Инженерная геология и механика грунтов

равной 10. Гиря массой 3 кг на подвеске создает давление под штампом 0,1 МПа. Деформации грунта замеряются двумя индикаторами часового типа с точностью измерения до 0,01 мм.

Для построения компрессионной кривой загрузка образца грунта производится ступенями по 0,1 МПа. Каждая ступень нагрузки выдерживается во времени до наступления условной стабилизации осадки. Только после этого нагрузку увеличивают.

Для грунтов естественной ненарушенной структуры компрессионная кривая имеет два участка (рис. 4): первый – до давлений, не превосходящих структурную прочность грунта, с малым изменением коэффициента пористости и второй – криволинейный, со значительными изменениями коэффициента пористости, что указывает на уплотнение грунта под нагрузкой, превосходящей структурную прочность грунта.

Описание компрессионной кривой аналитически для большого диапазона давлений удобно аппроксимировать логарифмической зависимостью

где e0 и p0 – начальный коэффициент пористости и давление, близкое величине структурной прочности; еi и pi – коэффициент пористости и давление, соответствующее i-й ступени нагрузки; Ce – коэффициент компрессии.

При небольшом изменении давления в практических целях заменяют зависимость между еi и pi прямой (рис. 5).

31

где e1, e2 – коэффициенты пористости грунта, соответствующие

давлениям p2 , p1 .

Грунты считаются малосжимаемыми, если а < 0,0005 МПа–1, среднесжимаемыми, если а < 0,005…0,0005 МПа–1, сильносжимаемыми, если а > 0,0005 МПа–1.

Важнейшей деформативной характеристикой грунта является модуль общей деформации грунта Е0, который также можно определить по результатам компрессионных испытаний.

По данным испытаний строится компрессионная зависимость, вычисляются коэффициенты уплотнения а(m0) и относительного уплотнения а(mν):

где e0 – коэффициент пористости грунта в естественном состоянии.

32

Компрессионный модуль деформации грунта (МПа)

где β – коэффициент, учитывающий отсутствие поперечного расширения грунта в приборе и определяемый по формуле

где ν – коэффициент бокового расширения грунта (коэффициент Пуассона) можно принять для песков и супесей равным 0,3; для суглинков 0,35; для глин 0,42. Для практических расчетов рекомендуется принимать β = 0,8.

Модуль общей деформации грунта

где mк – безразмерный коэффициент, учитывающий несоответ-

ствие условий полевых и лабораторных испытаний грунтов; принимается в зависимости от физического состояния грунтов равным 2–6. Коэффициент mк принимается по табл. 11.

Таблица 11

Значения коэффициента mк

По данным компрессионных испытаний водонасыщенных глинистых грунтов можно оценить характер развития деформаций во времени при действии постоянной нагрузки и построить графики время – деформация (рис. 6).

33

в кольце (25 мм); hi – вертикальная деформация образца грунта при данной ступени нагрузки, определяемая из табл. 12 (мм); e0 – начальный (природный) коэффициент пористости при

p = 0, определяется по формуле определения коэффициента пористости e, для практических расчетов можно принять e0 = 0,7.

8. Полученные значения ei , а также вычисленные по формулам значения ei, a, a0, Eк записать в табл. 13.

9.При необходимости определить значения a, a0, Eк в диапазоне давлений 0,1–0,3 МПа.

10.По данным вычислений построить график компрессионной зависимости в координатах р – е (рис. 7).

35

11.По данным табл. 12 построить график стабилизации де-

формаций во времени при постоянных давлениях р2 = 0,2 МПа,

р3 = 0,3 мПа (рис. 8).

12.По формуле определить модуль общей деформации грунта Ео.

36

Характерным проявлением сдвига являются оползание грунтовых откосов под влиянием собственного веса или внешней нагрузки, выпирание грунта в стороны из-под перегруженных опор сооружения.

Условие прочности Кулона – Мора для глинистых грунтов записывается в виде

где φ – угол внутреннего трения; С – удельное сцепление грунта. Графически угловая прочность представлена на рис. 9.

Рис. 9. Сопротивление грунта сдвигу при различных уплотняющих давлениях: 1, 2 – для связных и сыпучих грунтов соответственно

Характеристики С, φ используются при определении несущей способности основания (расчетное сопротивление грунта R), устойчивости откосов, давления грунта на ограждения осадки некоторых типов фундаментов (свайные) и др. Значения С и φ определяются экспериментально в лабораторных или натурных условиях.

В лабораториях определение производится на приборах однолопастного среза по двум методам:

38

а) консолидированного среза (открытая схема); б) неконсолидированного среза (закрытая схема).

Испытания по открытой схеме производятся после предварительного уплотнения образцов вертикальной нагрузкой до стабилизации осадки, горизонтальное усилие на образец передается ступенями, при этом каждая ступень выдерживается до стабилизации горизонтальной деформации.

Испытания грунтов по закрытой схеме выполняются таким образом, что плотность и влажность грунта в процессе опыта не меняется, поэтому такие опыты носят название быстрого сдвига. Испытание связных грунтов производят по первой схеме, а сыпучих – по второй.

Принцип испытания заключается в том, что к образцу грунта прокладывают вертикальное (уплотняющее) давление рв, под действием которого определяют предельное сопротивление грунта сдвигу τ.

Величину касательных напряжений τ находят по величине горизонтального усилия Т и площади поперечного сечения образца грунта F:

Для нахождения τпр горизонтальную нагрузку увеличивают ступенями, пока не произойдет сдвиг части грунта по другой. Величина ступени горизонтальной нагрузки T составляет 5–10 % от вертикальной нагрузки N. Переход от одной ступени к другой осуществляется после стабилизации горизонтальной деформации σ. Обычно сдвиг наступает при перемещении σ = 1...3 мм.

Для построения диаграммы сдвига величину τ определяют при различных значениях рв, для чего в прибор каждый раз помещают новую пробу, взятую из одного и того же монолита.

Необходимое оборудование: односрезный сдвиговой прибор типа ВСВ–1, три кольца с грунтом (№ 1, 2, 3), прибор для предварительного уплотнения грунта.

39

Опыт проводится по схеме консолидированно-недрени- рованного сдвига. В сдвиговые кольца помещают три одинаковых образца глинистого грунта. Эти образцы в течение 24 ч (до полной стабилизации осадок) уплотняются давлением:

вкольце № 1 рв = 0,1 МПа,

вкольце № 2 рв = 0,2 МПа,

вкольце № 3 рв = 0,3 МПа. Порядок выполнения работы:

1. Кольцо 1 с грунтом перенести из уплотнителя в сдвиго-

вой прибор и привести его в рабочее положение.

2. К образцу грунта приложить вертикальное (уплотняющее) давление рв = 0,1 МПа. Для создания такого давления на подвеску (рис. 10) положить гири массой 4 кгс.

Рис. 10. Схема прибора для определения сопротивления грунтов сдвигу

3.Опустить горизонтальный стопорный винт. Приложить

кобразцу грунта сдвигающее усилие Т (пригружая грузами подвеску 3) и записать показания индикатора. Ступени нагрузки принять равными 5–10 % от N.

4.Предельное сдвигавшее усилие τпр определить после достижения горизонтальной деформации σ = 2...3 мм или при непрекращающемся сдвиге под действием постоянного горизонтального усилияТ. Полученныеданныезаписатьвтабличнойформе.

40