86465

Загальна характеристика механічних властивостей ґрунтів. Стисливість ґрунтів. Закон ущільнення. Польові випробування на стисливість (штампи, пресиометрія)

Лекция

География, геология и геодезия

Під механічними властивостями ґрунту розуміють ті властивості що визначають його поведінку як механічної системи отже зумовлюють механічні переміщення ґрунтового масиву й окремих його частин у просторі і часі під дією тих чи інших зовнішніх чинників.

Украинкский

2015-04-07

474.5 KB

4 чел.

Лекція 3

Загальна характеристика механічних властивостей ґрунтів. Стисливість ґрунтів. Закон ущільнення. Польові випробування на стисливість (штампи, пресиометрія)

1. Загальна характеристика механічних властивостей ґрунтів

Для розрахунків деформацій, оцінки міцності та стійкості ґрунтових масивів і основ необхідно знати характеристики механічних властивостей ґрунтів. Під механічними властивостями ґрунту розуміють ті властивості, що визначають його поведінку як механічної системи, отже, зумовлюють механічні переміщення ґрунтового масиву й окремих його частин у просторі і часі під дією тих чи інших зовнішніх чинників. До показників цих властивостей відносять ті, які безпосередньо визначають величину деформації та міцності ґрунтів. Окремо їх прийнято називати характеристиками деформативності (стисливості) й міцності.

Стисливість – найбільш характерна властивість, що відрізняє ґрунти від твердих тіл. Вона зумовлюється, головним чином, трьома причинами: 1) ущільненням унаслідок переупаковування часток під дією навантаження, що зменшує коефіцієнт пористості; 2) пружністю кристалічної решітки мінеральних часток; 3) зміною фізичного стану (висихання, коагуляція тощо). Вплив нормальних напруг на дисперсні ґрунти викликає деформування їх і зміни об’ємів пор при цьому. Ці процеси описує закон ущільнення (компресії). Крім того, в ґрунтах, як і в суцільних тілах, під дією нормальних напруг спостерігається бічне розширення, але за більш складними закономірностями.

Під міцністю ґрунтів, за визначенням професора М. В. Малишева, розуміють їх властивість у певних умовах сприймати вплив зовнішніх зусиль без повного руйнування. Границя міцності – це така межа, при перевищенні якої наступає практично повне руйнування ґрунту і він не може вже сприймати додаткових зусиль, що до нього прикладають. Ґрунт перебуває у міцному стані, якщо зусилля, котрі впливають на нього, менші від границі його міцності. Вплив дотичних напруг викликає в ґрунтах деформації зрушення. Проекту-
вальників звичайно цікавить опір ґрунтів зрушенню при граничному напруженому стані (що характеризує міцність ґрунту, його несучу здатність), який визначають згідно із
законом опору ґрунтів зрушенню (закон Кулона).

Деформації ґрунту протягом часу та опір їх зрушенню залежать від того, як перерозподілятимуться напруги між скелетом ґрунту і поровою водою. Ця вода під дією тиску, що виникає в ній, поступово відтискується й передає його на скелет ґрунту. Отже, деформативність ґрунтів та їх опір зсуванню залежать і від фільтраційної здатності ґрунту. Крім того, в багатьох випадках необхідно розраховувати приплив підземних вод до водозабірних споруд, котловану, дренажу тощо. Це й зумовлює необхідність використання закону фільтрації порової води (закон Дарсі) (див п. 3.7).

Для ґрунтів, структура яких порушується при зволоженні, відтаванні, динамічних навантаженнях тощо, так званих структурно-нестійких ґрунтів, необхідно розглядати закономірності руйнування їх структури.

У таблиці 4.9 подані основні залежності механіки ґрунтів, їх фізичний зміст і практичне застосування.

