Журнал испытания грунта на сжимаемость

Дата испытания

Время (мин,ч)

Вес гирь на подвеске рычага. Н (кгс)

Давление на образец, кПа (кгс/см2)

Показания индикаторов

Деформация образца, ∆h, мм

Поправка на деформацию прибора, m мм

Относительное сжатие (набухание) образца E=

Приме-чание

n1

n2

За критерии условной стабилизации деформации принимается деформация не более 0,01 мм:

для глинистых грунтов – за 16 ч;

для пылеватых песков – за 4 ч.

6. Загружение образца ступенями давления по 2,5 кПа (0,025 кгс/см²) производится до начала сжатия грунта, которое считается, когда его относительная деформация достигает 0,005. Давление, соответствующее этой относительной деформации, принимается за структурную прочность Р_стр.

7. После определения Р_стр образец грунта продолжать ближайшими следующими ступенями: 12,5, 25,0, 50,0, 100,0 кПа (0,125, 0,250, 0,500, 1 кгс/см²) и далее с интервалом в 100,0 кПа (1,5 R₀, где R₀ – расчетное сопротивление основания, определяемое по СНиП 2.02.01-83). При испытании полевых и мелких песков, в том числе и заторфованных, начальные ступени выбираются по таблице 14 в зависимости от их коэффициента пористости e₀.

Таблица 14

Коэффициент пористости	0,75	0,75	0,6		0,6
Правые ступени давления, кПа (кгс/см2)	12,0 (0,125)	25,0 (0,250)		50,0 (0,500)

8. Разгрузка образца выполняется в порядке обратном загрузке. Отсчеты по индикаторам делаются через то же время, что и при разгрузке с тем же критерием условной стабилизации деформации.

9. По окончании испытаний прибор разбирается и очищается от грунта и воды. Кольцо с влажным грунтом вывешивается и производится контрольное измерение высоты образца грунта.

10. По результатам испытаний строится график зависимости относительных деформаций от вертикального давления (рис. 3). Точки графика соединяются лекальной кривой. Величина давления соответствующая точке пересечения лекальной кривой с оси сопротивлений (р), равна величине Р_стр. в случае разуплотнения грунта Р_стр соответствует относительной деформации определенной по формуле (14).

11. Определяются значения α и Е по формулам (12) и (13), результаты вычисления заносятся в таблицу 15.

Таблица 15

Обработка результатов испытаний грунта на сжимаемость

Давление	Относительная деформация	Коэффициент пористости	Коэффициент уплотнения α	Модуль деформации	Структурная прочность грунта, Рстр
кПа	Е	е		мПа, (кгс/см2)	кПа (кгс/см2)

Испытание завершается построением компрессионной кривой и определением важнейших характеристик деформативных свойств грунтов, таких как коэффициент уплотнения α, модуль деформации Е и структурная прочность Р_стр. - эти характеристики используются для расчета деформаций оснований и для общей качественной оценки свойств грунтов.

Рис. 3.1. Компрессионная кривая

Сжимаемость грунта характеризуется зависимостью между коэффициентом пористости и давлением е = f (p). Эта зависимость называется компрессионной (рис. 3.1). Для построения компрессионной кривой по оси абсцисс откладываются вертикальные давления р, а по оси ординат – соответствующие им коэффициенты пористости.

Начальный коэффициент пористости определяется по формуле:

( 10 )

где ρ_S - плотность частиц грунта;

ρ - плотность грунта;

w - природная влажность грунта.

Коэффициент пористости, соответствующий давлению р_i вычисляется по формуле:

( 11 )

где: ∆h_i – уменьшение высоты образца грунта под воздействием давления р_i;

h₀ – начальная высота образца грунта;

В пределах небольшого интервала давлений участок компрессионной кривой заменяется прямой линией MM'. Тангенс угла наклона и определяется из выражения:

tgα = α = ( 12 )

где: ∆е – изменение коэффициента пористости в рассматриваемом интервале давлений;

∆р – изменение давления;

е_i, е_i+1 – коэффициенты пористости, соответствующие давлениям р_i и р_i+1.

