Испытание образцов грунта методом трехосного сжатия

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Пермский национальный исследовательский политехнический университет»

Кафедра строительства автомобильных дорог и мостов

ИСПЫТАНИЕ ОБРАЗЦОВ ГРУНТА МЕТОДОМ ТРЕХОСНОГО СЖАТИЯ

Методические указания к выполнению лабораторных работ

Издательство Пермского национального исследовательского

политехнического университета

2015

1

Составители: канд. техн. наук Б.С. Юшков, А.С. Сергеев

УДК 624.131.137 И88

Рецензент канд. техн. наук, доцент А.М. Бургонутдинов

(Пермский национальный исследовательский политехнический университет)

И88 Испытание образцов грунта методом трехосного сжатия : метод. указания к выполнению лабораторных работ / сост. Б.С. Юшков, А.С. Сергеев. – Пермь : Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2015. – 53 с.

Даются рекомендации по испытанию образцов грунта методом трехосного сжатия при заданном боковом давлении по ГОСТ 12248– 2010 «Методы лабораторных характеристик прочности и деформируемости».

Предназначено для студентов, магистров, аспирантов, преподавателей строительных специальностей «Строительство автомобильных дорог», «Мосты и транспортные тоннели».

УДК 624.131.137

© ПНИПУ, 2015

2

3

ВВЕДЕНИЕ

Инженерная геология и инженерно-геологические изыскания – это ряд исследований, обеспечивающих изучение инже- нерно-геологических условий района (площадки, участки, трассы) предполагаемого места строительства, включая рельеф местности, сейсмотектонические, геоморфологические и гидрогеологические процессы, геологическое строение и составление прогноза возможных изменений инженерно-геологических условий при взаимодействии данных объектов с геологической средой. Инженерно-геологические изыскания необходимы также для получения материалов для обоснования проектной подготовки строительства.

В состав инженерно-геологических изысканий входят:

–сбор и обработка материалов изысканий прошлых лет;

–маршрутные наблюдения (рекогносцировочное обследование);

–проходка горных выработок;

–геофизические исследования;

–полевые исследования грунтов;

–стационарные наблюдения;

–лабораторные исследования грунтов и подземных вод;

–обследование грунтов оснований существующих зданий

исооружений;

–камеральная обработка материалов;

–составление прогноза изменений инженерно-геологических условий;

–оценка опасности и риска от геологических и инженерногеологических процессов;

–составление технического отчета.

Главная цель инженерной геологии – изучение природной геологической обстановки местности до начала строительства, а также прогноз тех изменений, которые произойдут в геологи-

4

ческой среде, и в первую очередь в породах, в процессе строительства и при эксплуатации сооружений. В современных условиях ни одно здание или сооружение не может быть спроектировано, построено и надежно эксплуатироваться (а впоследствии ликвидировано или реконструировано) без достоверных и полных инженерно-геологических материалов.

Всё это определяет основные задачи, которые стоят перед инженерами-геологами в процессе изыскательских работ еще до начала проектирования объекта (при принятии решения

остроительстве, об инвестировании проекта и т.п.), а именно:

–выбор оптимального (благоприятного) в геологическом отношении района (площадки) строительства данного объекта;

–выявление инженерно-геологических условий в целях определения наиболее рациональных конструкций фундаментов и объекта в целом, а также технологии производства строительных работ;

–выработка рекомендаций по необходимым мероприятиям и сооружениям инженерной защиты территорий и охране геологической среды при строительстве и эксплуатации сооружений.

1. ПРАВИЛА ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

1.Студенты допускаются к выполнению лабораторных работ после инструктажа по технике безопасности.

2.Инструктаж производится по имеющимся в лаборатории инструкциям по безопасному проведению лабораторных работ.

3.До выполнения работ на установке, приборе необходимо внимательно ознакомиться с основными правилами их эксплуатации.

4.Нельзя загромождать рабочее место предметами, ненужными для выполнения данной работы.

5.Во время выполнения лабораторных работ нельзя ходить без дела по лаборатории, отвлекать внимание товарищей, опираться на установки и приборы.

5

6.При работе в лаборатории необходимо выполнять только ту работу, которую выбрал руководитель. Категорически запрещается выполнять другие виды работ.

7.Нельзя оставлять без наблюдения свою работу, так как это может привести к несчастному случаю.

8.Запрещается для выполнения работ оставаться в лаборатории одному. Обязательное присутствие второго лица необходимо для оказания первой помощи выполняющему работы при несчастном случае.