Механічні властивості ґрунтів залежать від їх мінерального та гранулометричного складу, щільності, вологості, температури, умов формування тощо. Тому ґрунти кожного будівельного майданчика мають свою певну специфіку, а, отже, характеристики їх механічних властивостей, як правило, не можуть бути призначені залежно лише від їх фізичного складу й стану, а повинні визначатись експериментально. Лише для попередніх розрахунків основ та розрахунків основ будівель II і III класів й опор повітряних ліній електропередачі та зв’язку можливо приймати значення характеристик міцності і деформативності ґрунтів за їх фізичними властивостями (про цю можливість більш детально див. у п. 4.8).

Таблиця 4.9. Основні закономірності механіки ґрунтів

Назва закону

Що характеризує закон

Де використовується закон

Закон ущільнення

Закон опору зрушенню (Кулона)

Закон фільтрації (Дарсі)

Закономірності руйнування структури

Залежність між напругами і деформаціями

Залежність між нормальними напругами й опором зрушенню

Водопроникність ґрунтів

Особливості впливу окремих факторів на руйнування структури ґрунтів

Розрахунок осідань споруд

Розрахунок міцності та стійкості основ

Розрахунок осідання споруд у часі, приплив води до водозабірних споруд

Розрахунок деформацій особливих ґрунтів

Для визначення механічних характеристик ґрунтів звичайно проводять лабораторні та польові випробування. У лабораторних умовах характеристики міцності й деформативності визначають згідно з ДСТУ Б В.2.1-4-96 (ГОСТ 12248-96). Для цього використовують зразки ґрунту відносно невеликих розмірів, відібрані на майданчику з шурфів і свердловин. Вони повинні відповідати умовам природного залягання й називаються зразками непорушеної структури. Для дослідження основ із наведеними (штучно зміненими) властивостями, наприклад у результаті ущільнення чи закріплення, зразки ґрунту спеціально готують, зокрема із заданою щільністю сухого ґрунту, вологістю, вмістом реагенту тощо. Їх називають зразками порушеної структури.

Польові дослідження механічних характеристик ґрунтів (більш детально вони розглянуті у п. 5.6) звичайно значно дорожчі та трудомісткі порівняно з лабораторними, але забезпечують повну відповідність ґрунту умовам його природного залягання. Іноді (за неможливості відбору зразків без істотного порушення природного стану, наприклад для водонасичених пісків, текучих глинистих ґрунтів; випробуваннях тріщинуватих скельних порід у масиві тощо) вони є єдиним способом отримання характеристик механічних властивостей.

І нарешті, необхідною вимогою таких випробувань є відповідність напружено-деформованого стану та умов деформування ґрунту в них тим, що мають місце в основі фундаментів чи тілі ґрунтових споруд. Це досягають вибором відповідних схем випробувань і режимів проведення дослідів.

2. Стисливість ґрунтів, визначення характеристик
стисливості. Закон ущільнення

Ущільнення ґрунтів поєднує в собі кілька фізичних процесів, зокрема зміну об’єму пор, стиснення твердих часток, води газів, що містяться в порах, деформації плівок зв’язної води, розчинення газів у поровій воді, взаємне зміщення та руйнування структурних агрегатів. Деформації твердих часток ґрунту, плівок зв’язної води, газів і води, якщо вони не мають вільного виходу на по-
верхню, при звичайних напругах в основах фундаментів незначні й практично миттєво відновлюються після зняття навантаження, тобто вважаються пружними. Таким чином, можна вважати, що
деформації стиснення виникають тільки за рахунок зменшення об’єму пор ґрунту.

У лабораторних умовах показники стисливості ґрунтів звичайно визначають шляхом їх ущільнення під статичним навантаженням без можливості бічного розширення (в жорсткому кільці). При такому завантаженні деформації розвиваються тільки в одному напрямі. Дослідження виконують у компресійному приладі (одометрі). Схема одометра показана на рис. 4.4. Зразок ґрунту 1, розміщений у металевому кільці 2, встановлюється на днище 3. Зверху на зразок через штамп 5 ступенями передають навантаження F, яке викликає стискуючі напруги σ=F/A, де A – площа поперечного перерізу зразка. В днищі та штампі є тонкі отвори 4, що забезпечують відтік порової води при стисненні зразка ґрунту чи, навпаки, постачання її в ґрунт за необхідності, наприклад при дослідженні просадочних властивостей ґрунту тощо. Під дією сили F штамп отримує вертикальні переміщення – осідання, величину яких фіксують індикаторами годинникового типу 6, установленими на штампі приладу. Щоб зменшити вплив сил тертя зразка ґрунту об стінки кільця, діаметр його повинен не менше ніж у три рази перевищувати його висоту.

