Лабораторная работа № 7 Исследование развития деформации грунтов во времени
При приложении нагрузки к полностью водонасыщенному грунту все давление в начальный момент времени передается на воду. Под действием этого давления вода вытекает (выдавливается) из пор со скоростью, зависящей от коэффициента фильтрации. При этом давление в воде постепенно падает, а на скелет грунта пропорционально увеличивается. Часть общего давления, передаваемого на скелет грунта, называют эффективным давлением σz, а на воду - нейтральным σw.
Cкорость осадки грунта зависит от скорости выдавливания воды из пор грунта.
Теория, описывающая закономерности уплотнения грунта во времени только лишь за счет удаления воды из пор грунта, называется теорией фильтрационной консолидации (ТФК).
Согласно ТФК, для случая одномерной задачи эффективные сжимающие напряжения σz в любой точке грунта, находящейся на глубине z, равны:
σz=P∙(1-(4/π)sin(πz/2n)∙e-N-(4/3π)Sin(3πz/2n)∙e-9N-(4/5π)sin(5πz/2n)∙e-25N-…)(7.1)
где Р - давление на поверхности грунта; h - толщина уплотненного слоя, ее принимают равной глубине сжимаемой толщи при односторонней вертикальной фильтрации и половине этой глубины - при двусторонней фильтрации; N - коэффициент, зависящий от степени консолидации,
N= ((π2∙Cv) / (4∙h2))t, (7.2)
где t - время от момента приложения нагрузки; Сv - коэффициент консолидации.
Сv= Кф / (α0 ∙ γw), (7.3)
где Кф - коэффициент фильтрации; α0 - коэффициент относительной сжимаемости; γw - удельный вес воды; π = 3,14.
Уравнение (7.1) позволяет построить эпюру сжимающих напряжений на любой момент времени t и вычислить осадку. Для упрощения практических расчетов вводят понятие степени консолидации:
U= St /S, (7.4)
где St -деформация грунта за время t от момента приложения нагрузки; S - величина конечной деформации при той же нагрузке.
Цель работы - изучение процесса уплотнения грунта во времени и вычисление коэффициента консолидации Сv.
1. Последовательность выполнения работы
Подробная конструкция компрессионного прибора и схема одометра приведены в лабораторной работе №6; схема одометра – на рис 7.1.
Цилиндрической гильзой отбирают из грунта образец ненарушенной структуры. Собирают прибор. Посредством рычажной системы прикладывают к образцу уплотняющее давление 200 кПа, положив на подвеску прибора груз массой 12 кг, и включают секундомер.
З
аписывают
показания индикатора часового типа
(т.е. деформацию образца) через 15, 30,
45 с, 1, 1.5, 2, 4, 6, 8, 10, 12 и т.д. минут до
прекращения вертикальных деформаций
(в лабораторных условиях до 30 млн.).
Результаты заносят в таблицу (табл.
7.1).
Рис.7.1. Схема одометра
Таблица 7.1. Результаты испытания образцов грунта
Время t, мин |
Деформация образца St, мм |
Степень консолидации U= St / S |
0 |
0 |
0 |
0,15 |
0,20 |
0,426 |
0,30 |
0,20 |
0,426 |
0,45 |
0,21 |
0,447 |
1 |
0,22 |
0,468 |
1,5 |
0,225 |
0,470 |
2 |
0,23 |
0,489 |
4 |
0,28 |
0,596 |
6 |
0,30 |
0,638 |
8 |
0,32 |
0,681 |
10 |
0,34 |
0,723 |
12 |
0,36 |
0,766 |
14 |
0,375 |
0,798 |
16 |
0,39 |
0,830 |
18 |
0,41 |
0,872 |
20 |
0,42 |
0,894 |
22 |
0,43 |
0,915 |
24 |
0,44 |
0,936 |
26 |
0,45 |
0,957 |
28 |
0,46 |
0,979 |
30 |
0,47 |
1 |
2. Обработка результатов опыта
Для каждого момент времени вычисляют степень консолидации по формуле (7.4). За конечную деформацию принимают деформацию образца, соответствующую последнему отсчету. Строят график St= f(t) (рис.7.2).