ASTM D425-17
Стандартный метод определения эквивалентной влажности почвы при центрифугировании

Стандартный №

ASTM D425-17

Дата публикации

2017

Разместил

American Society for Testing and Materials (ASTM)

Последняя версия

ASTM D425-17

сфера применения

Обзор стандарта и техническая база

ASTM D425-17 описывает лабораторный метод определения водного эквивалента центрифуги для почв методом центрифугирования. Разработанный в 1935 году и последний раз пересмотренный в 2017 году, этот стандарт отражает почти столетие развития технологии испытания влажности почвы. Основной принцип испытания водного эквивалента центрифуги заключается в использовании центробежной силы для имитации гравитационного дренажа. Прикладывая центробежную силу, в 1000 раз превышающую силу тяжести, в течение одного часа, определяют количество воды, удерживаемой в почве.

---

Область применения и ограничения

Этот метод испытаний в первую очередь применим к образцам крупнозернистых песчаных грунтов с низкой пластичностью и максимальным размером частиц менее 2,00 мм. Применимыми считаются грунты, соответствующие категориям SP, SW, SC-SM или SM Единой системы классификации почв (USCS). Важно отметить, что этот метод не подходит для преобладающих мелкозернистых грунтов, крупнозернистых грунтов с умеренной или высокой пластичностью, образцов с ненарушенной структурой или грунтов, требующих специального определения плотности/удельного веса. В этих случаях см. Методы испытаний D6836.

Тип грунта	Применимость	Альтернативный стандарт	Требования к испытаниям
Крупнозернистые пески (SP, SW)	Применимо	-	Максимальный размер частиц <2,00 мм
Песчаные глины (SC-SM, SM)	Применимо	-	Малопластичные мелкие частицы
Мелкозернистые грунты (CL, CH)	Не Применимо	D6836	Требуется метод извлечения под давлением
Умеренно пластичные грунты	Не применимо	D6836	Требуется полная характеристическая кривая

---

Принцип испытания и инженерное значение

Воду из насыщенной почвы невозможно полностью удалить гравитационным дренажем. Остаточная вода часто выражается как водоудерживающая способность почвы или водоудерживание. Испытание водного эквивалента центрифуги применяет достаточную центробежную силу, чтобы значительно снизить влияние зоны капиллярной каймы, не допуская при этом чрезмерного дренирования воды, прочно удерживаемой над капиллярной каймой.

Для почв средней текстуры (от песчаных до илистых) водный эквивалент центрифуги приблизительно соответствует водоудерживающей способности и в сочетании с данными о насыпной плотности может быть использован для расчета приблизительного удержания воды и водоотдачи. Эти параметры в сочетании с пористостью могут быть использованы для дальнейшей оценки коэффициента хранения водоносного горизонта, который имеет важное прикладное значение в гидрогеологии и геотехнической инженерии.

---

Технические требования к приборам и оборудованию

Основным оборудованием, необходимым для испытания, является центрифуга, которая должна быть способна создавать центробежную силу в 1000 раз больше силы тяжести в центре тяжести образца в течение одного часа. Камера центрифуги должна поддерживать постоянную температуру 20±1°C, или вся центрифуга должна работать в контролируемой среде, отвечающей этим требованиям.

Формула расчёта скорости: N = √(RCF/(0,00000111×r)), где RCF = 1000, а r — радиус вращения (мм). Для большинства стандартных центрифуг скорость составляет приблизительно 2300 об/мин.

Другое важное оборудование включает: фарфоровый тигель Гуча (емкость приблизительно 25 мл, диаметр дна приблизительно 20 мм), центрифужную чашку и держатель тигля, фильтровальную бумагу средней скорости с высокой прочностью во влажном состоянии, весы с дискретностью 0,01 г, гигростат и печь 110±5°C.

---

Подготовка и процедура испытания образца

Подготовка образца начинается с сушки на воздухе ненарушенного образца почвы, тщательного разрушения агрегатов с помощью ступки и пестика и высушивания через сито 2,00 мм (№ 10). После тщательного перемешивания образца используйте делитель образцов или метод квартования, чтобы получить приблизительно 50 г воздушно-сухой почвы. Наконец, отбирают два образца по 5 г для испытания.

Процесс испытания включает в себя: размещение влажной фильтровальной бумаги на дне тигля → неплотное и равномерное заполнение образца почвы → замачивание в дистиллированной воде до насыщения (обычно 8 часов или на ночь) → слив в гигростате в течение 12 часов → удаление избытка поверхностной влаги → центрифугирование в центрифуге в течение 60 минут (20±1°C) → немедленный перенос в контейнер для определения влажности → определение влажности согласно D2216.

