Лабораторна робота № 6

ВИЗНАЧЕННЯ ХАРАКТЕРИСТИК МІЦНОСТІ І ДЕФОРМАЦІЇ ГРУНТІВ ПРИ ТРЬОХОСЬОВОМУ СТИСНЕННІ

(ГОСТ 26518-85)

Лабораторні випробовування ґрунтів в умов трьохосьового стиснення виконують для визначення наступних характеристик міцності та деформації: зчеплення С; кут внутрішнього тертя φ; Модуль деформації Е; коефіцієнт поперечної деформації ν.

Загальні відомості

Метод визначення цих характеристик в умовах трьох осевого стиснення в у великій мірі відповідає напруженому стану ґрунту в основі споруди. Випробовування виконують на приладі, в якому зразок ґрунту навантажують всебічним гідростатичним (σ₂=σ₃) і вертикальним (σ₁) тиском при можливості бокового розширення.

Випробовування звичайно проводять на зразках ґрунту непорушеного стану з природною вологістю або на штучно приготовлених зразках з заданою щільністю і вологістю. Зразки мають циліндричну форму діаметром не менше 38мм і не менше чим в 5 раз перевищуючим максимальний розмір крупно обломкових включень при відношенні висоти до діаметра від 2 до 2,5, а також орієнтацію, відповідну природному заляганню.

Випробовування проводять за наступною схемою:

а) недреноване випробовування (без віджимання води із зразка) для визначення характеристик міцності водо насичених (S>0,85) пилувато-глинистих і біогенних ґрунтів в не стабілізованому стані;

б) консолідовано – недреновані випробовування (з попереднім ущільненням зразка і віджиманням води із нього тільки в процесі ущільнення) – для визначення характеристик міцності пилувато-глинистих і біогенних ґрунтів в не стабілізованому стані;

в) дреноване випробовування (з попереднім ущільненням зразка і віджиманням води із нього в процесі всього досліду) – для визначення характеристик міцності і деформації ґрунтів в стабілізованому стані.

Недреновані і консолідовано-недреновані випробовування можуть бути проведені для неповністю водонасичених ґрунтів при умові вимірювання тиску в паровій воді в процесі випробовування.

Випробовування для визначення характеристик проводять не менше чим для трьох зразків досліджуваного грунту при різних значеннях всебічного тиску на зразок.

Конструкція установки забезпечує:

• бокове розширення зразка ґрунту;

• віджимання води із зразка ґрунту;

• центрововану передачу навантаження на зразок ґрунту;

• можливість навантаження зразка ґрунту ступенями або безперервно при заданій постійній швидкості деформації зразка;

• постійний тиск на кожній ступені навантаження.

В склад установки випробовування ґрунту в умовах трьох осевого стискування входять (рис.6.1):

Рис.6.1. Схема установки для випробовування грунту в умовах трьох осевого стискування: 1- основа камери; 2- корпус камери; 3- вентиль для випуску повітря; 4- робоча рідина для заповнення камери; 5- шток; 6- зразок грунту в оболочці; 7- верхній штамп; 8- нижній штамп; 9- трубки для дренування і вимірювання тиску в воді; 10- трубка для заповнення камери і вимірювання тиску в камері; 11- манометр; 12- індикатор; 13- ущільнювач; 14- тяжі

- камера трьохосного стискування (1) з набором жорстких суцільних і

перфорованих штампів (7, 8) і ущільнювачів (13) до них;

• пристрій для створення, підтримання і вимірювання (11) всебічного тиску в камері;

• механізм для вертикального навантаження зразка ґрунту;

• пристрій для вимірювання вертикальних і об’ємних деформацій зразка ґрунту;

• прилади для вимірювання тиску в паровій воді.

