18. Штамповые испытания.
Используются для определение деформационных характеристик грунтов для сооружений I и II уровня ответственности на стадии рабочей документации. Количество испытаний грунтов штампом для каждого характерного инженерно-геологического элемента следует устанавливать не менее трех.
Штампы подразделяются на 2 вида: плоские (исп.в зоне аэрации и на глубине до 10м) и винтовые (ниже УГВ и на больших глубинах).
Sштампа = 600 см2 (как у плоских, так и винтовых).
Нагрузку более 5кг/см2 или 0,5МПа давать нельзя, иначе грунт начнет выпирать с боков, произойдет разрушение грунта.
Испытания грунтов статическими нагрузками штампами площадью 2500 и 5000 см2 следует осуществлять в шурфах (дудках) на проектируемой глубине (отметке) заложения фундаментов и на 2-3 м ниже нее, а в пределах сжимаемой толщи грунтов основания зданий и сооружений - штампами площадью 600 см2 в скважинах или винтовой лопастью в массиве грунтов.
Испытания грунтов штампами предусматриваются также для корректировки значений модуля деформации грунтов, определенных в лабораторных условиях, при их использовании для расчетов оснований зданий и сооружений I — II уровня ответственности. При определении деформационных характеристик грунтов и их корректировке в качестве эталонного метода следует принимать испытания штампом площадью 2500-5000 см2.
Плоские штампы исп.в слабых грунтах(мягко-пластичные, лёссы и т.д).
Штамповые испытания деформационных свойств грунтов в полевых условиях производится пошаговым нагружением специальных жестких штампов, которые устанавливаются в грунт, находящийся в пределах взаимодействия с сооружением. Измеряя степени осадки штампа при каждой нагрузке и анализируя характер деформации во времени, делается вывод о характеристиках анализируемого грунта. Штамповые испытания грунтов отличаются высокой сложностью проводимых работ и трудоемкостью, что в первую очередь, обусловлено монтажом специализированного тяжелого оборудования, специальной подготовки анализируемого грунта и высокими временными затратами при анализе.
Именно поэтому штамповое испытание грунта проводят лишь на последних стадиях инженерно-геологических исследований под строительство сооружений, когда уже выбраны основные места посадки, строго определены габариты и ориентировка будущего сооружения.
19. Прессиометрия
Метод предназначен для оценки деформационных и прочностных свойств песчано- и щебенисто-глинистых (с содержанием щебня до 30%) грунтов, вскрытых в стенках буровых скважин. Существуют конструкции прессиометров, предназначенные для испытаний скальных грунтов (песчаников, известняков, доломитов, мела, мергелей и др.).
Существо метода заключается в приложении давления к грунтам, вскрытым в стенках скважины, и измерении их. В скважину опускают камеру прессиометра с эластичными стенками. Затем рабочую камеру заполняют водой (гидравлический прессиометр) и создают давление при помощи газа. Деформацию грунта измеряют мерным цилиндром; получают среднюю величину деформации рабочей камеры. В конструкциях пневмоэлектрических прессиометров деформации измеряют при помощи датчиков-преобразователей в трех точках центрального сечения снаряда, расположенных под углом 120°. Нагрузку прикладывают ступенями. Каждую ступень нагрузки выдерживают до условной стабилизации (деформирование породы не превышает 0,1 мм за время условной стабилизации). Например, время условной стабилизации при медленном режиме испытаний для песков 15-30 мин в зависимости от степени влажности, при быстром режиме - 3 мин; для глин при быстром режиме – 30-60 мин в зависимости от показателя текучети, при быстром режиме – 6 мин.
Конечную ступень нагружения устанавливают на 25-50 % меньше предыдущей ступени, при которой наблюдался скачок в приращении деформаций. В случае необходимости оценки прочностных свойств грунтов нагружение доводят до предела их несущей способности (формирование зон пластических деформаций вблизи концов камеры). О начале фазы разрушения грунта судят по незатухающей деформации при постоянной нагрузке. При проведении подобных испытаний следует учитывать технические характеристики прессиометра (предельную деформацию стенок рабочей камеры). Наблюдение за деформацией песчаных грунтов ведут через 5+5+5+15 мин, глинистых – через 10+10+10+30+… мин, при медленном режиме испытаний – через 1+1+1+3+3+3+… мин и при быстром режиме – 2+2+2+6+6+6+… мин. Для органоминеральных и органических грунтов деформацию измеряют через 15 мин в течение первого часа, далее через 30 мин при медленном режиме испытаний; при быстром режиме – через 2 мин в течение первых 10 мин, далее через 10 мин. По окончании испытаний производят разгрузку ступенями, равными двойным ступеням нагружения. По данным испытаний пород составляют график (рис. 3).
Модуль деформации Е определяют по формуле Ляме: где dP – приращение давления на участке пропорциональных деформаций графика функции r=f(P), dr – соответствующие ему приращения радиальных деформаций, r0 – начальный радиус скважины, μ – коэффициент Пуассона. При обработке данных испытаний грунтов гидравлическим прессиометром для расчета модуля деформации удобно пользоваться уравнением где λ – постоянная прессиометра (определяется при тарировке прибора); приращение: dP- давления, dV – объема. В соответствии с ГОСТ 20276-99 модуль деформации получают по формуле: k – корректирующий коэффициент, определяемый при расчете или по результатам параллельных испытаний грунтов штампом и прессиометром.
Показатели прочностных свойств оценивают по формулам:
при глубине >5 м и ,
где С – сцепление, - угол внутреннего трения, Pz – природное давление; пределы: Pe – пропорциональности (рис.3), Рt – прочности.
Для оценки величины можно воспользоваться номограммами (рис.4). При использовании результатов испытаний следует учитывать анизотропность грунтов в отношении прочности и сжимаемости.
Рис. 3. График зависимости осадки от нагрузки при испытании грунтов прессиометром: 1- тарировочный; 2- испытаний
Рис.4. Графики-номограммы для определения угла внутреннего трения грунта по данным его испытания прессиометром: а - >5 м; б - < 5м