---

Обработка данных и представление результатов

Влагоудерживающая способность центрифуги рассчитывается как среднее значение влажности двух образцов. Отчет об испытании должен включать в себя: имя испытателя, идентификационную информацию образца (номер проекта, номер скважины, номер образца, глубина), описание почвы (включая унифицированную классификацию почв) и среднюю влагоудерживающую способность центрифуги (с точностью до 1%). Если образец переувлажнен (на поверхности образца почвы после центрифугирования осталась вода), следует отметить, что результат теста для данной почвы недействителен.

Параметры	Требования	Точность	Примечания
Масса образца	5 г×2	±0,03 г	Парные весы
Центробежная сила	1000×g	±5%	Расчет в центре тяжести
Время центрифугирования	60 мин	±1 мин	Постоянная скорость
Температура Контроль	20±1°C	±0,5°C	Полный мониторинг процесса
Отчет о результатах	Среднее значение	Точность до 1%	Двойные образцы

---

Технические моменты и рекомендации по внедрению

Важность контроля температуры: Колебания температуры за пределами указанного диапазона (20±1°C) могут существенно повлиять на данные испытаний. Рекомендуется использовать центрифугу с контролем температуры или поддерживать постоянную температуру окружающей среды.

Определение насыщения образца: Замачивание до появления свободной воды на поверхности образца почвы является ключевым показателем насыщения, которое обычно требует 8 часов или ночи. Недостаточное насыщение приведет к низким результатам испытаний.

Обработка от заболачивания: Если после центрифугирования на поверхности образца почвы остается вода, это указывает на то, что водоудерживающая способность почвы превышает диапазон метода испытаний, и результаты недействительны. В этом случае следует рассмотреть метод экстракции под высоким давлением, описанный в D6836.

Меры контроля качества: Рекомендуется регулярно калибровать центрифугу для подтверждения точности скорости и центробежной силы; проводить сравнительные испытания с использованием стандартных образцов; и строго следовать требованиям D3740 для обеспечения компетентности лаборатории.

---

Инженерные приложения и тематические исследования

Эквивалент водоудержания центрифуги важен для оценки свойств водоносного горизонта. Например, при исследовании песчаного водоносного горизонта эквивалент водоудержания, полученный с помощью теста D425, составил 12%. В сочетании с насыпной плотностью 1,8 г/см³ и пористостью 0,35, расчетная влагоудерживающая способность составила 0,216, а влагопоглощающая способность — 0,134, что обеспечивает ключевые параметры для численного моделирования грунтовых вод. При анализе устойчивости склона центробежный водный эквивалент может быть использован для оценки водоудерживающих свойств ненасыщенных грунтов и, в сочетании с характеристическими кривыми почва-вода, для прогнозирования изменений в распределении воды во время инфильтрации осадков. Эволюция стандарта и технологическое развитие С момента первоначальной формулировки в 1935 году до последней редакции в 2017 году стандарт D425 претерпел несколько существенных обновлений. Основные изменения в издании 2017 года включают: добавление ссылки на Руководство по значимым цифрам D6026, обновление ссылок, уточнение определений терминов, оптимизацию рабочих процедур и ужесточение требований к регистрации данных. Эти изменения отражают тенденцию к большей точности и стандартизации в технологии геотехнических испытаний. Благодаря достижениям в технологии испытаний центробежный метод определения водного эквивалента объединяют с другими методами определения влажности почвы (такими как метод нажимной пластины и метод парового баланса) для построения комплексной кривой зависимости влажности почвы от влажности, что обеспечивает более полную поддержку данных для геотехнических и гидрогеологических исследований.

ASTM D425-17 Ссылочный документ

• ASTM D2216  Стандартный метод лабораторного определения содержания воды (влаги) в почве и горных породах по массе
• ASTM D2487 Стандартный метод испытаний для классификации грунтов для инженерных целей
• ASTM D2488 Стандартная практика описания и идентификации почв (визуально-ручная процедура)
• ASTM D3740 Стандартная практика минимальных требований для агентств, занимающихся испытаниями и/или проверкой грунтов и горных пород, используемых при инженерном проектировании и строительстве
• ASTM D4753 Стандартные спецификации для оценки, выбора и спецификации весов и весов для использования при испытаниях почвы, горных пород и строительных материалов
• ASTM D6026  Стандартная практика использования значащих цифр в геотехнических данных
• ASTM D653 Стандартная терминология, относящаяся к почве, горным породам и содержащимся в них жидкостям
• ASTM D6836 Стандартные методы испытаний для определения кривой характеристик воды в почве
• ASTM E11 Стандартные спецификации на проволочную ткань и сита для целей испытаний

ASTM D425-17 История

• 2017 ASTM D425-17 Стандартный метод определения эквивалентной влажности почвы при центрифугировании
• 1988 ASTM D425-88(2008) Стандартный метод определения эквивалентной влажности почвы при центрифугировании
• 1988 ASTM D425-88(2001) Стандартный метод определения эквивалентной влажности почвы при центрифугировании
• 1988 ASTM D425-88(1994) Стандартный метод определения эквивалентной влажности почвы при центрифугировании

Специальные темы по стандартам и нормам

стандарты и спецификации