Лабораторная работа № 2 Компрессионные испытания грунтов

Цель работы: определение характеристик сжимаемости грунтов.

Содержание работы

Компрессией называют сжатие образца грунта вертикально приложенным равномерно распределенным давлением в условиях, исключающих возможность боковых деформации.

Способом компрессии в одометре (рис.1) определяют коэффициент уплотнения (сжимаемости) грунта.

Рис. 1 - Схема одометра:

1 — образец грунта, 2 - кольцо; 3 - фильтровальная бумага; 4 - штамп с отверстиями; 5 - поддон; 6 — жесткая обойма, 7 -индикаторы часового типа; 8 - центрирующий шарик

При испытании образец грунта находится в цилиндрическом кольце диаметром D и высотой Н. Сжатие происходит при свободном удалении воды из пор грунта через металлические штампы с отверстиями. В качестве критерия стабилизации осадки между моментами приложения нагрузки принят интервал времени, равный 4 мин.

При выполнении учебной лабораторной работы величины давления можно принять следующие, кПа:

₀ = 0; ₁ = 50; ₂ = 100; ₃ = 150.

После приложения ступени давления снимают показания индикаторов с интервалом, равным 1 мин., до выполнения условного критерия стабилизации осадки. Затем прикладывают следующую ступень давления и т.д. При проведении компрессионных испытаний грунта на приборах конструкции Гидропроекта исходные данные будут следующими:

высота образца грунта Н, мм 25

площадь образца А, см² 60

диаметр D, мм 87,4

отношение плеч рычага, передающего

нагрузку п 1:10

Перед началом опыта должен быть назначен начальный коэффициент пористости грунта е₀, соответствующий давлению на образец ₀ = 0.

Порядок выполнения работы

1. Снимают подвеску с нагрузочного рычага прибора и одометр со станины и разбирают его.

2. Образец грунта отбирают режущим кольцом одометра. Для этого кольцо ставят острым краем на монолит грунта. Грунт вокруг кольца удаляют острым ножом, а кольцо легким нажимом постепенно вдавливают в грунт. После погружения кольца заключенный в нем грунт отделяют от монолита и зачитают вровень с краями кольца. С торцов кольца на поверхность грунта накладывают кружки фильтровальной бумаги.

3. Собирают одометр и устанавливают его на станину прибора. Собирают систему нагружения.

4. Устанавливают индикаторы. Поворотом шкалы индикатора фиксируют начальный нулевой отсчет.

5. Прикладывают первую ступень давления и пускают в ход секундомер (взять отсчет времени по часам).

6. Записывают в журнал испытаний (табл. 8) показания индикаторов с интервалом через минуту от момента приложения нагрузки до момента выполнения условного критерия стабилизации осадки.

7. Прикладывают следующую ступень давления и записывают показания индикаторов часового типа в журнал испытаний нарастающим итогом (от нуля, установленного в начале опыта) через те же промежутки времени с момента увеличения нагрузки и т.д.

8. По величинам конечных деформаций (после сжатия каждой ступенью давления) вычисляют соответствующие значения коэффициента пористости:

e =  (1+ e₀) и e = e₀ - e. (12)

Таблица 8 - Журнал испытаний (пример заполнения)

Масса гирь на подвеске, т, кг	Главное вертикальное напряжение, , кПА	Время наблюдения, t, мин.	Показания индикаторов S, мм		Осадка
			при нагрузке	при разгрузке	абсолютная, S, мм	относительная 
						при нагрузке	при разгрузке
0	0,0	0	0,00	0,25	0,00	0,00	0,0100
3	50	1	0,18	0,26	0,18	0,0072	0,0101
		2	0,20		0,20	0,008
		3	0,21		0,21	0,0084
		4	0,21		0,21	0,0084
6	100	1	0,25	0,28	0,25	0,0100	0,0112
		2	0,26		0,26	0,0104
		3	0,27		0,27	0,0108
		4	0,27		0,27	0,0108
9	150	1	0,30	0,32	0,30	0,0120	0,0128
		2	0,31		0,31	0,0124
		3	0,32		0,32	0,0128
		4	0,32		0,32	0,0128

Примечания:

1. Н = 25 мм; А = 60см²; п = 1:10 = 0,1

2.

3.  = S/H

Таблица 9 - Журнал вычислений (пример)

Главное вертикальное напряжение , кПа	Стабилизированная осадка (при режиме "нагрузка")		Коэффициент пористости
	абсолютная S, мм	относительная 	приращение по сравнению с начальным e	значение e
0	0,00	0,0000	0,000	0,960
50	0,21	0,0084	0,016	0,944
100	0,27	0,0108	0,021	0,939
150	0,32	0,0128	0,0025	0,935

По данным табл. 9 строят компрессионные кривые (рис.2).

Рис. 2 - Графики компрессионных кривых:

1 - кривая уплотнения; 2 - кривая разуплотнения

Характеристика деформируемости грунта (коэффициент уплотнения) в одном из интервалов изменения давления (по заданию преподавателя) определяется по формуле:

(13)

где ₁ и ₂ - границы интервала изменения главного вертикального напряжения, причем ₂ > ₁; е₁ и е₂ - соответствующие значения коэффициентов пористости.

Используя значение коэффициента уплотнения (сжимаемости) грунтов т₀ вычисляют коэффициент относительного уплотнения m_v и модуль деформации Е_оеd:

m_v = m₀/(l + e₀); (14)

E_oed = /m_v, (15)

где  - коэффициент, учитывающий отсутствие поперечного расширения грунта в приборе и назначаемый в зависимости oт коэффициента Пуассона  (табл. 10).

Таблица 10 - Среднее значение коэффициента Пуассона 

и коэффициента 

Грунт		 = 1- 22/(1 - )
песок и супесь	0,30	0,74
суглинок	0,35	0,62
глина	0,42	0,40

Лабораторная работа № 3

Определение сопротивления грунта срезу

в одноплоскостном сдвиговом приборе

Цель работы: определение прочностных характеристик грунтов:

С - удельного сцепления, кПа;  - угла внутреннего трения, град.

Содержание работы

Сопротивление грунта срезу (сдвигу) зависит от величины нормальных к плоскости среза напряжений  и прочностных характеристик грунтов. График пред = f() аппроксимируют прямой, уравнение которой выражает закон сдвига Кулона:

пред =  tg + С (16)

Математические параметры этой зависимости  и С приняты в качестве характеристик прочности грунта, которые называют соответственно углом внутреннего трения и удельным сцеплением.

Для определения характеристик прочности необходимо провести испытание на сдвиг нескольких образцов одного и того же грунта при разной величине вертикальных сжимающих напряжений, но одной и той же плотности [1, с. 48].

Испытания проводятся на срезном приборе конструкции Гидропроекта (рис. 3), площадь образца А=40 см³ и высота Н =35 мм. Нагружающая система рычажного типа имеет соотношение плеч рычагов, передающих вертикальную нагрузку n_h = 1 :10 и горизонтальную п_г = 1 : 10

Рекомендуется выполнить по два опыта на срез грунта при вертикальных давлениях ₁ = 175кПа; ₂ = 250 кПa (всего 4 опыта).