9.Если с кем-то из студентов произошел несчастный случай, необходимонемедленносообщитьобэтомруководителю работ.

10.О неполадках в лабораторном оборудовании следует немедленно сообщить руководителю работ.

11.После окончания работ нужно привести в порядок рабочее место и доложить об окончании работ преподавателю.

2. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Существуют способы определения показателей сопротивления грунтов сдвигу, основанные на раздавливании образцов грунта в приборе трехосного сжатия – стабилометре – в условиях всестороннего давления. В этом случае сдвиг грунта происходит не по заранее фиксированным плоскостям, как в срезном приборе, а по площадкам, на которых действуют касательные напряжения, способные преодолеть сопротивление грунта сдвигу.

Горизонтальное давление на образец грунта σ2 создается жидкостью, заполняющей прибор, а вертикальное σ1 – внешней нагрузкой от штампа прибора. Постепенно доводя грунт до разрушения, находят показатели, характеризующие предельное состояние грунта. При этом горизонтальные и вертикальные напряжения представляют собой главные напряжения, зная величину которых можно найти касательные напряжения, вызвав-

6

шие сдвиг грунта по площадкам, расположенным под углом

45 2 к главному напряжению.

Испытание грунтов на трехосное сжатие производят по стандартной методике: цилиндрический образец грунта, заключенный в резиновую оболочку, предварительно подвергают всестороннему давлению, равному σ2 – σ3, затем, после загасания деформации от всестороннего давления, прикладывают нагрузку P увеличивающимися ступенями до разрушения образца или потери им устойчивости.

По результатам испытаний можно определить значения эффективных напряжений в момент разрушения образца:

Зная главные напряжения в момент разрушения образца, строят круги напряжений Мора (рис. 1).

Величина сдвигающих напряжений не может быть больше предельного значения, определяемого по уравнениям и соответствующего возникновению беспрерывного скольжения (сдвига) одной части грунта по другой:

пред tg , пред tg c.

Эти значения напряжений на предельной прямой отвечают некоторой экспериментальной точке М, которая одновременно должна принадлежать и кругу предельных напряжений Мора. Это возможно лишь в том случае, когда прямая ОМ или О М будет касательной к кругу напряжений, т.е. составит с радиусом круга в точке касания угол в 90° и пройдет через начало координат.

7

Рис. 1. Круги Мора, построенные по результатам испытаний образцов грунта на сжатие в стабилометре: а – сыпучие грунты; б – связные грунты

Зная величины главных напряжений σ1 и σ2 и учитывая, что на кривой сдвига треугольники ОМС или О МС прямоугольные, получим для сыпучих грунтов:

8

получим

sin 1 2 .

1 2

Для связных грунтов

или

1 2

sin 2 .

1 2 2c ctg

Уравнение представляют собой математическое выражение условия предельного равновесия соответственно сыпучих и связных грунтов. Эти уравнения широко используются при определении предельной нагрузки на грунт, в расчетах устойчивости массивов грунта и в расчетах давления грунта на ограждения.

Кроме того, по данным испытаний в стабилометре определяют значение относительной продольной деформации

z Shi ,

где Si – осадка для любой ступени нагрузки; h – первоначальная

высота образца грунта.

Относительная объемная деформация

VV ,

где V – первоначальный объем образца; V – изменение объема образца, которое определяется с помощью волюметра.

В пределах линейной зависимости между общими деформациями (продольными или объемными) и приращением осевого давления Δσ1 находим модуль общей линейной деформации:

9

E0 1 .z

Модуль объемной деформации

Eоб 1 .

Между модулем объемной и модулем линейной деформации существует взаимосвязь:

откуда коэффициент относительной поперечной деформации аналогичен коэффициенту Пуассона:

0 Eоб E0 .

2Eоб

3. ОБЩИЙ ВИД УСТАНОВКИ КАМЕРЫ ТРЕХОСНОГО СЖАТИЯ ГТ 2.3.5 ТИПА Б

Камера трехосного сжатия типа Б предназначена для испытаний образцов грунта методом трехосного сжатия при заданном боковом давлении по ГОСТ 12248–2010 «Методы лабораторных характеристик прочности и деформируемости».

Изделие в составе установки обеспечивает:

–центральную передачу нагрузки на образец грунта;

–боковое расширение образца грунта;

–подачу воды к образцу грунта сверху или снизу;

–обжатие образца давлением жидкости;

–непрерывную фильтрацию воды на протяжении всего испытания и ее отвод;

–герметичность основных деталей изделия.

10