Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Механика грунтов. Методические указания к выполнению лабораторных работ для студентов строительных специальностей и направлений очной и заочной формы.pdf
2
2
2
i
i
iiii
i
σσm
τσστσ
c
τ, кгс/см2
τ2
τ1 3 2 1 1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
τ, кгс/см2
0,8
1,0
0,4
0,6
0,2 0 С φ σ, кгс/см
2
3 2 1
τ=p∙tg φ+c
Рис. 10. Изменение деформаций сдвига грунта в зависимости
от ступеней нагрузки
10. Проводят касательные к полученным графикам и опреде-
ляют значения касательных напряжений, при которых происходит сдвиг грунта (τ1, τ2, τ3).
Рис. 11. Зависимость сопротивления грунта сдвигу
от нормального давления
11. Составляется таблица результатов испытаний.
12. Способом наименьших квадратов вычисляют параметры
сдвига глинистого грунта: угол внутреннего трения φ и удельное
сцепление с:
;
51
2
2
tg
i
i
iiii
σσm
ττσm σ
,
где m – число испытанных образцов.
13. Строят график зависимости τ = f(σ) (рис. 11). Для τ и σ
масштаб графиков 1:50.
Контрольные вопросы
1. Чем обусловлено сопротивление сдвигу песчаных и глинистых
грунтов?
2. Каковы основные виды испытаний связных грунтов на сдвиг?
3. Охарактеризуйте факторы, влияющие на сопротивление песча-
ных и глинистых грунтов сдвигу.
4. Сформулируйте закон Кулона для связных и несвязных грунтов.
5. Назовите методы определения сопротивления грунтов сдвигу в
полевых условиях.
6. Где используются прочностные характеристики грунта φ и с?
52
А
Р
Лабораторная работа № 11
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЕФОРМАЦИОННЫХ
ХАРАКТЕРИСТИК ГРУНТОВ
(КОМПРЕССИОННЫЕ ИСПЫТАНИЯ)
Цель лабораторной работы – ознакомление студентов с ме-
тодикой и выработка навыков определения основных деформационных характеристик грунта при компрессионных испытаниях
образцов грунта.
Сжимаемостью грунтов называют способность их умень-
шаться в объеме (давать осадку) под действием внешней нагрузки.
Одним из основных факторов, обусловливающих сжимае-
мость грунтов, является их уплотнение, то есть уменьшение их
пористости за счет более компактной упаковки твердых частиц.
Уплотнение грунтов (деформацию грунтов) под действием
сплошной постоянной нагрузки без возможности бокового расширения называют компрессией грунтов, а зависимость между
уплотняющими давлениями σ1 и σ2 и коэффициентом пористости
грунта е – компрессионной зависимостью.
Уплотняющее давление σ определяется по формуле
,
где Р – приложенная нагрузка; А – площадь образца грунта (площадь штампа).
Изучение компрессионного сжатия дозволяет разработать
сравнительно простые методы определения деформационных характеристик грунтового основания. Компрессионные испытания
грунтов проводят в компрессионных приборах, называемых одометрами (рис. 12).
Деформации образца грунта замеряют индикаторами часового
типа с точностью до 0,01 мм.
Для построения компрессионной кривой нагружение образца
грунта производится ступенями по 0,05 МПа. Каждая ступень
53
давления выдерживается во времени до наступления условной
e
1,1
1,0
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0
0,1
0,2 σ, МПа
глина
песок
α
Р
Δh
h
1
2 3 4 5 6
7
стабилизации осадки, после этого нагрузку увеличивают.
Рис. 12. Принципиальная схема одометра:
1 – индикатор для измерения вертикальных деформаций; 2 – штамп;
3, 6 – фильтрационная бумага; 4 – режущее кольцо; 5 – днище прибора;
7 – образец грунта
Характер компрессионной кривой (рис. 13) показывает
степень сжимаемости грунта, выражаемую коэффициентом
уплотнения (сжимаемости) m0 или модулем общей деформации
грунта E0.
Рис. 13. Компрессионная зависимость
Под коэффициентом уплотнения (сжимаемости) m0 понимают тангенс угла наклона касательной к компрессионной кривой.