Випробування виконують шляхом прикладання тиску ступенями, звичайно Δσ=0,01-0,1 МПа (залежно від природного стану ґрунту), і вимірювання деформацій зразка. Навантаження на кожній ступені витримують до умовної стабілізації деформацій, наприклад за ДСТУ Б В.2.1-4-96: 0,01 мм за останні 4 години спостережень для пісків, 16 годин – для глинистих і 24 години для органо-мінеральних та органічних ґрунтів.

Оскільки зразок ґрунту в кільці не має можливості бічного розширення, зміну його пористості Δni під тиском pi, розподіленим за площею A, знайдемо з виразу

, (4.27)

де h – висота зразка; Δh – деформація від тиску pi (див. рис. 4.4, а).

Об’єм твердих часток у зразку ґрунту до і після деформації залишається практично незмінним, бо діючі напруги не можуть суттєво змінити об’єм мінеральних часток. За (4.16), цей об’єм в одиниці об’єму зразка ґрунту дорівнює

, (4.28)

де e0 – початковий коефіцієнт пористості ґрунту.

Поділивши вираз (4.27) на (4.28), одержимо формулу для визначення зміни коефіцієнта пористості зразка ґрунту Δei під дією тиску pi:

. (4.29)

Вилучивши значення Δei з початкового коефіцієнта пористості e0, знайдемо ei – коефіцієнт пористості ґрунту при тискові pi:

. (4.30)

За цією формулою можна розраховувати значення коефіцієнта пористості для будь-якого прикладеного тиску. Після одержання в експерименті значень ei при різних тисках pi будують графічну залежність ei=f(pi), яка має назву компресійної кривої. Загальний вигляд такої кривої показано на рис. 4.5, а. При зростанні тиску коефіцієнт пористості зменшується (лінія навантаження або компресії – крива 1 на рис. 4.5, а). Якщо ж навантаження поступово зменшувати, то спостерігається зворотний процес – деяке збільшення об’єму зразка (поршень одометра дещо переміщується вгору), а отже, часткове відновлення його де-
формації та зростання коефіцієнта пористості (
лінія розвантаження або декомпресії, або навіть набухання – крива 2 на рис. 4.5, а). Первинна висота зразка h після розвантаження не буде повністю відновлена тому, що при декомпресії відновлюються тільки пружні деформації εe (рис. 4.5, а), а остаточні деформації εp незворотні.

На рис. 4.5, а спостерігаємо ділянку компресійної кривої, в межах якої залежність між коефіцієнтом пористості і тиском близька до лінійної. Особливо характерна така ділянка для глинистих ґрунтів природної структури. Межа цієї ділянки відповідає так званій структурній міцності ґрунту pstr, що зумовлена зв’язками між частками й надає скелету ґрунту здатність витримувати певне навантаження до початку руйнування його каркаса. При навантаженнях, менших за pstr, у ґрунті розвиваються лише пружні деформації, а за досягнення навантаження структурної міцності починається руйнування скелета, що супроводжується перекомпонуванням часток, ущільненням ґрунту та зменшенням його коефіцієнта пористості. Значення структурної міцності ґрунту pstr можна отримати з компресійної кривої, якщо вести навантаження малими ступенями (0,002-0,01 МПа). Різкий злам лінії компресії і відповідає структурній міцності ґрунту pstr. Як правило її значення змінюються в широких межах: від 0,01-0,05 МПа для слабких водонасичених глинистих ґрунтів до 0,15-0,20 МПа для незволожених лесових ґрунтів.