Для підготовки зразка ґрунту до випробовувань застосовують:

1. циліндричні форми з нержавіючої сталі з ріжучим краєм, з товщиною стінки 1,5…2мм;

2. роз’ємні циліндричні форми з товщиною стінки 2…4мм (для зразків ґрунту непорушеного стану);

3. гумові оболонки товщиною не більше 0,25мм;

4. розширювач для заключення зразка в гумову оболонку;

5. вакуумний насос;

6. ваги лабораторні;

7. пристрій для видалення зразка із циліндричної форми;

8. штангенциркуль;

9. металева лінійка;

10. прес гвинтовий.

Зразок ґрунту непорушеного стану вирізають за допомогою циліндричної форми методом ріжучого кільця.

Внутрішню поверхню форми змазують тонким шаром технічного вазеліну. Після вийнятя зразка із форми його зважують і вимірюють діаметр і висоту з похибкою не більше 0,1 мм.

Торці зразка ґрунту (6) покривають вологим паперовим фільтром і розміщують його між штампами (див. рис.6.1). За допомогою розширювача на зразок надівають гумову оболочку, а потім фіксують її на бокових поверхнях штампів гумовими або металевими ущільнювачами (13).

Зразок ґрунту з штампами (7, 8) розміщують на основу камери стабіліметра (1). До установки зразка водо насиченого ґрунту систему трубок (9), які підводять воду до штампів, і отвори в штампах заповнюють дистильованою прокип’яченою водою до появи її на поверхні штампів і витіснення пузирів повітря.

Після розміщення зразка ґрунту на основу камери проводять наступні операції:

• корпус камери (2) з піднятим в верхнє положення штоком (5) установлюють на основу і провіряють положення штока по відношенню до центра зразка;

• корпус камери (2) фіксують на основі (1);

• заповнюють камери робочою рідиною (4) (дистильованою прокип’яченою водою або гліцерином) до появи рідини в трубці вентиля (9);

• влаштовують прилад для вимірювання вертикальних деформацій зразка ґрунту (12);

• приєднують прилади для вимірювання об’ємних деформацій зразка ґрунту і тиску в паровій воді;

• записують початкові покази приладів.

Порядок роботи.

1. для проведення не дренованих випробовувань задають всебічний тиск (σ₂=σ₃=0,1 МПа або 0,2 або 0,3) в камері за 5…10 хв;

2. до зразка ґрунту плавно, не допускаючи ударів, прикладають вертикальне навантаження, збільшуючи її ступенями тиску, рівним 10% σ₂ з інтервалами 15с;

3. випробовування продовжують до моменту руйнування зразка або виникнення пластичного потоку без збільшення навантаження. При відсутності видимих признаків руйнування випробовування припиняють при відносній вертикальній деформації зразка ґрунту =0,15;

4. відлік по приладу для вимірювання вертикальної деформації зразка ґрунту записують на кожній ступені навантаження;

5. після закінчення випробовувань зразок ґрунту розвантажують, скидають тиск в камері і зливають робочу рідину;

6. зразок ґрунту виймають з камери і відбирають з нього проби для контрольного визначення вологості.

За результатами випробовувань зразок ґрунту в умовах трьох осевого стискування розраховують:

1. Відносну вертикальну деформацію зразка ґрунту з точністю 0,001 по формулі

, (6.1)

де h- початкова висота зразка ґрунту, мм; ∆h- абсолютна вертикальна

деформація зразка ґрунту, мм.

Відносну об’ємну деформацію зразка ґрунту визначають з точністю 0,001 за формулою

; (6.2)

де - абсолютна об’ємна деформація зразка ґрунту, см³; V – початковий об’єм зразка.

Вертикальне напруження σ₁, МПа

(6.3)

де F- вертикальне навантаження, МН; А- площа поперечного перерізу зразка, м²; А_с- площа поперечного перерізу штока, м².

2. При відносній деформації зразка ґрунту, перевищуючої 0,03, враховують зміну площі А в процесі випробувань.