54
При небольших изменениях внешних давлений (0,05-0,25 МПа)
12
21
0
αtg
σσ
ee
m
0
0
1 e
m
m
v
v
oк
m
β
E
1
2
1
2
касательная заменяется секущей и коэффициент сжимаемости
определяется по формуле
где е1, е2 – коэффициенты пористости грунта, соответствующие
давлениям σ1, σ2.
Грунты считаются слабосжимаемыми, если m0<0,0005 МПа-1,
среднесжимаемыми, если m0 = 0,005 ÷ 0,0005 МПа-1, сильносжимаемыми, если m0 > 0,005 МПа-1.
Важнейшей деформационной характеристикой грунта является модуль общей деформации грунта Е0, который также можно
определить по результатам компрессионных испытаний.
По данным испытаний строят компрессионную зависимость,
вычисляют коэффициенты уплотнения (сжимаемости) m0 и относительного уплотнения (сжимаемости) mv:
,
где е0 – коэффициент пористости грунта в естественном состоянии.
Компрессионный модуль деформации грунта
, МПа,
где β – поправка, учитывающая отсутствие поперечного расширения грунта в компрессионном приборе, принимаемая для песков – 0,8; супесей – 0,7; суглинков – 0,5; глин – 0,4:
,
где μ – коэффициент Пуассона.
По данным компрессионных испытаний грунтов можно оценить характер развития деформаций во времени при действии
постоянной нагрузки и построить графики «время – деформация»
(рис. 14) от действия σ2, а также определить основные деформационные характеристики грунтов – коэффициент относительного
уплотнения (сжимаемости) mv и модуль общей деформации грунта Е0, необходимые для расчета осадок фундаментов.
55
Необходимое оборудование и материалы: одометр, образец
Давление,
МПа
Время, мин
Отсчет по ин-
дикатору, мм
Нарастание
деформации s,
мм
Полная деформа-
ция при данном
давлении ∆hi, мм
σ
0
= 0 - ∆h0 =
σ
1
= 0,1
24 часа -
∆h1 =
σ
2
= 0,2 0
0 –"– 1
–"– 2
–"– 3
–"– 5
–"–
10
–"–
20
–"–
30
∆h2 =
грунта, секундомер.
Последовательность выполнения работы
1. Образцы песчаного и глинистого грунтов помещают в компрессионные приборы, устанавливают индикаторы на отсчеты:
8,000 для песчаного и 7,000 для глинистого грунтов, после
чего прикладывают первую ступень давления σ1 = 0,05 МПа
(0,5 кгс/см2).
2. После выдержки грунта под давлением σ1 в течение 24 часов снимают отсчеты по индикаторам (с точностью до 0,001) и
записывают в табл. 22. Наблюдения и обработку результатов испытаний песчаного и глинистого грунтов проводят по единой методике.
Таблица 22
Результаты наблюдений за образцом
(2 кг/см2), снимают и записывают в табл. 22 отсчеты по индикаторам через 1, 2, 3, 5, 10, 20, 30 минут от начала приложения второй ступени давления.
коэффициент пористости ei для каждой ступени нагрузки:
3. Прикладывают вторую ступень давления σ2 = 0,2 МПа
4. Используя данные табл. 22, вычисляют соответствующий
56
)1(00e
h
h
ee
i
i
,
Образец
Давление
σ, МПа
Полная
деформа-
ция
∆hi, мм
Коэффи-
циент
порис-
тости еi
Коэффи-
циент
сжимае-
мости
m0, МПа-1
Коэффи-
циент
относительной
сжимае-
мости
mv, МПа-1
Компрес-
сионный
модуль
деформа-
ции
E0 , МПа
Глини-
стый
грунт
σ
0
= 0,0
∆h0 = 0
1,100
σ
1
= 0,1
∆h1 = σ2 = 0,2
∆h2 =
Песчаный
грунт
σ
0
= 0,0
∆h0 = 0
0,800
σ
1
= 0,1
∆h1 =
σ
2
= 0,2
∆h2 =
где h – первоначальная (до сжатия) высота образца грунта в
кольце: h = 20 мм;
∆hi – вертикальная деформация образца грунта при данной
ступени нагрузки, определяемая из табл. 22;
е
– начальный (природный) коэффициент пористости при
0
σ = 0. Для практических расчетов можно принять е0 = 0,8 для песчаного, е0 = 1,1 для глинистого грунта.