Якщо обмежитись незначною зміною тиску (p=0,1-0,3 МПа), що звичайно має місце в основах споруд, то в такому діапазоні тиску компресійну криву можна умовно замінити прямою лінією (рис. 4.5, б). Тангенс кута нахилу відрізка компресійної кривої до осі тиску p є кількісною мірою стисливості ґрунту – коефіцієнтом стисливості m0:

, (4.31)

або

. (4.32)

Продиференціювавши рівняння (4.32), одержимо

. (4.33)

Це співвідношення має важливе значення в механіці ґрунтів і є основою таких фундаментальних положень, як принцип лінійної деформованості та консолідація ґрунту. Воно відображає закон ущільнення ґрунту: нескінченно мала зміна об’єму пор ґрунту прямо пропорційна нескінченно малій зміні тиску.

У розрахунках осідань ґрунтів часто використовують і так званий коефіцієнт відносної стисливості mv:

. (4.34)

Одержані показники m0 та mv відповідають умовам стиснення ґрунтів без можливості бічного розширення. Але ж, насправді, ґрунти основи мають можливості для горизонтального переміщення й випинання. Тому для зменшення впливу цієї невідповідності на точність визначення осідань основ проектувальники використовують компресійний модуль деформації, що визначають за виразами

    або     , (4.35)

де β – коефіцієнт, який ураховує відсутність поперечного розширення ґрунту в компресійному приладі і який обчислюють за формулою

, (4.36)

де νкоефіцієнт поперечної деформації ґрунту (коефіцієнт Пуассона), що за своєю фізичною природою являє собою відношення абсолютних величин поперечних і поздовжніх деформацій зразка при одноосьовому стисненні без обмежень бічного розширення і який визначають за результатами його випробувань у приладах трьохосьового стиснення за виразом (4.40). У разі відсутності експериментальних даних ДСТУ Б В.2.1-4-96 допускає приймати ν рівним: 0,30-0,35 – для пісків і супісків; 0,35-0,37 – для суглинків; 0,2-0,3 при IL<0; 0,3-0,38 при 0≤IL≤0,25; 0,38-0,45 при 0,25<IL≤1,0 – для глин. При цьому менші значення ν приймають при більшій щільності ґрунту.

Для звичайних ґрунтів E=5-50 МПа, а для слабких E< 5 МПа.

Слід також зазначити, що при значному діапазоні зміни тиску крива компресії звичайно точніше описується логарифмічною залежністю, яку також використовують при проектуванні основ відповідних споруд.

Недоліком компресійного приладу, зображеного на рис. 4.4, є невисока точність вимірів, унаслідок того, що сили тертя зразка ґрунту за стінками кільця за даними професорів Р. С. Зіангірова, М. Н. Гольдштейна, М. В. Корнієнка, В. І. Крутова, С. Р. Месчана, зменшують на 10-50 % (залежно від вологості, виду ґрунту й умов випробування) вертикальний тиск, що прикладений до зразка під час випробування, особливо зі збільшенням навантаження на ґрунт. Це призводить до хибного збільшення фактичного значення модуля деформації ґрунту чи зменшення його відносної просадочності.

При компресійних випробуваннях незв’язних ґрунтів цей недолік можна обминути використанням компресійного приладу (рис. 4.6) конструкції Одеського національного морського університету (В. В. Ковтун та В. Т. Бугаєв) кільця, що містить циліндричний корпус у вигляді обойми з металевих кілець товщиною 0,5 мм з еластичними, наприклад гумовими, прокладками. Вертикальні зусилля в приладі передають через штамп 3 за допомогою гвинтового домкрата 1 на зразок 4 і стінку циліндричної обойми 5, так що вертикальні деформації обойми і зразка рівні між собою. Цим усувають тертя часток ґрунту за стінками приладу та досягають кращу відповідність величин щільностей зразка при одному й тому ж значенні вертикального тиску, ніж в одометрах із жорсткою обоймою. Тарування обойми здійснюють до заповнення її ґрунтом у діапазоні майбутнього тиску. Але для ґрунтів природної структури випробування в такому кільці неможливі внаслідок того, що воно не забезпечує відбір ґрунту без порушення його структури, а це призводить до зниження точності вимірювань.

