1 Цель работы

1.1 Установить зависимость степени консолидации грунта от времени действия постоянного вертикального давления 0,1 МПа.

1.2 Установить зависимость коэффициента пористости от вертикального давления при нагружении и разгрузке образца грунта.

1.3 Определить коэффициент сжимаемости грунта при различном вертикальном давлении.

1.4 Определить модуль деформации грунта при различном вертикальном давлении.

1.5 Построить график изменения коэффициента сжимаемости и модуля деформации грунта в различных интервалах вертикального давления.

1.6 Определить коэффициенты консолидации и фильтрации грунта при вертикальном давлении 0,1 МПа.

2 Оборудование

Компрессионный прибор (далее КП), имеющий рабочее кольцо одометра высотой 25 мм и площадью поперечного сечения проходного отверстия 60 см² (рисунки 1-2).

3 Проведение испытания

3.1 Приложить на образец грунта первую ступень вертикального давления 0,1 МПа, выдержать её до условной стабилизации вертикальной деформации (до консолидации) образца грунта и произвести регистрацию значений вертикальной деформации образца (показаний измерителя вертикальной деформации образца) сразу после приложения вертикального давления через 0,25; 0,5; 1; 2; 5; 10; 20; 30; 60 мин и далее с интервалом 1 ч до условной стабилизации вертикальной деформации образца грунта.

3.2 Увеличить вертикальное давление на образец грунта до 0,2 МПа путем приложения второй ступени вертикального давления 0,1 МПа и повторить действия по п.3.1.

3.3 Аналогичным образом произвести увеличение вертикального давления на образец грунта (нагружение образца) до конечного значения ступенями по 0,1 МПа и регистрацию вертикальной деформации образца грунта.

3.4 Разгрузить с образца грунта последнюю ступень вертикального давления 0,1 МПа, выдержать образец грунта до условной стабилизации его вертикальной де-формации и произвести регистрацию значения стабилизированной вертикальной деформации образца.

3.5 Аналогичным образом произвести разгрузку образца грунта до 0 МПа ступенями по 0,1 МПа и регистрацию его вертикальной деформации, в т.ч. при 0 МПа.

Примечание:

1) результаты измерений по п.3.1 при наблюдении за консолидацией образца грунта при давлении 0,1 МПа принять из таблицы 5 по своему варианту задания и занести в таблицу 1;

2) конечное значение вертикального давления на образец грунта и результаты измерений по пп.3.2-3.5 при наблюдении за вертикальной деформацией образца грунта при различном вертикальном давлении принять из таблицы 6 по своему варианту задания и занести в таблицу 2.

4 Обработка результатов испытания

Таблица 1 – Данные наблюдений за консолидацией образца грунта при давлении 0,1 МПа

Номер точки	Время после приложения вертикального давления, t, мин	Абсолютная вертикальная деформация, ∆h, мм	Степень консолидации грунта, U
1	0,5		0,050
2	1		0,060
3	2		0,07
4	5		0,077
5	10		0,063
6	30		0,085
СV = мм2/мин; kf = м/сут

Таблица 2 – Данные наблюдений за вертикальной деформацией и характеристиками

сжимаемости образца грунта при различном вертикальном давлении

Номер сту-пени	Давление на образец, Р, МПа	Вертикальная деформация образца		Коэффициенты		Модуль дефор- мации, Е0, МПа
		абсолютная, ∆h, мм	относи-тельная, 	порис-тости, е	сжимаемос-ти, m0, МПа-1
1	0,1		0,102
2	0,2		0,108
3	0,3		0,113
4	0,4		0,118
5	0,5		0,123
6	0,6		0,128
7	0,5		0,126		–	–
8	0,4		0,123		–	–
9	0,3		0,12		–	–
10	0,2		0,117		–	–
11	0,1		0,114		–	–
12	0		0,110		–	–

4.1 Рассчитать плотность образца грунта , г/см³, с точностью 0,01 г/см³ по формуле

, (1) где q₁ и q₀ – масса рабочего кольца КП соответственно с грунтом и без грунта, г.

q₁ и q₀ принять по своему варианту задания из таблицы 3;

V_К – объем образца грунта, равный внутреннему объему рабочего кольца КП, см³.

V_К определить по размерам, приведенным в п.2.

4.2 Рассчитать влажность грунта W, д.е., с точностью 0,001 д.е. по формуле

, (2)

где m_B – масса воды в пробе грунта, г;

m_СГ – масса высушенной пробы грунта, г;

m₂ и m₁ – масса пробы грунта в бюксе с крышкой соответственно до и после высушивания, г;

m – масса пустого бюкса с крышкой, г.

m₂, m₁ и m принять по своему варианту задания из таблицы 3.

