Министерство образования и науки Российской Федерации
Кубанский государственный
технологический университет
Кафедра кадастра и геоинженерии Механика грунтов
Методические указания и задания для освоения
“Метода определения характеристик упругости глинистых грунтов
в компрессионном приборе”
для специальностей 270102, 270104, 270105, 270106, 270115, 270205
Краснодар
2008
Общие положения
В процессе эксплуатации сооружений, общая масса которых изменяется от минимальной до максимальной и наоборот (вертикальные емкости для сыпучих и жидких материалов, опоры мостов и др.), нагрузка на грунты, служащие их основанием, то увеличивается, то уменьшается, а грунты основания то уплотняются, то раз-уплотняются. При этом в грунтах проявляются остаточные (пластические) и упругие деформации, от величины которых зависит сохранность монолитности и соответственно срок службы таких сооружений. Поэтому знание характеристик упругости грунтов, на которых возводятся сооружения с изменяющейся массой в процессе эксплуатации, имеет большое практическое значение.
Определение характеристик упругости грунтов производят как непосредственно в горном массиве – п о л е в ы е (натурные) и с п ы т а н и я, так и на отдельных образцах грунтов с ненарушенной (природной) структурой, взятых из горного массива – л а б о р а т о р н ы е и с п ы т а н и я.
М е т о д и к а о п р е д е л е н и я характеристик упругости грунтов при полевых и лабораторных испытаниях одинакова и заключается в многократном приложении и снятии с грунта вертикального давления (многоцикловое «нагружение-раз-грузка») до достижения грунтом упругоуплотненного состояния, измерении вертикальной деформации грунта при многоцикловом «нагружении-разгрузке» и расчете характеристик упругости грунтов.
Многоцикловое «нагружение-разгрузку» испытываемого грунта осуществляют отдельными ступенями вертикального давления, выдерживаемыми до стабилизации вертикальной деформации грунта (до консолидации грунта), или с постоянной скоростью, обеспечивающей консолидацию грунта в процессе его нагружения и разгрузки.
Конечное значение вертикального давления, прикладываемого на испытываемый грунт, определяют из задания проектировщиков или принимают в пределах полуторной величины проектных вертикальных давлений на грунты (для глинистых грунтов, мелких и пылеватых песков).
У п р у г о у п л о т н е н н ы м состоянием грунта называется состояние грунта после многоциклового «нагружения-разгрузки», при котором вертикальные деформации грунта при нагружении и разгрузке в одних и тех же диапазонах вертикального давления имеют одинаковую величину.
В диапазоне вертикального давления, в котором грунты доведены до упругоуплотненного состояния, сжатие грунтов происходит как сжатие упругого тела (по линейному закону) и характеризуется постоянством упругих свойств.
В е р т и к а л ь н ы м (нормальным) д а в л е н и е м на образец грунта называется отношение сжимающей нагрузки, приложенной на образец грунта, к площади его поперечного сечения.
К о н с о л и д а ц и е й грунта называется процесс его уплотнения при постоянном вертикальном давлении до стабилизации вертикальной деформации.
У с л о в н о й с т а б и л и з а ц и е й в е р т и к а л ь н о й д е ф о р м а ц и и грунта называется вертикальная деформация со скоростью равной нулю или меньше допускаемой при постоянном вертикальном давлении.
За критерий условной стабилизации вертикальной деформации образца грунта принимают скорость деформации, не превышающую 0,01 мм за последние 4 ч наблюдений для песков, 16 ч – для глинистых и 24 ч – для органоминеральных и органических грунтов.
Лабораторное определение характеристик упругости грунтов в компрессионных приборах (без возможности бокового расширения образца) наиболее доступные, дешевые и распространенные испытания грунтов (рисунки 1-2).
|
|
|
1 – верхний подвижный штамп; 2 – рабочее кольцо; 3 – образец грунта; 4 – нижний неподвижный штамп; 5 – стол прибора
Рисунок 2 – Схема сжатия образца грунта в рабочей камере (одометре) компрессионного прибора |
||
Рисунок 1 – Схема компрессионного прибора и приложения вертикального (сжимающего) давления на образец грунта |
||
Х а р а к т е р и с т и к а м и у п р у г о с т и грунтов при компрессионных испытаниях являются:
– остаточная относительная вертикальная деформация ост;
– упругая относительная вертикальная деформация упр;
– модуль упругости Еу.
О с т а т о ч н о й (пластической) в е р т и к а л ь н о й д е ф о р м а ц и е й грунта называется деформация, которая после снятия вертикального давления не восстанавливается.
У п р у г о й в е р т и к а л ь н о й д е ф о р м а ц и е й грунта называется деформация, которая после снятия вертикального давления восстанавливается.
М о д у л е м у п р у г о с т и грунта называется отношение величины уменьшения вертикального давления к величине упругой вертикальной деформации, вызванной этим уменьшением вертикального давления.
О т н о с и т е л ь н ой в е р т и к а л ь н о й д е ф о р м а ц и е й образца грунта называется отношение абсолютной вертикальной деформации к начальной высоте образца.
Для обеспечения сходимости значений модулей деформации грунта, полученных при компрессионных и полевых натурных испытаниях, модуль деформации при компрессионных испытаниях рассчитывается с коэффициентом, учитывающим отсутствие поперечного расширения грунта.
К о э ф ф и ц и е н т о м п о п е р е ч н о г о р а с ш и р е н и я грунтов называется показатель деформируемости, характеризующий отношение поперечных и продольных деформаций грунтов.