Остання конструкція була удосконалена в Полтавському національному технічному університеті. В новій конструкції кільця (рис. 4.7) розміщенням обойми в середині циліндричної гільзи з ріжучою кромкою забезпечується можливість відбору ґрунту непорушеної природної структури, за рахунок чого підвищується точність визначення деформаційних властивостей ґрунтів. Пристрій містить кільце 1, що складається з металевих кілець 2, між якими розташовані еластичні прокладки 3. Зовні кільця 1 розміщено циліндричну гільзу 4, котра має ріжучу кромку з одного боку, а з протилежного боку розташовано упорне кільце 5, підтиснуте однобічною муфтою 6. Тарування кільця здійснюють до заглиблення його в ґрунт. Пристрій розташовують ріжучою кромкою гільзи на поверхню ґрунту. Тиском, що прикладається до муфти, пристрій удавлюють у ґрунт до стану, коли рівень поверхні ґрунту всередині перевищує верх кільця, тобто кільце повністю заповнене ґрунтом природної структури. При цьому для полегшення вдавлення пристрою в ґрунт здійснюється підрізання ґрунту, наприклад ножем, зовні ріжучої кромки. Для виймання пристрою з ґрунтом після закінчення вдавлення ґрунт підрізається нижче від ріжучої кромки, наприклад ножем. Із метою підготовки зразка ґрунту для випробування в умовах одновимірної деформації знімається однобічна муфта та упорне кільце, після чого кільце 1 із зразком ґрунту непорушеної структури виймається з циліндричної гільзи, зрізаються лишки ґрунту за межами кільця, а подальші випробування здійснюють звичайним чином.

В основу конструкції компресійного приладу системи Московського державного університету (рис. 4.8) покладено принцип “плаваючого” кільця. Цей прилад складається з корпусу 1, кришки корпусу 2, кільця 3, що має змогу деформуватися, роз’ємного штампа, двох індикаторів годинникового типу 5 та ущільнювача 6. Кільце, що має можливість деформуватися, являє собою металеву пружину суцільного профілю, виконану таким чином, що виключається видавлювання в проміжок між витками пружини ґрунту в пластичному стані. Штамп виконано роз’ємним, він складається з верхньої та нижньої перфорованих частин, при цьому на нижній розміщується кільце 3, яке деформується, що забезпечує використання широкого діапазону схем компресійних випробувань. Верхня частина штампа має шток 7 для сприйняття та передачі навантаження.

Використання таких модифікацій компресійного приладу довело, що фактичні показники стисливості глинистих ґрунтів нижчі (в середньому на 25%) порівняно з аналогічними випробуваннями в стандартному приладі.

Зазначимо також, що безпосередньо схема компресійних випробувань близька лише обмеженому колу інженерних задач, котрі можна розглядати як одновимірні (ущільнення ґрунту при горизонтальних нашаровуваннях під дією власної ваги; осідання обмеженої товщі ґрунту в основі розвиненого у плані фундаменту тощо). Однак через простоту методики результати компресійних випробувань із певними припущеннями широко використовують й у значно складніших розрахунках.

Найбільше реальному напружено-деформованому станові зразка в масиві відповідають випробування у приладах трьохосьового стиснення (стабілометрах). При цьому зразки ґрунту мають циліндричну чи іноді кубічну форму. Найбільш відомі конструкції стабілометрів розроблені А. Бішопом, О.К. Бугровим, Р. М. Нарбутом, О. Л. Гольдіним, М. Н. Гольдштейном, О. Л. Крижановським, Є. І. Медковим, М. М. Сидоровим, В. П. Сіпідіним та іншими. Принципова схема стабілометра зображена на рис. 4.9, а, а напруженого стану зразка ґрунту у ньому – на рис. 4.9, б. Циліндричний зразок ґрунту 1 висотою h у гумовій оболонці 2 спершу піддають бічному стисненню від рідини 3, що заповнює робочу камеру приладу, створюючи в ґрунті бічну напругу σ23. Потім через шток 4 до поршня 5 ступенями прикладають вертикальне навантаження F, створюючи в зразку нормальну напругу σ1. Виміри тиску в камері стабілометра виконують манометром, а абсолютні вертикальні деформації зразка Δhi – індикаторами. Напруги σ1 називають максимальною головною, а σ2 та σ3мінімальними головними. Збільшуючи σ1, можна досягти руйнування зразка або у вигляді зсування за нахиленою поверхнею, або шляхом суттєвого розширення в боки зі зменшенням висоти. За результатами випробувань ґрунтів у стабілометрі визначають як їх характеристики деформативності, так і міцності (про останні мова піде у п. 4.6).