Коэффициент уплотнения a характеризует сжимаемость грунта в определенном интервале давлений. В зависимости от величины коэффициента уплотнения качественно оценивается сжимаемость грунта как основания сооружений (см. табл. 11).

Модуль деформации Е в тех же интервалах давлений вычисляется по формуле:

( 13 )

где: α – коэффициент уплотнения;

β – коэффициент, зависящий от коэффициента бокового расширения грунта и принимается равным: для мелких и пылеватых песков – 0.8, супесей – 0.70, суглинков – 0.50, глин – 0.40.

Таблица 3.1

Степень сжимаемости грунта

Степень сжимаемости грунта	mo (или a), МПа-1	Е0, МПа
Несжимаемый Малосжимаемый Среднесжимаемый Повышенной сжимаемости Сильносжимаемый	< 0.01 0.01 - 0.05 0.05 - 0.1 0.1 - 1 >1	>100 30 - 1000 15 -30 5 -15 <5

Таблица 8

Оценка сжимаемости грунта

Степень сжимаемости грунтов	Коэффициент уплотнения α (1/МПа)
Практически несжимаемый	< 0,01
Слабосжимаемый	0,01-0,05
Среднесжимаемый	0,05-0,10
Повышенносжимаемый	0,1-1,0
Сильносжимаемый	> 1,0

Величина модуля деформации и коэффициента уплотнения изменяется для одного и того же грунта в зависимости от его плотности и интервала давления, при котором они определяются.

Под структурной прочностью р_стр понимается давление, при превышении которого грунт начинает уплотняться. Для разуплотняющихся глинистых грунтов под р_стр понимается давление, при котором относительная деформаций разуплотнения.

( 14 )

где ∆h_н – увеличение высоты, образца грунта при разуплотнении, см;

h – высота образца грунта до испытания, см;

S_r – степень влажности грунта.

По ГОСТ 23908-79^х регламентируется метод определения коэффициента уплотнения a, модуля деформации E и структурной прочности P_стр. Некоторые физические характеристики грунтов ρ, ρ_s и w, необходимые для вычисления начальной пористости е₀, определяются по методикам, изложенным в работах 1,2,3 или задаются преподавателем.

Таблица 3.2

Результаты испытания грунта на компрессию

	Вертикальное давление р,МПа	Деформация образца ∆h1,мм	Относительная деформация	Коэффициент пористости е	Коэффициент сжимаемости (или уплотнения α) m0, МПа-1	Модуль общей деформацииЕ0,Мпа
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6		0 0,12 0,19 0,23 0,26 0,29 0,31	0 0,006 0,0095 0,0115 0,013 0,0145 0,0155	0,680 0,670 0,664 0,661 0,658 0,656 0,654	0 0,1 0,06 0,03 0,03 0,02 0,02	0 8,33 14,28 25,00 33,33 33,33 50,00

2. Для расчета оснований, сложенных просадочными грунтами, в лабораторных условиях определяются дополнительно коэффициент просадочности и начальное просадочное давление. Деформационными показателями просадочных грунтов являются коэффициент относительной просадочности ε_sl и величина начального просадочного давления P_sl. К просадочным относятся лессовые грунты, для которых ε_{sl >} 0,01.

Коэффициент относительной просадочности ε_sl и величина начального просадочного давления P_sl используются для расчетов оснований, сложенных просадочными грунтами.

Задача 2

Определить модуль общей деформации суглинка, если под вертикальным давлением р = 0,2 МПа образец высотой h = 100 мм дал абсолютную осадку Δ h = 2 мм.

Решение

Модуль общей деформации суглинка определяется по формуле

       p h       0,2 ^. 100

Е₀ = -------  = --------------- ^. 00,5 = 5 Мпа.

  h                 2

Задача 3

Определить коэффициент сжимаемости мелкого песка с начальным коэффициентом пористости е₀=0,65 и модулем общей деформации

Е₀ = 12 МПа.

