4 Упорная балка, 5 анкерная свая
а) |
б) |
|
|
Рисунок 3.31. Результаты штамповых испытаний: (а) затухание осадки от каждой
ступени нагружения, (б) зависимость осадки от нагрузки
По результатам испытания строится график зависимости осадки штампа от нагрузки (рис. 3.31, б).
Для определения модуля деформации используют начальный прямолинейный участок. За границу прямолинейного участка графика «осадка—нагрузка» принимается ступень нагрузки, при которой приращение осадки в два раза больше, чем за предыдущую ступень. Модуль деформации грунта определяют с использованием упругого решения Шлейхера об осадке незаглубленного штампа:
где
коэффициент, зависящий от формы жесткого
штампа (для круглого штампа
принимается равным 0,78, а для квадратного
0,88);
диаметр (ширина) штампа;
коэффициент
Пуассона;
приращение среднего
давления по подошве штампа на линейном
участке зависимости
;
приращение осадки штампа при изменении
давления на
.
Модуль деформации грунта, получаемый
на основе штамповых испытаний, имеет,
как правило, наиболее высокое значение
по сравнению с другими методами.
Наряду с преимуществами штамповый метод имеет свои недостатки: 1) громоздкость; 2) трудоемкость и большая стоимость; 3) принятые допущения при теоретическом решении задачи Шлейхера, в частности неучет заглубленности штампа; 4) при определении модуля деформации в водонасыщенных грунтах невозможно контролировать дренирование.
Штамповые испытания позволяют оценить сжимаемость грунтов на глубину, равную примерно полуторной ширине штампа, и оценивают сжимаемость такого слоя интегрально, без учета сжимаемости отдельных слоев, прослоек и т.д. Поэтому по своей идее штамповые испытания могут иметь ограниченное значение, а не «эталонное», как это часто интерпретируется.
3.8.3. Прессиометрический метод определения модуля деформации
Прессиометрические испытания применяются, как правило, для изучения сжимаемости изотропных грунтов, у которых она в вертикальном и горизонтальном направлениях одинакова.
Суть метода заключается в следующем: пробуривается скважина и в нее на требуемую глубину опускается специальный зонд, представляющий собой герметичную резиновую камеру (рис.3.32). Прессиометрическая установка позволяет создавать в камере заданное давление и имеет устройство для измерения расширения резиновой камеры под действием приложенного давления.
Рисунок 3.32. Конструкция прессиометра: 1 трос, 2 верхний фланец, 3 труба, 4 эластичная оболочка, 5 нижний фланец, 6 дистанционные датчики, 7 шланги высокого давления, 8 манометрическая головка, 9 штуцер, 10 кабель и регистрирующий прибор
Очевидно, что прессиометрический метод может применяться лишь в устойчивых грунтах, не требующих крепления стенок скважины. Модуль деформации вычисляется по полуэмпирической формуле
,
где
эмпирический
коэффициент;
начальный диаметр скважины;
приращение давления в камере;
приращение диаметра скважины от давления.
Модуль деформации можно по данному
методу определить также из выражения
Ляме:
где
коэффициент Пуассона;
давление в
прессиометре;
относительная радиальная деформация
в скважине.
3.8.4. Определение сопротивления сдвигу методом лопастного среза (метод крыльчатки)
Этот метод был впервые предложен в Швеции и особенно широко применяется при исследовании прочности слабых водонасыщенных грунтов, из которых затруднительно отобрать монолиты грунта ненарушенной структуры для лабораторных испытаний. Схема установки, действующей по этому методу, показана на рис.3.33.
Рисунок 3.33. Конструкция крыльчатки: 1 крыльчатка с четырьмя лопастями, 2 штанга, 3 центрирующая обойма, 4 обсадная труба, 5 зажимное устройство, 6 оголовок
прибора, 7 рукоятка червячного редуктора, 8 циферблат торсиометра
В
забой скважины ниже конца обсадной
трубы в грунт вдавливается лопастная
крыльчатка. С помощью специального
устройства крыльчатка поворачивается
вокруг оси, и грунт срезается по боковой
поверхности цилиндра и его торцу. Усилие,
необходимое для такого среза, измеряется
с помощью специального прибора
торсиометра, который путем тарировки
позволяет определить крутящий момент
на любой период времени
.
Предполагается, что предельные касательные
напряжения по боковой поверхности
цилиндра распределены равномерно, а по
торцу
по закону треугольника.
Из условий равновесия можно определить предельное сопротивление грунта срезу , которое приближенно равно общему сцеплению грунта:
где и диаметр и высота крыльчатки. Из приведенной формулы видно, что результаты таких испытаний могут быть использованы лишь при рассмотрении грунта как идеально-связного тела, так как при лопастном срезе определить внутреннее трение грунта невозможно.
3.8.5. Статическое и динамическое зондирование
Эти методы в последнее время находят широкое применение в изыскательских работах. Для проведения зондирования разработано мобильное оборудование различных модификаций, методы отличаются незначительной трудоемкостью и достаточной точностью. Они основаны на внедрении в массив специальных конических зондов, обеспечивающих непрерывное получение информации о свойствах грунтов. Такие методы включают в себя пенетрацию и зондирование грунтов.
Если рабочий конус погружается на глубину, не превышающую его высоту, то такие испытания называют пенетрацией, а когда глубина исследования превышает высоту конуса зонда, применяют термин «зондирование».
По способу погружения зонда в грунт зондирование подразделяется на динамическое, если зонд погружается ударами стандартного молота определенного веса, и статическое, если зонд вдавливают в грунт с заданной скоростью и одновременно измеряют сопротивление грунта этому вдавливанию.
Размеры зондов как для статического, так и для динамического зондирования стандартизованы. Для примера на рис. 3.34 показаны конструкции зондов для статического зондирования. Несколько реже применяют вибрационное зондирование.
При проведении статического зондирования существующие установки позволяют раздельно измерять значение сопротивления грунта под наконечником и на боковой поверхности зонда, что особенно важно при изысканиях для проектирования свайных фундаментов. Результаты статического зондирования представляют в виде специфических графиков и таблиц.
Интерпретация результатов статического зондирования основывается на теоретическом решении осесимметричной задачи теории предельного равновесия В.Г Березанцева, которая дает зависимость между удельным сцеплением грунта и величиной удельного сопротивления при погружении зонда:
,
где
табличный коэффициент.
Для практических целей при определении характеристик прочности и деформируемости по данным статического зондирования часто пользуются эмпирическими зависимостями:
для пылевато-глинистых грунтов
,
для песчаных грунтов
,
где
удельное сопротивление погружению
конуса зонда.
Рисунок 3.34. Конструкции зондов: 1 конус, 2 кожух, 3 штанга, 4 муфта трения,