Природно, що в процесі досліду площа поперечного перерізу зразка Ai ґрунту змінюється, що визначають за формулою

, (4.37)

де A – початкова площа поперечного перерізу зразка; ε1 – відносна вертикальна деформація зразка ґрунту, яка дорівнює .

Величину напруги σ1 визначають за формулою

, (4.38)

де Ac – площа поперечного перерізу штока.

Потім будують графік залежності відносної вертикальної деформації зразка ε1 від напруги σ1, приклад котрого подано на рис. 4.10, графік має лінійну ОА та нелінійну АВ ділянки. Координати точки А при цьому: Δσ1 і Δε1.

Модуль деформації ґрунту за результатами випробувань його зразка в умовах трьохосьового стиснення дорівнює

, (4.39)

а коефіцієнт його поперечної деформації (коефіцієнт Пуассона)

, (4.40)

де Δε1 і Δε2 – приріст відносних вертикальної та поперечної деформацій зразка

, (4.41)

де Δεv – приріст відносної об’ємної деформації зразка ґрунту (при цьому відносна об’ємна деформація зразка складає , де ΔV – абсолютна об’ємна деформація зразка; V – його початковий об’єм).

До речі, за даними випробувань ґрунту в умовах трьохосьового стиснення можуть бути визначені і його інші деформаційні характеристики: модуль зрушення G та модуль об’ємної деформації K. Ці величини функціонально пов’язані з модулем деформації й коефіцієнтом Пуассона:

;  . (4.42)

Хочемо звернути вашу увагу й на те, що найбільш достовірними і водночас високовартісними методами визначення деформаційних характеристик нескельних ґрунтів є польові випробування їх статичними навантаженнями в шурфах чи котлованах горизонтальними штампами площею 2500-5000 см2, а також у свердловинах гвинтовими штампами площею 600 см2. Ці способи разом з іншими польовими дослідними роботами розглянуті в п. 5.6.

Як показали численні дослідження, значення модулів деформації за результатами лабораторних випробувань ґрунтів у компресійних приладах виявляються звичайно нижче від модулів, установлених на основі польових випробувань штампами. Це, на думку професора Б. І. Далматова, зумовлено такими причинами. Виймання зразка з шурфу чи свердловини для проведення компресійних випробувань неминуче супроводжується зменшенням напруг у скелеті ґрунту (зняття природного тиску) та зниження до нуля тиску в поровій воді (в разі відбору зразка нижче рівня підземних вод). Зміна напруг у скелеті ґрунту та поровій воді викликає збільшення об’єму зразка ґрунту. В ґрунтах із відносно великою структурною міцністю, збільшення об’єму зразка ґрунту може обмежуватись виникненням пружних деформацій розширення. Однак у більшості випадків при вийманні зразків із свердловин нижче рівня підземних вод відбувається часткове чи повне руйнування структурних зв’язків, що існували в ґрунті, внаслідок зростання об’єму бульбашок повітря або газу, затиснутих у порах ґрунту. При зменшенні тиску в поровій воді об’єм бульбашок повітря суттєво збільшується, що призводить до розвитку напруг розтягування в скелеті ґрунту. Від цього зв’язки малої міцності між частками ґрунту руйнуються. Таким чином, часто-густо компресійні випробування проводяться зі зразками частково порушеної, а не природної структури, що впливає на результати компресійних випробувань і може спричинити отримання занижених значень модуля деформацій ґрунту.

