74

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ НЕФТИ И ГАЗА им. И.М. ГУБКИНА

Кафедра сооружения и ремонта газонефтепроводов и хранилищ

В.Е. Шутов, С.И. Сенцов

Р У К О В О Д С Т В О

К проведению лабораторных работ по дисциплине «Механика грунтов»

Специальность

09.07.00 «Проектирование, сооружение и эксплуатация газонефтепроводов и газохранилищ»

Москва 2002 г.

Введение

Успешное усвоение учащимися теоретических основ дисциплины «Механика грунтов» возможно лишь на основе использования результатов экспериментальных исследований состава, физико-механических и водных свойств грунтов в лабораторных условиях. Ведь надежность грунтового основания, на которое опираются сооружения, в определяющей степени зависят как от состояния грунтов, так и их несущей способности. Так, например, в условиях природного залегания свой­ства одного и того же генетического вида и типа грунта (в соответст­вии со строительной классификацией) могут существенно разли­чаться в зависимости от места и времени взятия проб (образцов) для обследования.

Множественность причин изменения свойств грунта одного и того же вида в природных условиях делает задачу по определению его инженерно- строительных свойств не только сложной, но и в значительной мере однозначно неопределенной. В практических условиях работы грунтов в основаниях сооруже­ний эта неопределенность усиливается неопределенностью внеш­них воздействий на них. Все это осложняет решение вопросов про­гнозирования поведения оснований в условиях эксплуатации со­оружений.

В связи с этим экспериментальные исследования состава, физико- механических и водных свойств грунтов в лабораторных условиях является необходимой предпосылкой для правильного прогнозирования их поведения как в строительный, так и в эксплуатационный периоды. Рас­смотрим технологию проведения этих исследований.

1. Методика обработки результатов измерения параметров, характеризующих различные свойства грунтов

Исключительно большое разнообразие состава и струк­туры грунтов как природных образований, влияние на них антропогенных процессов, их дискретность, полидисперс­ность, многокомпонентность, многофазность и полиминеральность (от 5 - 10 до 50 - 80 минералов), а также особый характер легко разрушаемых внутренних межчастичных связей являются причи­ной их ярко выраженной неоднородности. Неоднород­ность грунтов находит свое выражение в следую­щем:

а) в неравномерности распределения отдельных компонентов в грунтовой массе;

б) в наличии дефектов структуры, обусловливающих неравно­мерность распределения в массе грунта межчастичных и межагре­гатных связей по их деформативности и прочности;

в) в значительном различии результатов воздействий внешних силовых и других факторов на однотипные образцы грунта;

г) в существенном разбросе по величине значений физических, прочностных и деформативных характеристик испытываемых об­разцов, взятых из одного и того же генетического слоя.

На принципиальную важность учета изменчивости свойств грунтов в инженерно-строительной практике впер­вые было указано в работе Г. И. Покровского [4]. Им же был по­ставлен вопрос о целесообразности использования методов мате­матической статистики для количественной оценки этой изменчи­вости. В настоящее время об­работка результатов измерения различных параметров грунтов ведется методами математической статистики согласно ГОСТ 20522-75 (Грунты. Методы статистической обработки результатов определений характеристик. М. 1975.) с соблюдением необходимых условий корректности и правомерности их применения (генетическая однородность образ­цов, случайное изменение характеристик, отброс резких отскоков в результатах определений).

В качестве критерия изменчивости свойств грунтов принят коэффициент вариации v, представляющий, как из­вестно, отношение статистического среднеквадратичного отклонения  исследуемой характеристики х к ее среднему статистическому значению , найденным в результате обработки представленных выборок.

В результате проведенных 680 статистиче­ских расчетов на ЭВМ сотрудниками НИИОСП им. Н.М. Герсеванова [1-3, 5] и обработки полученных материалов было доказано, что статистический коэффициент вариа­ции показателей свойств грунтов v некоторым образом зависит от числа испытанных образцов и находится в пределах, указан­ных в таблице 1.1.

Таблица 1.1

Характеристики грунтов	Численные значения коэффициента вариации v, %
	пески	супеси	суглинки	глины
Влажность	30-50	10-30	8-28	4-25
Коэффициент пористости	3-13	6-12	6-25	3-22
Объёмный вес	2-7,5	2-4,5	2,5-7,5	2-6
Число пластичности		25-50	5-35	7-30
Предел раскатывания		6-17	5-25	7-27
Предел текучести		5-16	5-20	5-20
Сопротивление сдвигу		9-27	6-29
Модуль общих деформаций			13-35

Рассмотрение данных таблицы 1.1 показывает, что все виды грун­тов оснований характеризуются значительной изменчивостью как физических (за исключением объемного веса), так и прочностных и деформативных характеристик: коэффициент вариации v пре­восходит зачастую 20 - 30%. При этом, как правило, имеет место тенденция снижения v с ростом числа обследованных образ­цов грунта.

Вот почему для получения достоверных результатов измерения искомых характеристик грунта необходимо брать несколько проб из исследованного массива грунтового основания и для каждой пробы производить несколько измерений. Тогда среднее арифметическое показание измеряемого параметра можно определить по формуле:

где: х_i – частное значение измеряемого параметра грунта;

m_i – число частных значений данного параметра;

j – общее число измерений.

Величины, выражаемые в процентах, вычисляются с точностью до 1%, в десятичных дробях – с точностью до второго знака, а в целых числах – с точностью до единиц.

Среднее квадратичное отклонение и коэффициент вариации при n < 30 рассчитываются по формулам:

Если нельзя сразу получить значения и  на персональном компьютере, то удобно проводит вычисления с помощью таблиц. Пример вычисления статистических характеристик для значений влажности на пределе раскатывания приведен в таблице 1.2.

Таблица 1.2.

WP, %	mi	WP mi	- WP
26	1	26	10	100	100
27	2	54	9	81	162
30	1	30	6	36	36
32	3	96	4	16	48
33	3	99	3	9	27
34	2	68	2	4	8
35	6	210	1	1	6
36	8	288	0	0	0
37	6	222	1	1	6
38	2	76	2	4	8
39	5	195	3	9	45
40	3	120	4	16	48
43	1	43	7	49	49
46	1	46	10	100	100
47	1	47	11	121	121
	45	1620			764