластично-вязких тел / П.А. Ребиндер, Н.А. Семененко // Докл. АН СССР. Т. XIV. - № 6.

78. Рекомендации по определению относительной просадочности грунтов статическим зондированием с поверхности дна шурфа. М.: Изд-во литературы по строительству, 1984. - 16 с.

79. Русанов В.А. Методы определения составляющих деформации поч-вогрунтов при гидростатическом и одометрическом нагружении. М.: ВИМ, 1993.-23 с.

80. Русанов В.А. Распределение нормальных напряжений в средах с различными характеристиками / В.А. Русанов, П.Н. Джура // Сб. научн. тр./ ВИМ. 1988. -Т.118.

81. Русанов В.А. Деформативные характеристики дерново-подзолистой и черноземной почв, определенные в приборе трехосного сжатия / В.А. Русанов, А.В. Искрин, Л.В. Килькинова, А.Г. Шубников// НТБ ВИМ. 1992. - Вып. 83.

82. Рыжков И.Б. Общая методология и практические методы применения статического зондирования грунта для проектирования свайных фундаментов" на соискание ученой степени: Автореф. дис. д-ра техн. наук. Пермь, 1993. -44 с.

83. Савинов А.В. Расчет свайных оснований по результатам полевых исследований грунтов: Автореф. дис. . канд. техн. наук. Л., 1990 - 24 с.

84. Санглера Г. Исследование грунтов методом зондирования с примене-нем пенетрометров М.: Изд-во литературы по строительству, 1971. - 232 с.

85. Северин Ю.Д., Абликов В.А., Трубилин Е.И. Лабораторные и расчет-но-графические работы по основам теории и расчета рабочих органов сельскохозяйственных машин: Методика выполнения. Краснодар: КГАУ, 1993. -66 с.

86. Сергееев Е.М. Инженерная геология. М.: Изд-во МГУ, 1982. - 248 с.

87. Скворцова Е.Б. Микроморфометрические типы строения порового пространства и пахотных суглинистых почв/ Е.Б. Скворцова, Н.В. Калинина // Почвоведение. 2004. - № 9. - С.1114-1125.

88. Соболевский Ю. А. Водонасыщенные откосы и основания. — Минск: Высшая школа, 1975. 400 с.

89. Тейлор Д. Основы механики грунтов. -М.:Госстройиздат, 1960.-298 с.

90. Терцаги К., Пек Р.Б. Механика грунтов в инженерной практике: Пер. с англ.-М.: Госстройиздат, 1958.- 608 с.

91. Урьев Н.Б. Физико-химические основы технологии дисперсных систем и материалов. -М.: Химия, 1988. 256 с.

92. Ферронский В.И. Пенетрационно-каротажные методы. М.: Недра,1969.

93. Хархута Н.Я., Васильев Ю.М. Прочность, устойчивость и уплотнение грунтов земляного полотна автомобильных дорог. М.:Транспорт,1975. - 240 с.

94. Хилл Р. Математическая теория пластичности. М.: Гостехтеориз-дат,1956.-407 с.

95. Цытович Н.А. Механика грунтов (краткий курс): Учебник для вузов. 3-е изд., доп. - М.: Высшая школа,1979. -272 с.

96. Шадунц К.Ш. Проведение исследований грунтов оснований сооружений в сложных фунтовых условиях / К.Ш. Шадунц, Е.Д. Осенняя, П.А. Ля-шенко //Совершенствование лабораторных методов исследований грунтов: Сб. республ. совещ. -1977.

97. Шашкин А.Г. Поведение структурно-неустойчивой среды при на-гружении в условиях сдвигового деформирования / А.Г. Шашкин// Реконструкция городов и геотехническое строительство: Интернет-журнал. 2001. - № 4.

98. Штомпель Ю. А., Котляров Н.С., Терпелец В.И. Охрана почв и рекультивация земель Северо-Западного Предкавказья: Учебное пособие. — Краснодар: Советская Кубань, 2000. 208 с.

99. Aboshi Н., Joshikumi Н., Maruyama S. Constant loading rate consolidation test // Soils and Foundations. 1970, v. 10, № 1. - P.43- 56. (англ.).

100. Almeida, M.S.S., Parry, R.H.G. Small cone Penetrometer Tests and Pie-zocone Tests in Laboratory Consolidated Clays // Geotechnical Testing gournal. — 1985, v.8, №1. — P. 14-24. (англ.).

101. Barentsen P. Short description of a field-testing method with cone-shaped sounding apparatus, Proc. Intern. Conf. Soilmech., Cambridge, Mass. 1936, vol. I — P. 7-10. (англ.).