Зіставленням результатів польових та лабораторних методів випробувань для четвертинних глинистих відкладів було встановлено (І. А. Агішев, 1957) коригуючий коефіцієнт mk до модулів деформації, отриманих на основі компресійних досліджень. Значення його при показнику текучості 0,5<IL≤1 супіску, суглинку й глини за СНиП 2.02.01-83* змінюється від 2 до 6 залежно від виду ґрунту та його коефіцієнта пористості.

При цьому, однак, результати тривалих геодезичних спостережень за осіданнями будівель і споруд на слабких ґрунтах (Сотников С. М., 1987, 1992, Зоценко М. Л. та Винников Ю. Л., 1995, 1998 й інші) вказують, що для розрахунку осідань їх основ більш правильно використовувати результати саме компресійних випробувань без коригуючих коефіцієнтів mk.

2. Польові випробування на стисливість

У більшості випадків фізико-механічні характеристики ґрунтів визначаються в лабораторії, де є все необхідне обладнання для проведення комплексних досліджень. Але в деяких випадках, наприклад при лабораторних випробуваннях алювіальних відкладів річкових долин, щебенисто-глинистих ґрунтів, зсувних накопичень та деяких інших ґрунтів, ми отримуємо значення показників міцності, котрі значно відрізняються від дійсних. Це відбувається тому, що в лабораторних умовах доводиться випробовувати невеликі зразки порід не лише з порушеною структурою, а й з іншою вологістю і в умовах, які відрізняються від природних умов залягання. Тому у відповідальних випадках використовують польові методи випробувань ґрунтів.

Переваги польових методів у порівнянні з лабораторними такі:

  •  можливість вивчення порівняно більшого за об’ємом масиву порід;
  •  менший ступінь порушення природного складу порід;
  •  вивчення властивостей порід в умовах природного напруженого стану;
  •  можливість отримання інформації, яку неможливо отримати в лабораторних умовах.

Разом із тим польові методи мають ряд недоліків, котрі необхідно враховувати:

  •  велика вартість та тривалість виконання польових дослідів порівняно з лабораторними;
  •  неможливість у ряді випадків проведення необхідної кількості дослідів, достатньої для статистичного аналізу;
  •  вивчення властивостей порід польовими методами проводиться, як правило, в умовах фіксованих моментів досліду, що не дозволяє достатньо врахувати різноманітні явища, пов’язані зі зміною як природних умов (наприклад коливання рівня ґрунтових вод), так і умов, що викликані впливом майбутніх будівель та споруд;
  •  недостатнє теоретичне обґрунтування деяких польових методів і неоднозначна інтерпретація отриманих результатів.

До польових дослідних робіт належать, наприклад, випробування ґрунтів статичними навантаженнями. Ці випробовування проводяться під час інженерно-геологічних досліджень із метою стисливості ґрунтів і визначення такої важливої характеристики, як модуль деформації.

Випробування проводять у тих місцях ділянки, на котрих передбачають розміщення будівель та споруд, що потребують розрахунку осідань фундаментів. При цьому випробовують усі ґрунти, які залягають у межах активної зони. Випробовування проводять за допомогою штампів, що є моделями фундаментів. Відповідно до Державного стандарту України застосовують сталеві круглі жорсткі штампи площею 5000, 2500 і 600 см2 із діаметрами відповідно 79,8, 56,5 та 27,7 см. Штампи площею 5000 і 2500 см2 використовують при випробуваннях у шурфах й інших гірських виробках, а також у будівельних котлованах. Великі штампи застосовують для випробування великоуламкових, піщаних ґрунтів середньої щільності і пухких та глинистих ґрунтів із показником консистенції IL>0,25. Малі штампи використовують у щільних піщаних і глинистих ґрунтах при IL≤0,25. Штампи площею 600 см2 призначені для випробувань у свердловинах.

