4. Определение плотности частиц грунта методом замещения (полевые исследования)

• Делается закопушка, глубиной, шириной и длиной в зависимости от массы грунта (не менее 5 кг);

• Грунт из закопушки извлекается в полиэтиленвый пакет и взвешивается (m_г);

• В закопушку помещается полиэтиленовый пакет и заливается водой до уровня поверхности земли.

• Пакет с водой взвешивается(m_в);

• Производится расчет плотности грунта по формуле:

8. Определение прочности на одноосное сжатие.

Одноосным называется сжатие образца в условиях свободного бокового расширения. Цилиндрический образец породы последовательно увеличивающейся нагрузкой доводят до разрушения; замеряют угол наклона поверхности разрушения к горизонтали α. Затем считают напряжение, при котором произошло разрушение образца.

МЕТОД ОДНООСНОГО СЖАТИЯ

Сущность метода

• Предел прочности на одноосное сжатие определяют как отношение приложенной к образцу вертикальной нагрузки, при которой происходит разрушение образца, к площади его первоначального поперечного сечения.

Примечание - Предел прочности для образца водонасыщенного грунта, имеющего относительную вертикальную деформацию в момент разрушения ε > 0,1, определяют с учетом увеличения площади его поперечного сечения.

• Для испытаний используют образцы грунта ненарушенного сложения.

Для полускальных грунтов влажность испытываемого образца должна соответствовать природной влажности, воздушно-сухому или водонасыщенному состоянию, для водонасыщенных глинистых грунтов - природной влажности.

• Для полускальных грунтов образец должен иметь форму цилиндра диаметром от 40 до 100 мм и отношение высоты к диаметру от 1:1 до 2:1 или форму прямоугольного параллелепипеда с торцевыми гранями размером от 40´40 до 100´100 мм и отношением высоты к размеру ребра торцевых граней от 1:1 до 2:1. Торцевые поверхности образца должны быть отшлифованы.

Для глинистых грунтов образец должен иметь форму цилиндра диаметром не менее 38 мм и отношением высоты к диаметру 2:1.

Примечания

1. При соотношении высоты к диаметру (или размеру ребра торцевых граней) 1:1 образец следует изготавливать возможно большего диаметра (или с возможно большим размером ребра торцевой грани).

2. Образец трещиноватого или выветрелого полускального грунта должен иметь диаметр (или размер ребра торцевой грани) не менее 60 мм.

3. Образец полускального грунта, имеющий сквозные трещины, видимые невооруженным глазом, не допускается к испытанию.

Оборудование и приборы

В состав установки для испытания грунта на одноосное сжатие должны входить:

• механизм для вертикального нагружения образца (пресс с гидравлическим приводом - для полускальных грунтов, прибор одноосного сжатия ИГП-10 или П-12М - для глинистых грунтов либо другой подходящий пресс);

• устройство для измерения вертикальной деформации образца.

Примечание - Плиты пресса должны быть отполированы.

Подготовка к испытанию

• Для всех образцов помимо определения необходимых физических характеристик должны быть отмечены характерные особенности (слоистость, трещиноватость, наличие включений и др.).

• Образец водонасыщенного глинистого грунта, изготовленный методом режущего кольца, извлекают из кольца с помощью выталкивателя.

• Образец грунта помещают в центре опорной плиты пресса (или столика прибора одноосного сжатия) и приводят в соприкосновение с ним верхнюю площадку пресса.

• Устанавливают приборы для измерения прикладываемого усилия и перемещения торца образца и записывают их начальные показания.

Проведение испытания

• Нагружение испытываемого образца грунта производят равномерно, без ударов, увеличивая нагрузку непрерывно с заданной скоростью нагружения или скоростью деформирования образца грунта.

Скорость нагружения образца полускального грунта должна составлять 0,01 - 0,05 МПа/с.

Нагружение образца глинистого грунта производят со скоростью приращения относительной вертикальной деформации образца 0,02 за 1 мин, или скорость нагружения выбирают в зависимости от предполагаемой прочности грунта таким образом, чтобы время проведения испытания составило 5 - 7 мин.

• Испытание проводят до разрушения образца. В случае испытания образца глинистого грунта при отсутствии видимых признаков разрушения испытание прекращают при относительной вертикальной деформации образца ε = 0,15.

• В процессе испытания ведут журнал.

Обработка результатов

Предел прочности на одноосное сжатие R, МПа, полускального грунта и глинистого при e £ 0,1 вычисляют с точностью 0,1 МПа по формуле

где F - нагрузка, при которой происходит разрушение, кН;

А₀ - начальная площадь поперечного сечения образца грунта, см.

Если разрушению образца предшествуют значительные деформации, необходимо при расчете предела прочности на одноосное сжатие учитывать увеличение площади образца.

Предел прочности глинистых грунтов при ε > 0,1 вычисляют по приведенной выше формуле где вместо А₀ принимают текущую площадь среднего поперечного сечения образца А, см².

Площадь А определяют непосредственно измерением диаметра образца штангенциркулем с погрешностью 0,1 мм и последующим расчетом.

В предположении о постоянстве объема грунта при испытании отношение может быть определено по относительной вертикальной деформации e.

При сохранении цилиндрической формы (Ah = A₀h₀)

Если образец после сжатия приобретает форму бочки, причем диаметр торца бочки сохраняется равным начальному диаметру образца

ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Грунт - горные породы, почвы, техногенные образования, представляющие собой многокомпонентную и многообразную геологическую систему и являющиеся объектом инженерно-хозяйственной деятельности человека.

Грунты могут служить:

1) материалом оснований зданий и сооружений;

2) средой для размещения в них сооружений;

3) материалом самого сооружения.

Грунт набухающий - грунт, который при замачивании водой или другой жидкостью увеличивается в объеме и имеет относительную деформацию набухания (в условиях свободного набухания) esw ³ 0,04.

Грунт просадочный - грунт, который под действием внешней нагрузки и собственного веса или только от собственного веса при замачивании водой или другой жидкостью претерпевает вертикальную деформацию (просадку) и имеет относительную деформацию просадки esl ³ 0,01.

Грунт пучинистый - дисперсный грунт, который при переходе из талого в мерзлое состояние увеличивается в объеме вследствие образования кристаллов льда и имеет относительную деформацию морозного пучения efn ³ 0,01.

Влажность грунта - отношение массы воды в объеме грунта к массе этого грунта, высушенного до постоянной массы.

Влажность на границе текучести - влажность грунта, при которой грунт находится на границе между пластичным и текучим состояниями.

Влажность на границе раскатывания - влажность грунта, при которой грунт находится на границе между твердым и пластичным состояниями.

Гранулометрический (зерновой) состав грунта - количественное содержание в грунте твердых частиц того или иного размера.

Гигроскопическая влажность - влажность грунта в воздушно-сухом состоянии, т.е. в состоянии равновесия с влажностью и температурой окружающего воздуха.

Плотность грунта - масса единицы объема грунта.

Плотность сухого грунта - отношение массы грунта, за вычетом массы воды и льда в его порах, к его первоначальному объему.

Плотность частиц грунта - масса единицы объема твердых (скелетных) частиц грунта.

Относительное содержание органического вещества I_r, д. е. - отношение массы сухих растительных остатков к массе абсолютно сухого грунта.

Микроагрегатный состав грунта - количественное содержание в грунте твердых водостойких агрегированных частиц того или иного размера.

Гранулометрический состав - количественное соотношение частиц различной крупности в дисперсных грунтах.

Воздушно-сухое состояние грунта - состояние грунта, высушенного на воздухе.

Водонасыщенное состояние грунта - состояние грунта при практически полном заполнении пор грунта водой.

Грунт набухающий - грунт, который при замачивании водой или другой жидкостью увеличивается в объеме и имеет относительную деформацию набухания (в условиях свободного набухания) esw ³ 0,04.

Коэффициент фильтрации - скорость фильтрации воды в грунте при градиенте напора, равном единице.

Градиент напора - отношение разности гидростатических напоров воды (потери напора) к длине пути фильтрации.

Структурная прочность - вертикальное напряжение в образце грунта, соответствующее началу перехода от упругих к пластическим деформациям сжатия.

Вертикальное давление на образец грунта - отношение вертикальной нагрузки, приложенной к образцу, к площади его поперечного сечения.

Относительная вертикальная деформация образца грунта - отношение абсолютной вертикальной деформации к начальной высоте образца.

Стабилизация деформации - приращение деформации во времени, характеризующее практическое затухание деформации при определенной нагрузке.

Стабилизированное состояние грунта - состояние грунта, характеризуемое окончанием деформаций уплотнения под определенной нагрузкой и отсутствием избыточного давления в поровой воде.

Нестабилизированное состояние грунта - состояние грунта, характеризуемое незавершенностью деформаций уплотнения под определенной нагрузкой и наличием избыточного давления в поровой воде.

Консолидированно-дренированное испытание - испытание грунта для определения характеристик прочности и деформируемости с предварительным уплотнением образца и отжатием из него воды в процессе всего испытания.

Консолидированно-недренированное испытание - испытание грунта для определения характеристик прочности с предварительным уплотнением образца и отжатием из него воды только в процессе уплотнения.

Неконсолидированно-недренированное испытание - испытание грунта для определения характеристик прочности без предварительного уплотнения образца при отсутствии отжатия из него воды в процессе всего испытания.

Сопротивление грунта срезу - характеристика прочности грунта, определяемая значением касательного напряжения, при котором происходит разрушение (срез).

Предел прочности на одноосное сжатие - отношение вертикальной нагрузки на образец грунта, при которой происходит его разрушение, к площади поперечного сечения образца.

Коэффициент сжимаемости - отношение относительной вертикальной деформации (изменения коэффициента пористости) к давлению, вызвавшему эту деформацию.

Абсолютное суффозионное сжатие - уменьшение первоначальной высоты образца грунта в результате сжатия при постоянном вертикальном давлении и непрерывной фильтрации жидкости, вызывающей химическую суффозию.

Относительное суффозионное сжатие - отношение абсолютного суффозионного сжатия к высоте образца грунта природной влажности при природном давлении.

Начальное давление суффозионного сжатия - минимальное давление, при котором проявляется суффозионное сжатие грунта.

Коэффициент оттаивания - показатель деформируемости, характеризующий осадку мерзлого грунта при его оттаивании без нагрузки.

Модуль линейной деформации - показатель линейной деформируемости мерзлого грунта, отражающий отношение напряжений к вызванным относительным продольным деформациям.

Коэффициент нелинейной деформации - показатель, характеризующий зависимость деформаций ползучести мерзлого грунта от напряжений и времени.

Коэффициент поперечного расширения - показатель деформируемости, характеризующий отношение поперечных и продольных деформаций грунта.

Коэффициент вязкости - показатель деформируемости, характеризующий скорость пластично-вязкого течения сильнольдистого мерзлого грунта, зависящий от времени действия нагрузки и значения отрицательной температуры грунта.

Эквивалентное сцепление - комплексная характеристика прочности мерзлого грунта, учитывающая как собственно сцепление, так и наличие внутреннего трения.

Угол внутреннего трения - параметр прямой зависимости сопротивления грунта срезу от вертикального давления, определяемый как угол наклона этой прямой к оси абсцисс.

Удельное сцепление грунта - параметр прямой зависимости сопротивления грунта срезу от вертикального давления, определяемый как отрезок, отсекаемый этой прямой на оси ординат.

Модуль деформации - коэффициент пропорциональности линейной связи между приращениями давления на образец и его деформацией.

Модуль сдвига - характеристика деформируемости, определяемая отношением интенсивности касательных напряжений к интенсивности деформаций сдвига.