4.3 Рассчитать начальный коэффициент пористости e₀, д.е., с точностью 0,001 д.е. по формуле

, (3)

где _s – плотность частиц грунта, г/см³. Принять _s = 2,72 г/см³;

 – плотность грунта, г/см³.

4.4 Рассчитать степень консолидации грунта U_i, д.е., с точностью 0,001 д.е. по данным таблицы 1 во всех точках регистрации вертикальной деформацией образца грунта при вертикальном давлении 0,1 МПа по формуле

, (4)

где ∆h_i и ∆h_k – осадка образца грунта соответственно в i-ой точке наблюдения и конечной, в которой грунт считается консолидированным, мм.

Результаты вычислений занести в таблицу 1.

4.5 Рассчитать относительную вертикальную деформацию образца грунта _i, д.е., с точностью 0,001 д.е. по данным таблицы 2 на всех ступенях вертикального давления по формуле

, (5) где h – начальная высота образца грунта, равная высоте рабочего кольца КП, мм.

Результаты вычислений занести в таблицу 2.

4.6 Рассчитать коэффициент пористости образца грунта е_i, д.е., с точностью 0,001 д.е. по данным таблицы 2 на всех ступенях вертикального давления при нагружении и разгрузке образца грунта по формуле

. (6)

Результаты вычислений занести в таблицу 2.

4.7 Рассчитать коэффициент сжимаемости грунта m_0i, МПа^-1, с точностью 0,001 МПа^-1 во всех интервалах вертикального давления при нагружении образца грун-та по формуле

, (7)

где е_i и е_{i -1} – коэффициенты пористости грунта, соответствующие вертикальным давлениям Р_i и Р_{i -1}, д.е.

При определении m₀ на первой ступени вертикального давления на образец грунта, равного 0,1 МПа, е_{i -1} = е₀.

Результаты вычислений занести в таблицу 2.

4.8 Рассчитать модуль деформации грунта Е_0i, МПа, с точностью 0,1 МПа во всех интервалах давления при нагружении образца грунта по формуле

, (8)

где ε_i и ε_{i -1} – значения относительной вертикальной деформации образца грунта, соответствующие вертикальным давлениям Р_i и Р_{i - 1}, д.е.;

β – коэффициент, учитывающий отсутствие поперечного расширения образца грунта в приборе КП и вычисляемый по формуле

, (9)

где μ – коэффициент поперечной деформации, д.е.

μ равен:

- для песков и супесей – 0,30-0,35;

- для суглинков – 0,35-0,37;

- для глин: при показателе текучести I_L < 0 – 0,2-0,3;

при показателе текучести 0 ≤ I_L ≤ 0,25 – 0,3-0,38;

при показателе текучести 0,25 < I_L ≤ 1,0 – 0,38-0,45.

При определении μ принять его меньшее значение при большей плотности грунта, а показатель текучести I_L принять в зависимости от разновидности грунта из таблицы 4 по своему варианту задания.

Результаты вычислений занести в таблицу 2.

4.9 Рассчитать коэффициент консолидации грунта С_V, мм²/мин, по результатам наблюдений за вертикальной деформацией образца при вертикальном давлении 0,1 МПа по формуле

, (10)

где θ – интервал времени между конечной ∆h_k и предпоследней ∆h_k-1 точками наблюдения за консолидацией образца грунта, мин.

Результаты вычислений занести в таблицу 1.

4.10 Рассчитать коэффициент фильтрации грунта k_f, м/сут, при вертикальном давлении 0,1 МПа по формуле

, (11)

где _w – плотность воды, равная 1 т/м³;

g – ускорение свободного падения, м/с²;

144/10⁸ – коэффициент перевода составляющих формулы к соответствующей размерности.

Результаты вычислений занести в таблицу 1.

4.11 Построить график U = f(t) при давлении 0,1 МПа по данным таблицы 1 (рисунок 3).

p=const=0,1 МПа 0 0,5 1,0 U 10 20 30 t, мин

Рисунок 3 – Образец оформления графика консолидации грунта

4.12 Построить график e = f(Р) при нагружении (компрессии) и разгрузке (де-компрессии) образца грунта по данным таблицы 2 (рисунок 4).

4.13 Построить график m₀ = f(Р) по данным таблицы 2 (рисунок 5).

4.14 Построить график E₀ = f(Р) по данным таблицы 2 (рисунок 5).

Рисунок 4 – Образец оформления графика компрессии (кривая 1) и декомпрессии (кривая 2) образца грунта		Рисунок 5 – Образец оформления графика изменения коэффициента сжимаемости (кривая 1) и модуля деформации (кривая 2) образца грунта