Решение

Коэффициент сжимаемости может быть определен по формуле

        1 + е₀         1 + 0,65

m₀ = --------- ^b = ------------- ^. 0,8 = 0,11.

            Е₀             12

Задача 4

Пользуясь результатами испытания грунта на компрессию табл.3.2, изложенными в задаче 1, определить степень его сжимаемости при разных ступенях вертикального давления.

Решение

Степень сжимаемости грунта устанавливают по величинам коэффициента сжимаемости m₀ или модуля общей деформации Е₀ с использованием данных табл. 3.1.

1. При вертикальном давлении р = 0,1 МПа значения указанных величин равно m₀ = 0,1 МПа^-1, Е₀ = 8,33 МПа грунт обладает повышенной сжимаемостью.

2. При вертикальном давлении р = 0,2 МПа значения указанных величин равно m₀ = 0,06 МПа^-1, Е₀ = 14,28 МПа, грунт переходит в состояние среднесжимаемое. В таком же состоянии он находится и при вертикальном давлении р = 0,3 МПа.

3. В интервале вертикального давления от р = 0.4 МПа до р = 0,6 МПа коэффициент сжимаемости уменьшается до m₀ = 0,02 МПа^-1, модуль общей деформации увеличивается до Е₀ = 50 МПа. По степени сжимаемости грунт становится малосжимаемым.

Лабораторная работа № 5

Определение сопротивления грунта срезу

Испытание грунтов на срез проводится для определения максимального предельного сопротивления срезу и последующего определения угла внутреннего трения – φ и удельного оцепления – с.

Сопротивление глинистых грунтов срезу:

( 16 )

где τ – сдвигающее напряжение;

σ – нормальное напряжение;

tgφ – коэффициент внутреннего трения;

с – удельное сцепление грунта.

Первое слагаемое σ∙tgφ представляет собой сопротивление внутреннего трения, второе – сцепление. В сыпучих песчаных грунтах сцепление отсутствует и их сопротивление срезу:

τ = σtgφ ( 17 )

Графически сопротивление срезу песчаных и глинистых грунтов изображается прямыми, приведенными на рис. 5.

Рис. 5. Графики сопротивления срезу грунтов:

1 – песчаных, 2 – глинистых.

Характеристики сопротивления грунтов срезу используются при определении расчетного сопротивления грунтов в основании, устойчивости оснований сооружений грунтовых насыпей и откосов, давлении грунтов на подпорные стенки и др. инженерных расчетах. Эти характеристики определяются экспериментальным путем в полевых или лабораторных условиях. В лабораторных условиях для их определения используются одноплоскостные срезные приборы. Согласно ГОСТ 12248-78 сопротивление срезу определяется как касательно напряжение.

τ = ( 18 )

при котором образец грунта срезается по фиксированной плоскости при нормальном напряжении, МПа:

р = ( 19 )

где F_V и F_h – соответственного нормальная и касательная силы к плоскости среза, Н:

А – площадь среза, см².

Определение сопротивления грунтов срезу производится методами консолидируемого (последовательного уплотнения грунта нормальным давлением) и неконсолидируемого среза (без предварительного уплотнения грунта).

Метод консолидируемого среза применяется при испытаниях песчаных грунтов и глинистых грунтов с показателем текучести J_L≤1 и коэффициентом пористости для супесей и суглинков е≤1 и для глин е≤0,5.

Метод неконсолидируемого среза применяется для испытания водонасыщенных суглинков и глин (при степени влажности S_² ≥0,85), имеющих J_L≥0,5, а также просадочных грунтов, замоченных до полного водонасыщения.

Определение τ производится не менее чем при трех различных значениях p величина которого не должна, как правило, превышать 0,6 МПа (кгс/см²).

Испытания грунтов на срез проводится на образцах такого сложения и влажности, которое они будут иметь, находясь в основании или теле сооружения.

Образцы грунта должны иметь цилиндрическую форму диаметром не менее 70 мм и высотой не более 1/2 и не менее 1/3 диаметра.