К_Л_ВМГ_2010_1

Тема 4. Инженерно-геологические изыскания: методика лабораторного определения характеристик деформируемости грунта

4.1. Испытание грунта методом компрессионного сжатия.

Испытание грунта методом компрессионного сжатия проводят для определения следующих характеристик деформируемости: коэффициента сжимаемости m0, модуля деформации E,

структурной прочности на сжатие pstr , коэффициентов фильтрационной и вторичной

и c для песков мелких и пылеватых, глинистых грунтов с показателем текучести IL 0,25, органо-минеральных и органических грунтов, относительного суффозионного

сжатия sf и начального давления суффозионного сжатия psf для засоленных (содержащих легко-

и среднерастворимые соли) песков (кроме гравелистых), супесей и суглинков.

Эти характеристики определяют по результатам испытаний образцов грунта в компрессионных приборах (одометрах) или компрессионно-фильтрационных приборах (для определения характеристик суффозионного сжатия), исключающих возможность бокового

где mv – коэффициент относительной сжимаемости грунта (м2/кН);

ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ СХЕМЫ КОМПРЕССИОННО-ФИЛЬТРАЦИОННЫХ ПРИБОРОВ

для испытаний по схеме нисходящего потока воды

32

для испытаний по схеме восходящего потока воды

Рисунок 4.2 1 - корпус; 2 - поддон корпуса; 3 - основание корпуса; 4 - рабочее кольцо; 5 - направляющее

кольцо; 6 - перфорированный вкладыш; 7 - перфорированный штамп; 8 - крышка; 9 - втулка; 10 - шток; 11 - спускная пробка; 12 - штуцер; 13 - резиновая прокладка; 14 - заглушка; 15 – прижимное кольцо верхнее; 16 - прижимное кольцо нижнее; 17 - гайка; 18 - стойка; 19 - шланг; 20 – стеклянная трубка; 21 - индикатор; 22 - держатель индикатора; 23 - опорная пятка индикатора; 24 - шарик; 25 - образец испытываемого грунта

Результаты испытаний должны быть оформлены, как правило, в виде графиков зависимостей деформаций образца от нагрузки и их изменения во времени.

Диапазон давлений, при которых проводят испытания, определяется в программе испытаний или принимается в пределах полуторного значения проектного давления на грунт.

Для испытаний используют образцы грунта ненарушенного сложения с природной влажностью или водонасыщенные или образцы нарушенного сложения с заданными значениями плотности и влажности.

Образец должен иметь форму цилиндра диаметром не менее 71 мм и отношением высоты к диаметру 1: 3,5.

4.2.Оборудование и приборы

Всостав установки для испытания грунта в условиях компрессионного сжатия должны

входить:

- компрессионный прибор (одометр), состоящий из рабочего кольца цилиндрической формы,

перфорированного вкладыша под рабочее кольцо и поддона с емкостью для воды; - механизм для вертикального нагружения образца грунта;

33

- устройства для измерения вертикальных деформаций образца грунта.

При определении характеристик суффозионного сжатия применяют компрессионно-

фильтрационный прибор, конструкция которого приведена в приложении K.

Kонструкция компрессионного прибора должна обеспечивать:

-подачу воды к образцу снизу и отвод ее;

-первоначальную нагрузку на образец, создаваемую штампом и закрепленными на нем измерительными приборами, не более 0,0025 МПа.

Дополнительно к этим требованиям конструкция компрессионно-фильтрационного прибора

должна обеспечивать:

-подачу воды к образцу грунта снизу (схема восходящего потока) или сверху (схема нисходящего потока);

-отвод воды, профильтровавшейся через образец грунта, и накопление ее в мерном сосуде;

-непрерывную на протяжении всего испытания фильтрацию воды, герметичность основных деталей прибора.

Kомпрессионные и компрессионно-фильтрационные приборы тарируют на сжатие с помощью металлического вкладыша. Максимальное давление при тарировке принимают равным

1,0 МПа, нагружение - ступенями давления - 0,05 МПа с выдержкой по 2 мин.

4.3. Подготовка к испытанию

При испытании для определения характеристик суффозионной сжимаемости дополнительно к физическим характеристикам должны быть определены: коэффициент фильтрации по ГОСТ

25584, количество легко- и среднерастворимых солей (степень засоленности) и их качественный состав (по результатам анализа водной и соляно-кислой вытяжек). По специальному заданию для засоленных глинистых грунтов определяют емкость поглощения и состав обменных катионов.

Образец грунта в рабочем кольце взвешивают, покрывают с торцов влажными фильтрами и помещают в компрессионный прибор.

После помещения образца проводят следующие операции:

-устанавливают образец на перфорированный штамп;

-регулируют механизм нагружения образца;

-устанавливают приборы для измерения вертикальных деформаций образца;

-записывают начальные показания приборов.

При необходимости водонасыщение образца проводят путем фильтрации воды снизу вверх под арретиром. Для этого заполняют поддон водой. Водонасыщение проводят для глинистых грунтов в течение 2-5 сут, для песков - до момента появления воды над штампом.

34

4.4. Проведение испытания для определения характеристик m0, E и pstr.

Hагружение испытуемого образца проводят равномерно, без ударов, ступенями нагрузки. Первую ступень давления p1 при испытании песков, в том числе заторфованных, принимают в

зависимости от коэффициента пористости e по таблице 4.1, а последующие ступени давления p1 принимают равными 0,0125; 0,025; 0,05; 0,1 МПа и далее с интервалом 0,1 МПа до заданного значения нагрузки.

Примечание - В отдельных случаях, предусмотренных заданием, могут быть приняты более дробные ступени давления p1, исходя из особенностей деформируемости грунта, условий отсыпки и условий возведения сооружения.

При испытании глинистых грунтов, в том числе органо-минеральных, для определения их структурной прочности на сжатие pstr первую и последующие ступени давления принимают равными 0,0025 МПа до момента начала сжатия образца грунта. Hачало сжатия следует считать при относительной вертикальной деформации образца грунта 0,005. При дальнейшем нагружении за очередную ступень давления принимают ближайшее большее значение по

табл. 4.1.

где hH - увеличение высоты образца при разуплотнении, см; h - высота образца до испытания, см;

e0 - начальный коэффициент пористости грунта после подъема образца на поверхность; Sr - степень влажности грунта после подъема образца на поверхность.

Hа каждой ступени нагружения образца грунта снимают отсчеты по приборам для измерения вертикальных деформаций в следующей последовательности: первый отсчет - сразу после приложения нагрузки, затем через 0,25; 0,5; 1; 2; 5; 10; 20; 30 мин и далее с интервалом 1 ч в течение рабочего дня, а затем - в начале и конце рабочего дня до условной стабилизации деформации образца.

За критерий условной стабилизации деформации принимают скорость деформации образца, не превышающую 0,01 мм за последние 4 ч наблюдений для песков, 16 ч - для глинистых и 24 ч - для органоминеральных и органических грунтов.

При испытании насыпных грунтов с заданными плотностью и влажностью ступени давления и время их выдержки принимают в соответствии с программой испытаний в зависимости от

начального коэффициента увлажнения грунта KW по таблице 4.2.

35

Таблица 4.2

Примечание - Последняя ступень нагрузки выдерживается до условной стабилизации деформации.

Внеобходимых случаях по специальному заданию может быть произведена разгрузка образца грунта в последовательности, обратной порядку нагружения, а также повторное испытание грунта на сжимаемость, последовательность которого аналогична последовательности первого нагружения.

При разгрузке последняя ступень должна соответствовать давлению, создаваемому весом штампа и смонтированного на нем измерительного оборудования.

После окончания испытания образца грунта необходимо удалить воду сверху образца и из поддона, опустить арретир, снять нагрузку, взвесить рабочее кольцо с грунтом, определить влажность и массу сухого грунта.

Впроцессе испытания ведут журнал, форма которого имеет вид:

ЖУРHАЛ

испытания грунта методом компрессионного сжатия

36

Продолжение Правая часть

4.5. Обработка результатов

Для определения характеристик m0, E и pstr по результатам испытания для каждой ступени нагружения вычисляют:

- абсолютную вертикальную стабилизированную деформацию образца грунта h, мм, как среднее арифметическое показаний измерительных приборов за вычетом поправки на

деформацию компрессионного прибора ; - относительную вертикальную деформацию образца грунта.

По вычисленным значениям строят график зависимости f p .

Через точки графика проводят осредняющую плавную кривую или аппроксимируют эти точки

Вычисляют коэффициенты пористости ei грунта при давлениях pi по формуле (4.2). Kоэффициент сжимаемости m0, МПа 1 , в заданном интервале давлений pi и pi 1 вычисляют с

точностью 0,001 МПа 1 по формуле

- коэффициент, учитывающий отсутствие поперечного расширения грунта в компрессионном приборе и вычисляемый по формуле

37

Тема 5. Инженерно-геологические изыскания: методы полевого определения характеристик деформируемости грунта

5.1. СХЕМЫ ИСПЫТАНИЙ ГРУНТА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ДЕФОРМИРУЕМОСТИ

а-плоским штампом в шурфе или дудке; б-плоским штампом в забое буровой скважины; в-

винтовым штампом ниже забоя буровой скважины; г-винтовым штампом в массиве; д-радиальным

прессиометром; е-лопастным прессиометром в стенке скважины; ж-лопастным прессиометром

ниже забоя буровой скважины; з-лопастным прессиометром в массиве; и-плоским дилатометром;

к-самозабуривающимся лопастным прессиометром в скважине; л-самозабуривающимся

лопастным прессиометром в скважине с обсадной трубой

5.2.Метод испытания штампом

5.2.1.Сущность метода

Испытание грунта штампом проводят для определения следующих характеристик деформируемости:

модуля деформации Е для крупнообломочных фунтов, песков, глинистых, органоминеральных и органических грунтов;

начального просадочного давления psl,

относительной деформации просадочности sl для просадочных глинистых грунтов при испытании с замачиванием, кроме набухающих и засоленных грунтов при испытании с замачиванием.

Характеристики определяют по результатам нагружения грунта вертикальной нагрузкой в забое горной выработки с помощью штампа.

Результаты испытаний оформляют в виде графиков зависимости осадки штампа от нагрузки. При испытании грунта в шурфе размеры шурфа определяют в зависимости от необходимости

крепления его стен и глубины проходки. Минимальные размеры шурфа в плане - 1,5 х 1,5 м. Диаметр дудки, проходимой механизированным способом, должен быть не менее 0,9 м. Диаметр опытной буровой скважины должен быть 325 мм. Бурение скважины следует вести с

обсадкой трубами до забоя.

Замачивание просадочных грунтов при испытаниях в котлованах и дудках следует проводить до степени влажности Sr > 0,8 на глубину не менее двух диаметров штампа ниже его подошвы.

Примечание-Для контроля влажности грунтов допускается применять радиоизотопный метод.

5.2.2. Оборудование и приборы

В состав установки для испытания грунта штампом должны входить: -штамп; -устройство для создания и измерения нагрузки на штамп;

-анкерное устройство (для установок без грузовой платформы); -устройство для измерения осадок штампа;

39

-устройство для замачивания и контроля влажности грунта (при испытании просадочных грунтов).

Конструкция установки должна обеспечивать:

-возможность нагружения штампа ступенями давления по 0,01-0,1 МПа; -центрированную передачу нагрузки на штамп; -постоянство давления на каждой ступени нагружения.

Штампы должны быть жесткими, круглой формы, следующих типов: I - с плоской подошвой площадью 2500 и 5000 см2;

II - с плоской подошвой площадью 1000 см2 с кольцевой пригрузкой по площади, дополняющей площадь штампа до 5000 см2;

III - с плоской подошвой площадью 600 см2;

IV - винтовой штамп площадью 600 см2 (приложение В).

Тип и площадь штампа назначают в зависимости от испытываемого грунта по таблице 5.1.

Таблица 5.1

Нагружение штампа осуществляют домкратом или тарированным грузом. Домкраты должны быть предварительно оттарированы.

Нагрузку измеряют с погрешностью не более 5% ступени давления.

5.2.6 Прогибомеры для измерения осадки штампа должны быть закреплены на реперной системе. Штамп должен быть соединен с прогибомером нитью из стальной проволоки диаметром 0,3-0,5 мм. Измерительная система должна обеспечивать измерение осадок с погрешностью не более 0,1 мм.

40