Лабораторная работа № 1

Определение показателей деформируемости грунта

способом компрессии в одометре

Для расчета фундаментов по II группе предельных состояний (расчет осадок) важнейшими исходными данными являются показатели деформируемости грунтов. Основным видом общей деформируемости грунтов считают их сжимаемость в условиях, исключающих возможность боковых расширений. Деформации уплотнения развиваются вследствие уменьшения пористости грунта за счет более компактного размещения минеральных частиц после приложения обжимающих усилений. Уменьшение пористости грунта происходит в результате сдвигов-смещений отдельных частиц в точках их контакта, а также ползучести водно-коллоидных пленок и сопровождается отжатием воды из пор грунта. Процесс сжатия грунта под нагрузкой завершается не сразу после ее приложения и длится тем дольше, чем меньше размеры пор.

Сжимаемость в механике грунтов принято характеризовать зависимостью между коэффициентом пористости исследуемого грунта и вертикальными нормальными напряжениями σ_z, вызванными действующим давлением. Такая зависимость называется компрессионной и устанавливается экспериментально путем испытания грунта в одометрах или стабилометрах.

Для испытания в одометре образец грунта помещают в кольцо, высота которого значительно меньше его диаметра (для уменьшения сил трения грунта о стенки кольца и ускорения стабилизации). Сжатие грунта происходит при свободном удалении отжимаемой из пор грунта воды через отверстия в поддоне и в поршне прибора.

Величина и количество ступеней давления, прикладываемых к образцу грунта в процессе опыта, определяется данными проекта или задачами расчетов. При выполнении учебной лабораторной работы эти величины следует принять σ_z,0 = 0 кПа, σ_z,1 = 50 кПа, σ_z,2 = 100 кПа, σ_z,3 = 200 кПа.

После приложения каждой ступени нагружения образец выдерживается до условной стабилизации осадки, записывая деформации через определенные промежутки времени. По окончании испытания строят график зависимости осадки штампа S от времени t и компрессионную кривую. Далее вычисляются деформационные характеристики грунта по следующим формулам:

• коэффициент сжимаемости

m_o = (e₁ – e₂) / (σ_z,2 – σ_z,1 ), [кПа^-1] ;

• коэффициент относительной сжимаемости

m_v = m_o / (1 + e_o ), [кПа^-1] ;

• модуль общей линейной деформации

E_o = β / m_v, [кПа] .

Таким образом, задачей лабораторной работы является изучение сжимаемости грунтов, установление качественной закономерности и количественных показателей, необходимых для прогноза осадок зданий и сооружений.

Задание 1. Построение компрессионной кривой по данным испытаний

Исходные данные:

– площадь поперечного сечения А = 60 см²;

• высота образца грунта Н = 25 мм;

• начальный коэффициент пористости е_о =

• отношение плеч рычага 1 : 10.

Результаты компрессионных испытаний

Вертикаль нагрузка Р, кгс	Вертик. нормальн. напряжен. σz,i, кгс/см2	Время испытания t, мин	Показания индикаторов, мм			Осадка щтампа S, мм
			левого	правого	среднее
30	0,5	1 2 3 4 5 6 7 8
60	1	1 2 3 4 5 6 7 8
90	1,5	1 2 3 4 5 6 7 8

Здесь: Р – вес груза на подвеске;

σ_z,i - вертикальное нормальное напряжение;

t – время отсчета, считая от момента приложения очередной ступени нагрузки.

График зависимости осадки штампа от времени при компрессионном испытании

1 2 3 4 5 6 7 8

t, мин

S, мм

Вертикальное нормальное напряжение σz,i, Кгс/см2	Условная стабильная осадка штампа Si,* мм	Относительная деформация сжатия εz,i =Si / Ho	Изменение коэффициента пористости Δei = εz, (1+ eo)	Коэффициент пористости при σz,i ei = eo - Δei
0,5 1 1,5

^*осадка, соответствующая условному времени стабилизации, принятому равным 8 мин.

К омпрессионная кривая

е

σ_z , кПа

50 100 150

Задание 2. Определение показателей сжимаемости глинистого грунта по компрессионной кривой

В пределах одного из диапазонов напряжений 50 – 100 кПа или 100 – 150 кПа вычислить коэффициент сжимаемости грунта.

Ранее определены: σ_z,1 [кПа] , e₁ , σ_z,2 [кПа] , e₂

m_o = (e₁ – e₃) / (σ_z,3 – σ_z,1 ), [кПа^-1] ;

• коэффициент относительной сжимаемости

m_v = m_o / (1 + e_o ), [кПа^-1] ;

• модуль общей линейной деформации

E_o = β / m_v, [кПа] ,

β – коэффициент, зависящий от коэффициента относительной поперечной деформации грунта:

для супесей β = 0,74;

для суглинков β = 0,62;

для глин β = 0,40.