5. Полученные значения еi , а также вычисленные по форму-
лам значения m0, mv, E0 записывают в табл. 23.
Таблица 23
Таблица для определения компрессионного модуля деформации
6. По данным вычислений строят график компрессионной за-
висимости (рис. 13) в координатах е и σ. Для е принимается масштаб 0,1:10, для σ – масштаб 0,1:50.
57
0 1 2 3 5
10
20
30
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
S, мм
t, мин
песок
глина
Рис. 14. Графики «время-деформация» от действия σ2
7. По данным табл. 22 строят график стабилизации деформа-
ций во времени при постоянном давлении σ2 (рис. 14). Для s
масштаб составляет 0,1:10, для t – масштаб 1:5.
Контрольные вопросы
1. Что такое сжимаемость грунтов?
2. Назовите факторы, влияющие на сжимаемость.
3. Какие основные показатели характеризуют сжимаемость грун-
тов?
4. Опишите схему прибора для компрессионных испытаний.
5. Дайте определение модуля деформации грунта.
58
Лабораторная работа № 12
КЛАССИФИКАЦИЯ ПЕСЧАНЫХ И ГЛИНИСТЫХ
ГРУНТОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ
ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ
Цель работы: по данным, полученным при лабораторном
анализе грунтов, произвести полную классификацию песчаного и
глинистого грунта, используя персональный компьютер.
Оборудование: IBM-совместимый компьютер, файл «Geolo-
gia.exe».
Экспериментальным путем определяются следующие харак-
теристики грунта: гранулометрический состав, удельный вес
грунта (γ), удельный вес частиц грунта (γs), природная влажность
(W), модуль общих деформаций (E0), угол внутреннего трения (φ)
удельное сцепление (с), а для глинистых грунтов –влажности на
границах текучести (W1) и раскатывания (Wр). По значениям γ, γs,
W и E0 вычисляются другие характеристики: удельный вес сухого
грунта (γd), коэффициент пористости (е), коэффициент водонасыщения (Sr), удельный вес с учетом взвешивающего действия
воды (γsb), коэффициент относительной сжимаемости (mv), для
глинистых грунтов добавляются число пластичности (Ip) и показатель текучести (IL). Классификация песков производится по
гранулометрическому составу, плотности сложения, степени водонасыщения и сжимаемости. Глинистые грунты классифицируются по виду, консистенции и сжимаемости. Для автоматизации
вычисления рассчитываемых характеристик и классификации
грунтов составлена программа Geologia.exe.
Песчаный грунт
Исходными данными для определения характеристик и клас-
сификации песчаных грунтов являются:
1. Процентный состав частиц грунта размером:
>5мм;
52 мм;
2 - 1 мм;
59
1 - 0,5 мм;
0,5 - 0,25 мм;
0,25 - 0,1 мм;
0,1 - 0,05 мм;
0,05 - 0,01 мм
0,01 - 0,005мм;
0,005 - 0,001 мм;
<0,001 мм.
2. Удельный вес грунта γ, кН/м3;
3. Угол внутреннего трения φ, град.;
4. Удельное сцепление с, кПа;
5. Удельный вес частиц грунта γs, кН/м3;
6. Модуль общей деформации Е0, МПа;
7. Влажность грунта W.
Необходимо вычислить следующие характеристики:
удельный вес сухого грунта γd, кН/м3;
коэффициент пористости е;
коэффициент водонасыщения Sr;
удельный вес грунта с учетом взвешивающего действия
воды γsb, кН/м3;
коэффициент относительной сжимаемости mу, МПа-1.
Произвести классификацию песка:
1) по гранулометрическому составу;
2) по плотности сложения;
3) по степени влажности;
4) по сжимаемости.
Глинистый грунт
Исходными данными для определения характеристик и клас-
сификации глинистых грунтов являются:
1. Удельный вес грунта γ, кН/м3;
2. Угол внутреннего трения φ, град;
3. Удельное сцепление с, кПа;
4. Удельный вес частиц грунта γs, кН/м3;
5. Модуль общей деформации Е0, МПа;
6. Влажность грунта W1;
60