102. Crawford С. B. Interpretation of the Consolidation Test // Journal of the Soil Mechanics and Foundations Division, ASCE. September, 1964, v. 90, N SM5. -P. 87-102. (англ.).

103. Crawford С. B. On the importance of rate of strain in the consolidation test // Geotech. Test. J. 1988, v.l 1, N1. -P.60-62. (англ.).

104. De Beer E.E., Goelen E., Heynen W.I. and Joustra A. Cone Penetration Test. Proceedings of the First International Symposium on Penetration Testing.-1988. (англ.).

105. Fay К. F., Cotton C.E. Constant- rate-of loading (CRL) consolidation test // Consolidation of Soils: Testing and Evaluation ( Symposium, Ft. Lauderdale, Florida, 24 January, 1985). Philadelphia, 1986. - P. 236-256. (англ.).

106. Harison J. A. Using the BS cone penetrometer for the determination of the plastic limit of soils // Geotechnique. 1988, v.38, № 3. - P. 433 - 438. (англ.).

107. Kamenov В., Feda J. Strain Rate Analysis of Soils // Tenth International Conference (Stockholm, 15-19 June, 1981). - Rotterdam, 1981, v.l. - P. 665668. (англ.).

108. Larsson R., Salfors G. Automatic continuous consolidation testing in

109. Sweden // Consolidation of Soils: Testing and Evaluation ( Symposium, Ft. Lauderdale, Florida, 24 January, 1985). Philadelphia, Pa, 1986. - P. 299-328. (англ.).

110. Lee K. Consolidation with Constant Rate of Reformation // Geotechnique. -June 1981, V.31.-P. 295-329. (англ.).

111. Leroueil S., Kabbaj M. General discussion on consolidation theory and testing // Consolidation of Soils: Testing and Evaluation ( Symposium, Ft. Lauderdale, Florida, 24 January, 1985). Philadelphia, Pa, 1986. - P. 719-723. (англ.).

112. Leroueil S., Kabbaj M., Tavenas F., Bouchard R. Stress-strain- strain raterelation for the compressibility of sensistive natural clays // Geotechnique. 1985, v.35, N2. - P. 159-180. (англ.).

113. Optimising ground investigation. Garston. - 2002. - 8p. (англ.).

114. Reches Z. Networks of shear faults in the field and in experiments, Fragm., Form and Flow Tract. Media, Proc. F . Conf., 1986. (англ.).

115. Schiffman R.L. Consolidation of Soil Under Time-Dependent Loading and Varymy Permeability // Proceedings of the Highway Research Board. 1958, v.37.-P. 584-617. (англ.).

116. Schiffman R.L. Finite and Infinitesimal strain Consolidation // Journal of the Geotechnical Engineering Division, ASCE. February, 1980, v.106, N QT2. (англ.).

117. Smith R.E., Wahls H.E. Consolidation Under Constant Rate of Strain // Journal of the Soil Mechanics and Foundations Division, ASCE. March, 1969, v. 95, N SM2. - P. 519-539. (англ.).

118. Statents Jarnvagars geotekniska Commission, 1914-1922. Slutbetankande, 31 maj 1922, Stockholm.

119. Terzaghi K. The bearing capacity of pile foundations, (in German), Bau-technik, 1930, H.31 and 34. (англ.).

120. Umecchara Y., Zen K. Constant Rate of Strain Consolidation for Very Soft Clayey Soils // Soils and Foundations. June 1980, v.20,№ 2. -P.79-95. (англ.).

121. Vallejo L.E. Fissure Parameters in Stiff Clays under Compression // J. Geotechn. Engineer. 1990,v. 115, № 9. - P. 1303-1317. (англ.).

122. Wissa A.E.Z., Christian I.T., Davis E.N., Hetlerg S. Analysis of Consolidation at Constant Strain Rate // Journal of the Soil Mechanics and Foundations Division, ASCE. October 1971, v. 97, N SM 10. - P. 1393-1413. (англ.).

123. Wood D.M., Wroth C.P. The use of the cone penetrometer to determine the plastic limit of soils // Ground Engineering. 1978, v. 37. (англ.).

124. Zalesky J., Vanicek I., Stastny J. Oedometric test with continuous loading // Proceedings of the sixth Budapest Conference on Soil Mechanices and Foundation Engineering (Budapest, 2-5 October. 1984). Budapest, 1984. - P. 297-304. (англ.).

Информация о работе

Кравченко, Эллина Владимировна
кандидата технических наук
Краснодар, 2005
ВАК 06.01.02

Диссертация

Определение физико-механических свойств почв и грунтов методом зондирования клиновидным индентером при охране земель - тема диссертации по сельскому хозяйству, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы