механика грунтов
.pdfПоследовательность выполнения работы на приборе К – 1:
1.Образец грунта отбирается в компрессионное кольцо. Избыток грунта с обеих сторон кольца срезается ножом так, чтобы объем грунта точно соответствовал объему кольца.
2.Кольцо с грунтом взвешивается на электрических весах с точ-
ностью до 0,01г.
3.Определяется плотность грунта, плотность частиц грунта, при-
родная влажность и вычисляется природный начальный коэффициент по-
ристости.
4. На нижний перфорированный диск одометра помещается влажный кружок фильтровальной бумаги, на который устанавливается кольцо с грунтом закрепляется обоймой. Поверх грунта также помещается влажный кружок фильтровальной бумаги, а на него верхний перфориро-
ванный штамп.
5.Одометр устанавливается на станину прибора в фиксирован-
ном положении. Для замера деформации образца грунта индикаторы уста-
навливают в держатели с отсчетом по красной шкале.
6.Для передачи вертикального давления подсоединяют рычаж-
ное устройство. Принимают ступени давления: 0,5; 1,0; 2,0; 4,0;8,0 кГ/см2. 7. После приложения каждой ступени давления регистрируют
показания индикаторов через 0,5; 1,0; 2,0; 5,0; 10,0; 20,0; 30,0; 60,0 мин. и
далее через час в течении рабочего дня до достижения условной стабили-
зации деформаций. За условную стабилизацию принимается величина сжатия грунта, не превышающая 0,01мм для песчаных грунтов – за 30 мин,
для супесей – за три часа, для суглинков и глин – за 12 часов для каждой ступени нагружения. При проведении компрессионных испытаний в учеб-
ных целях допустимо ограничиться отсчетами по индикаторам через 0,5; 1.0; 2,0; 4,0; 8,0; 12 минут.
31
8.В результате испытаний строят графики стабилизации осадки в осях «осадка S – время T» на каждой ступени нагружения (рис.19) и график компрессионной кривой в осях «коэффициент пористости e – напряжение σ» (рис.20).
9.Определяют механические характеристики грунта (коэффициент сжимаемости – m0, коэффициент относительной сжимаемости – mv,
модуль деформации – E).
Одометр рассчитан на проведение испытаний образцов в трех кольцах разных диаметров.
Характеристики колец
|
|
|
|
|
|
Таблица 3 |
|
|
|
|
|
|
|
№ |
Высота, |
Диаметр, |
D / H |
Площадь, |
Объем, |
Высота |
кольца |
H мм |
D мм |
|
см2 |
см3 |
кольца с |
|
|
|
|
|
|
насадкой, |
|
|
|
|
|
|
мм |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
35 |
87,4 |
2,5 |
60 |
210 |
40,0 |
|
|
|
|
|
|
|
2 |
25 |
87,4 |
3,5 |
60 |
150 |
30,0 |
|
|
|
|
|
|
|
3 |
17 |
87,4 |
5,0 |
60 |
105 |
22,5 |
|
|
|
|
|
|
|
Вес груза на подвеске прибора при заданном давлении определяется по формуле
Q = P F / n, |
(25) |
где P – заданное давление, кГ/см2; |
|
F = 60 см2 – площадь образца грунта в одометре; |
|
n = 10 – общая кратность рычага. |
|
Коэффициент пористости определяется по формуле |
|
е0 = (γs – γd) / γd , |
(26) |
где γs – удельный вес частиц грунта, Г/см3; |
|
γd – удельный вес сухого грунта, Г/см3. |
|
32
Рис. 18. Схема одометра: 1 – образец грунта;
2 – металлическое кольцо;
3 – (неподвижный штамп) днище; 4 – отверстия;
5 – подвижный штамп,
6 – индикаторы; F – cосредоточенная сила
Рис. 19. График стабилизации осадки
33
Рис. 20. Компрессионная кривая: ео – начальный коэффициент пористости; ∆е – изменение коэффициента пористости;
Р – прикладываемое давление (или сжимающее напряжение)
Тангенс угла наклона прямой tg α определяется по формуле
tg α = ∆e / ∆p = m0 , (27)
где ∆e – изменение коэффициента пористости грунта;
∆p – изменение давления (или сжимающего напряжения);
m0 – коэффициент сжимаемости, является механической характери-
стикой дисперсных грунтов, см2 / кг.
Коэффициент пористости грунта ei на данной ступени нагрузки под действием сжимающего напряжения σi будет равен:
ei e0 (1 e0 ) Shi
где е0 – начальное значение коэффициента пористости; si – осадка образца, см;
h – начальная высота образца, см;
εi = Si / h - относительная деформация сжатия.
34
При расчетах осадок уплотнения грунтов пользуются коэффициен-
том относительной сжимаемости, который определяется по формуле
mv = m0 |
/ (1 + e0 ). |
(28) |
Модуль деформации грунта |
E является |
важным показателем |
деформационных свойств, характеризующим уплотняемость грунта при нагружении. Значение E (кГ / см2 ) определяют по компрессионной кривой в результате компрессионных испытаний по формуле
Е = β / mv , |
(29) |
||||
где β – коэффициент бокового расширения грунта, зависящий от ν. |
|
||||
|
1 2 2 |
, |
(30) |
||
1 |
|
||||
|
|
|
|||
где ν – коэффициент Пуассона (относительной поперечной деформации).
При отсутствии данных по ν коэффициент β допускается принимать для пылеватых и мелких песков – 0,8, супесей – 0,74, суглинков – 0,62,
глин – 0,4.
Р.3.2.1 Определение сопротивления грунта сдвигу
Сопротивлением грунтов сдвигу называется наименьшее касательное напряжение τ, при котором образец грунта срезается по заранее намечен-
ной плоскости при нормальном напряжении (давлении) σ. В лабораторных условиях определяют характеристики прочности грунтов: угол внутренне-
го трения φ (град.) и удельное сцепление С (кГ/см2). Между этими величи-
нами существует зависимость, которую предложил Ш.О.Кулон (1773):
пр tg с f с , |
(31) |
где f = tgφ – коэффициент трения;
φ – угол внутреннего трения, град.;
с – удельное сцепление, кГ/см2.
35
Сопротивление грунта сдвигу можно условно разделить на сопротив-
ление трению и сопротивление сцеплению. При этом внутреннее трение за-
висит от напряжения, а сцепление считается независимым от напряжения.
Сцепление определяется внутренними структурными связями грунта:
С = Сс + Сω, (32)
где Сс – структурное жесткое сцепление;
Сω – пластическое сцепление, обусловленное вязкопластическими обратимыми связями.
Используемое оборудование:
1. Прибор ГГП – 29 (рис. 21) или прибор предварительного уплотне-
ния по ГОСТ 12248 – 96 (рис. 22).
2.Прибор ГГП – 30 (рис. 23) или универсальная установка для вузов ГТ 0.0.1.
3.Индикаторы ИЧ – 10–3 шт.
4.Нож с прямым лезвием.
5.Штангенциркуль.
6.Технические весы с разновесом.
36
Рис. 21. Схема прибора ГГП – 29: 1 – стойка; 2, 3 – части разъемного цилиндра; 4 – ванна; 5 – разъемная гильза; 6,7 – уплотняющие рычаги;
8 – груз; 9 – стойка; 10 – индикатор; 11 – сварной стол; 12 – плита
В состав прибора предварительного уплотнения по ГОСТ 12248 – 96
(рис. 22) входит: одометры – 3 шт.; емкости для водонасыщения – 3 шт.;
индикаторы ИЧ – 10 – 3 шт.
Характеристики прибора: способ приложения вертикальной нагруз-
ки – статический, ступенями; максимальное нормальное давление на обра-
зец – 6 кГ/см2; максимальные вертикальные деформации образца – 10 мм;
габаритные размеры прибора 470х470х190; масса прибора – 23 кГ.
37
Рис. 22. Прибор предварительного уплотнения образцов грунта пе-
ред испытанием на одноплоскостной срез по консолидировано дрениро-
ванной системе по ГОСТ 12248 – 96
38
Рис. 23. Схема прибора ГГП – 30:
1 – механизм вертикального давления; 2 – рабочий стол; 3 – срезыватель;
4 – тормоз; 5 – механизм горизонтального давления; 6 – груз; 7 – станина;
8,9 – индикаторы
39
Рис. 24. Коробка срезная для испытания образцов грунта методом одноплоскостного среза ГТ 2.2.1 в составе установки ГТ 0.0.1 для вузов
Последовательность выполнения работы на приборе ГГП – 30:
1.Образцы глинистых грунтов ненарушенной структуры и при-
родной влажности готовят путем вырезания образца грунта и задавливания его в кольцо обоймы прибора ГГП – 29. Образцы песчаных грунтов гото-
вят путем укладки навески воздушно – сухого песка в кольцо обоймы с дном до полного заполнения обоймы.
2.Кольцо – обойму с приготовленным образцом переносят в ко-
робку – уплотнитель, устанавливают в нее штамп и нагружают образец
40