книги из ГПНТБ / Абелев М.Ю. Слабые водонасыщенные глинистые грунты как основания сооружений 8-й междунар. конгресс по механике грунтов и фундаментостроению

нистой пасты обеспечивала минимальную степень аэра­ ции дистиллированной воды.

верхности грунта. После наполнения прибора глинистой пастой на 15—20 см (по высоте) устанавливали верх­ нюю крышку, герметизировали прибор и вакуумирова­ ли его в течение 2 ч. Затем снова укладывали слой гли­ нистой пасты и снова создавали в приборе вакуум в те­ чение 2 ч.

Такая подготовка позволяла считать исследуемый грунт двухфазной системой. Кроме того, непосредствен­ ный отбор проб из различных точек грунта показал, что коэффициент его водонасыщения составлял 0,92—1.

В тех случаях, когда для данного эксперимента тре­ бовалось устройство песчаной подушки, в большой ком­ прессионный прибор до загрузки глинистой пасты укла­ дывали слой среднезернистого песка толщиной 4—6 см. Песок укладывали под воду и поверхность песчаной по­ душки тщательно выравнивали линейкой.

Вертикальную песчаную дрену устраивали следую­ щим образом. До укладки в прибор глинистой пасты на его дно (если требовалось устройство песчаной подуш­ ки совместно с вертикальной песчаной дреной, — на уло­ женный слой песка) строго вертикально по оси прибора устанавливали тонкостенную медную трубку внутрен­ ним диаметром 5 см. В нее под воду засыпали средне-

укладки глинистой пасты в прибор поворотами и не­ большими рывками выдергивали обсадную трубу, одно­ временно прикладывая усилие к сердечнику. Выходя­ щий из трубы песок образовывал вертикальный песча­ ный столб в глинистой пасте. Как показали последую­ щие откопки дрены, тело вертикальной дрены не имело ни шеек, ни разрывов.

В тех случаях, когда требовалось устроить верти­ кальную песчаную дрену уже после уплотнения грунта (например, после исследования работы песчаной по­ душки), на оси прибора устанавливали тонкостенную

263

медную трубку с открытым концом и забивали ее в уплотненную глинистую пасту. Чтобы уменьшить со­ противление при забивке, нижний край трубки затачи­ вали. После погружения обсадной трубы из ее внутрен­ ней полости ложкой с режущим краем удаляли грунт и промывали трубку дистиллированной водой. Затем че­ рез обсадную трубку укладывали среднезернистый пе­ сок, устанавливали сердечник и извлекали ее.

После укладки глинистой пасты воду, покрывающую грунт, удаляли вакуум-насосом. Поверхность глинистой пасты покрывали тонкой полихлорвиниловой пленкой. При этом тщательно удаляли воздушные пузырьки между пленкой и поверхностью грунта.

На полихлорвиниловую пленку укладывали жесткий круглый штамп диаметром 44 см (диаметр большого компрессионного прибора 50 см). Вдоль боковой по­ верхности цилиндра прибора полихлорвиниловую плен­ ку укладывали «гармошкой», что позволяло круглому штампу свободно перемещаться при уплотнении грунта. Края полихлорвиниловой пленки заводили во фланец, где ее плотно прижимали к крышке и фланцу стяжны­ ми болтами. Затем полость большого компрессионного прибора (выше полихлорвиниловой пленки) заполняли водой и на болтах устанавливали верхнюю крышку при­ бора. Чтобы удалить из верхней полости прибора воз­ дух, через газовые краны пропускали дистиллирован­ ную воду под небольшим давлением. После отсчета начальных показаний индикаторов деформаций и под­ соединения шлангов давления к бачкам компенсатора приступали к проведению основных экспериментов.

4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СОВМЕСТНОЙ РАБОТЫ ПЕСЧАНОЙ ПОДУШКИ И ВЕРТИКАЛЬНОЙ ПЕСЧАНОЙ ДРЕНЫ

Данный эксперимент проводился на лабораторной установке и был продолжением проведенного ранее экс­ периментального исследования работы песчаной подуш­ ки, поставленного для изучения распределения порового давления по высоте грунтового массива в процессе кон­ солидации. После отбора образцов и определения их физико-механических характеристик в месте отбора проб была дополнительно уложена глинистая паста (до пер­ воначального уровня). Затем по центру грунтового ци-

264

липдра была устроена песчаная дрена. Чтобы песок дрены имел большую сжимаемость, к нему добавляли 3—5% слюды. Отверстие в днище прибора было закры­ то болтом 5. После насыщения песчаной дрены водой прибор был герметизирован. Следует отметить, что в

Приемные зонды порового давления для возможно­ сти сравнения полученных данных с данными экспери­ ментального исследования работы вертикальной песча­ ной дрены были установлены по определенной схеме.

Испытание проводилось по следующей методике. Че­ рез бачок компенсатора к грун.ту прикладывали нагруз­ ку 0,25 кгс/см2. В течение трех суток через каждые 6 ч

и в течение 24 ч глинистую пасту обжимали по схеме «закрытая система» и периодически (через 4 ч) опре­ деляли поровое давление в приемных зондах.

После того как поровое давление достигало макси­ мума и стабилизировалось, вывертывали болт 5 в дни­ ще прибора (см. рис. V.1) и через определенные про­ межутки времени во всех приемных зондах измеряли поровое давление. Затем систематически измеряли де­ формации грунтового массива и контролировали вели­ чину внешнего давления по образцовому манометру, установленному на крышке прибора. Результаты иссле­ дования приведены на рис. Ѵ.2.

Исследования уплотнения показали, что предвари­ тельное обжатие нагрузкой в 1,5 кгс/см2 явилось причи­ ной появления искусственной структурной прочности сжатия в 0,25 кгс/см2. При этой нагрузке ни один из при­ емных зондов в течение трех суток не обнаружил появ­ ления порового давления. Это показывает, что вся на­ грузка полностью была воспринята скелетом грунта (эффективное напряжение).

Анализ результатов экспериментального исследова­ ния (см. рис. Ѵ.2) подтверждает эффективность верти­ кальных песчаных дрен. В рассматриваемом эксперимен­ те (песчаная подушка совместно с вертикальной песча­ ной дреной) поровое давление уменьшалось гораздо быстрее, чем в эксперименте, поставленном только для

265

песчаной подушки. Особенно это наглядно для приемных зондов, расположенных ближе к вертикальной песчаной дрене.

Характер экспериментальных кривых в большинстве случаев достаточно хорошо согласуется с графиками теоретических расчетов (см. рис. IV.6).

и, хгс/смг

Рис. V.2. Изменение порового давления во времени при устройстве вертикальной дрены диаметром 5 см и песчаной подушки на экспери­ ментальном стенде (на графике указаны номера приемных дат­ чиков)

Как и в предыдущих экспериментах, начальное поро­ вое давление, найденное в опыте, по величине значитель­ но отличается от теоретических значений (по теории фильтрационной консолидации).

Несмотря на тот факт, что вода перемещалась в пес­ чаную подушку и вертикальную песчаную дрену одно­ временно, поровое давление в датчиках № 6, 7 не умень­ шилось до нуля. Это можно объяснить тем, что при уплотнении глинистых грунтов величина начального градиента фильтрации возрастает и, следовательно, воз­ никают условия для появления остаточного порового давления.

Заслуживает внимания и тот факт, что во всех точ­ ках грунтового массива, где измерялось поровое дав­

266

5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ ВЕРТИКАЛЬНЫХ ДРЕН В ГРУНТАХ СО СТРУКТУРНОЙ ПРОЧНОСТЬЮ СЖАТИЯ

Эксперимент был поставлен для изучения влияния структурной прочности сжатия грунта на работу верти­ кальной песчаной дрены (без применения песчаной по­ душки) .

Исследование было проведено на экспериментальной лабораторной установке как продолжение эксперимен­ тального исследования работы вертикальной песчаной дрены. В места, откуда были отобраны образцы для ис­ следования физико-механических характеристик грунта, была дополнительно уложена глинистая паста такой же влажности. Отверстие в днище прибора было закрыто болтом 5 (см. рис. V.1), а прибор герметизирован. При­ емные зонды порового давления располагали по опреде­ ленной схеме.

Нагрузку к грунту прикладывали следующим обра­ зом: первоначально — 0,25 кгс/см2 (в течение трех су­ ток с периодическим измерением порового давления в грунтовом массиве и измерением деформаций); затем сразу через компенсатор •— 1,5 кгс/см2 и в течение 24 ч грунт обжимали в большом компрессионном приборе по закрытой системе.

После измерения порового давления во всех зондах вывинчивали болт 5 в днище прибора и периодически (через определенные промежутки времени) измеряли поровое давление во всех фиксированных точках грун­ тового массива. Одновременно по индикаторам перио­ дически определяли деформацию глинистой пасты и контролировали величину действующего внешнего дав­ ления.

дует отметить, что при этой нагрузке образец грунта не деформировался (индикаторы не зарегистрировали де­ формаций) .

После приложения нагрузки 1,5 кгс/см2 поровое дав­ ление во всех приемных зондах было меньше внешнего давления на величину, большую искусственной структур­ ной прочности сжатия (0,25—0,35 кгс/см2).

267

Анализ результатов исследования показывает следу­ ющее.

1. Результаты рассматриваемого эксперимента хоро­ шо согласуются с результатами эксперимента работы вертикальной песчаной дрены.

2. При сжатии грунта нагрузкой, по величине мень­ шей структурной прочности сжатия, фильтрационной консолидации не происходит, так как поровое давление во всех точках грунтового массива в течение всего пе­ риода уплотнения равно нулю.

Рис. Ѵ.З. Изменение порового давления во времени при устройстве вертикальной песчаной дрены в грунтах со структурной прочностью сжатия (на графике указаны номера приемных датчиков)

3. Начальное поровое давление в рассматриваемом эксперименте меньше, чем в эксперименте работы верти­ кальной песчаной дрены. Это является результатом про­ явления структурной прочности сжатия и, кроме того, может быть объяснено большей плотностью грунта. Ве­ личина наблюдаемого начального порового давления значительно меньше теоретических значений (по теории фильтрационной консолидации).

6. Основная часть фильтрационной консолидации происходит в более сжатые сроки, чем это предполага­ ется по существующим методам расчета без учета струк­ турной прочности сжатия грунта и начального градиен­ та напора.

268

6. ИССЛЕДОВАНИЕ ИЗМЕНЯЕМОСТИ ПОРОВОГО ДАВЛЕНИЯ ВО ВРЕМЕНИ

Методика измерения порового давления при помощи

расход поровой воды для перемещения ртути в измери­ тельном колене. Для более точных исследований вмес­ то датчиков порового давления в виде трубок были

установлены тензометрические датчики порового давле­

были наклеены круглые фольговые тензодатчики с ба­

вода отжимается в приемную часть датчика (зонд) и со­ здает давление в измерительной системе, вызывая де­ формацию мембраны, под влиянием которой изменяется сопротивление тензодатчика.

269

В качестве регистрирующего прибора применялся электронный измеритель деформаций с автоматической

Рис. V.5. Схема лабораторного стенда с тензометрическими измерителями по­ рового давления

1—8 — датчики; 9 — кран; 10— краны на­

Разрежение составляло 0,1 мм рт. ст. Затем, не прекра­ щая процесса вакуумирования, бачок заполнялся дис­ тиллированной водой. Процесс заполнения датчиков

молотые. Грунтовую пасту затворяли на дистиллирован­

270

компрессионного прибора. Давление равномерно пере­ давалось на грунт круглым штампом через полихлор­ виниловую пленку, свободно лежащую на грунте (воз­ дух из-под нее удаляли до начала испытания).

Опыты были проведены в следующей последователь­ ности. Нагрузку прилагали к грунту и выдерживали по­ стоянной в течение всего опыта. Грунт обжимали по за­ крытой системе (при закрытом кране в днище). После приложения нагрузки в течение первого часа со всех

*,ч

Рис. V.6. График изменения порового давления во времени при нагружении грунта (на экспериментальном тензометрическом стенде)

тензодатчиков снимали отсчеты через каждые 15 мин, последующие отсчеты снимали через час (круглосуточ­ но) в течение всего опыта.

Поровое давление в различных точках грунта не сра­ зу достигало максимального значения. В нижних слоях поровое давление достигало максимума и стабилизиро­ валось в течение 1—2 ч (датчик № 1). В верхних слоях оно достигало максимума почти сразу же после прило­ жения нагрузки (датчик № 3 на рис. V.6).

271

вся внешняя нагрузка воспринималась норовой водой, при последующих ступенях величина начального давле­ ния (за исключением показаний самых верхних датчи­ ков) значительно отличалась от принятой по теории консолидации (рис. V.7). Очевидно, часть внешней на­ грузки передавалась на скелет грунта (эффективные напряжения). Видимо, это объясняется изменением фи­ зико-механических свойств грунта после предыдущих

Рис. V.7. Графики изменения порового давления во времени в про­ цессе консолидации грунта

ступеней нагружения, а также тиксотропными процес­ сами в самом грунте.

После открытия крана в днище поровое давление по показаниям нижних датчиков уменьшалось до величин,

о явлении начального градиента напора в данных грун­

272