Для будь якого моменту випробовувань площа А_і визначають за формуло

. (6.4)

Дані випробувань і результати розрахунків заносять в табл. 6.1

Таблиця 6.1

Розрахунок вертикальної і об’ємної деформацій ґрунту

№ п/п	Час	Всебічний тиск σ3, МПа	Верти- кальне наван-таження σ1, МПа	Тиск в паровій воді, МПа	Вертикальна деформація		Об’ємна деформація
					абсолютна ∆h, мм	відносна ∆h/ h	абсолютна ∆V, см3	відносна ∆V/ V
1 2 3

При визначенні характеристик міцності по розрахованим значенням будують графік залежності (рис.6.2) для випробовувань, проведених для різних значень σ₃.

Рис.6.2. Графік для визначення характеристики міцності

На графіках визначають значення , відповідаючи моменту руйнування зразка ґрунту (точка перегину графіка) або відносної вертикальної деформації зразка 0,15.

3. Кут внутрішнього тертя ґрунту φ і зчеплення С розраховують за формулою

tqφ= , (6.5)

, (6.6)

де М і N- коефіцієнти, які визначаються за формулами

, (6.7)

, (6.8)

n- число випробувань; і - значення і при руйнуванні зразка.

Для оцінки ряду експериментальних даних і виявлення помилок випробовувань перед розрахунком tqφ і С будують графік залежності =f( ) при руйнуванні зразка (рис.6.2).

4. При визначенні характеристик деформоваваності по розрахованим значенням будують графіки залежності f( ) і f( ) (рис.6.3). На графіках виділяють лінійні ділянки для заданих програмою випробовувань діапазонів напруження.

Рис.6.3. Графік для визначення характеристик деформоваваності

5. Модуль деформації ґрунту Е, МПа, і коефіцієнт поперечної деформації ν за наявності, проведеному при постійному середньому напруженні, розраховують для заданого діапазонна напружень і за формулами

, (6.9)

, (6.10)

де і - приріст напруг і в заданому діапазоні; - приріс відносної поперечної деформації зразка ґрунту, який розраховується за формулою

, (6.11)

і - приріст відносної об’ємної і вертикальної деформацій зразка ґрунту.

6. При випробовуванні проведеному при постійному всебічному тиску в камері ( =0), Е і ν розраховують за формулою

(6.12)

(6.13)

7. Значення міцністних характеристик С і φ можна визначити також і по колам Мора

, (6.14)

. (6.15)

Питання для самоперевірки

1. Написати умову граничної рівноваги (умова Ренкіна) для сипучих ґрунтів.

2. написати умову граничної рівноваги для глинистих ґрунтів.

3. Як підготовити зразок ґрунту до випробовувань?

4. Як в процесі випробовувань руйнується зразок із сипучих ґрунтів, із зв’язаного ґрунту?

5. По якій схемі розраховують кут внутрішнього тертя ґрунту? По якій схемі розраховують питоме зчеплення ґрунту?

6. Як на приладі трьох осевого стискування визначити коефіцієнт бокового тиску, використовуючи відношення діючих напруг?

7. Як аналітично розрахувати коефіцієнт бокового тиску, використовуючи визначені раніше міцністні характеристики ґрунту?

8. Взаємозалежність між коефіцієнтами бокового тиску і поперечної деформації.

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

1. ГОСТ 5180-84. Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик.

2. ГОСТ 25100-82. Грунты. Классификация.

3. ГОСТ 25584-83. Грунты. Метод лабораторного определения коэффициента фильтрации.

4. ГОСТ 23908-79. Грунты. Метод лабораторного определения сжимаемости.

5. ГОСТ 23161-78. Грунты. Метод лабораторного определения характеристик просадочности.

6. ГОСТ 12248-78. Грунты. Метод лабораторного определения сопротивления срезу.

7. ГОСТ 20522-75. Грунты. Метод статической обработки результатов определений характеристик.

8. ГОСТ 26518-85. Грунты. Метод лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости при трехосном сжатии.

32