Випробування у шурфах та свердловинах здійснюють за допомогою установок різної конструкції. На рис. 5.11 показана установка для проведення статичних випробувань ґрунтів штампами в шурфах розпірної конструкції. Розміри шурфів у плані приймаються 1,6×1,6… 2,0×2,0 м. Стінки їх кріплять відповідно до виду пройдених ґрунтів. Штампи встановлюють у забої в гнізді глибиною 3-4 см, а при м’якопластичних і текучо-
пластичних глинистих ґрунтах – у приямку глибиною 40-60 см. Установка штампа в приямок необхідна для того, щоб не допустити випинання ґрунту з-під штампа. У цьому випадку ґрунт, який є за межами штампа, створює потрібне привантаження. Штампи встановлюють на шар дрібного піску товщиною 1-2 см. При випробуваннях улітку навколо штампа на дно шурфу укладають шар тирси з вологістю, яка відповідає вологості ґрунту. Цей шар ґрунту захищає ґрунт від висихання. Щоб не допустити промерзання ґрунту взимку, дно шурфу і штамп накривають шаром сухої тирси товщиною 30-40 см або іншим теплоізоляційним матеріалом. Поряд із цим має бути передбачено захист ґрунту в забої шурфу від можливого зволоження його поверхневими водами (дощовими або талими).

Діаметр свердловини, призначеної для випробувань, приймають 325 мм. Стінки її кріплять обсадними трубами. Штамп установлюють у забої після його зачищення спеціальним ножем і вирівнювання шаром піску (1-2 см). При цьому його розташовують приблизно на 2 см нижче від фрезерної муфти.

Випробування ґрунту статичними навантаженнями проводять шляхом створення тиску на ґрунт кількома (7-10) ступенями. Величина ступенів тиску залежно від виду ґрунту та його стану приймається від 0,025 до 0,1 МПа. На початку випробування ґрунт попередньо ущільнюють тиском, що дорівнює тиску від власної ваги ґрунту σzg на даній глибині, але не меншим 0,05 МПа. Тиск попереднього ущільнення також прикладають ступенями. Кожен ступінь тиску витримують до стабілізації осідання штампа. Стабілізація вважається досягнутою, якщо прирощення осідання за 1 год для великоуламкових і піщаних ґрунтів та за 2 год для глинистих не перевищує 0,1 мм.

У процесі досліду величину осідання штампа заміряють за допомогою двох прогиномірів. Їх з’єднують із штампами сталевим дротом діаметром близько 0,3 мм. Для розрахунку беруть середнє арифметичне з двох замірів.

За наслідками випробувань складають графік, що відображає залежність осідання від тиску (рис. 5.12). Цей графік потрібний для визначення модуля деформації. Модуль деформації визначають у межах тієї ділянки графіка, де має місце лінійна залежність осідання від тиску. Для виділення цієї ділянки через дослідні точки графіка проводять осереднюючу пряму. При цьому розкид точок відносно прямої повинен бути рівномірним. За початкові значення тиску й осідання приймають тиск p1, що дорівнює σzg, і відповідне йому значення осідання S1. За кінцеві значення тиску й осідання беруть значення, що відповідають останній точці лінійної залежності. Якщо ж виявиться, що при тиску pn прирощення осідання штампа вдвічі більше за прирощення осідання в попередньому ступені, то за кінцеві значення тиску та осідання приймають значення, котрі відповідають попередній точці.

Для обчислення модуля деформації, МПа, використовують формулу:

, (5.1)

де  – безрозмірний коефіцієнт, прийнятий для круглого жорсткого штампа 0,8;  – коефіцієнт бічного розширення (коефіцієнт пуассона), прийнятий від 0,27 до 0,42 залежно від виду ґрунту; b – діаметр штампа, см;  – прирощення тиску, мпа, ;  – прирощення осідання штампа, см, . Модуль деформації визначається з точністю до 0,1 мпа.

PAGE 18


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

36830. Исследование разборчивости речи методом артикуляционных измерений при защите речевой информации различными видами маскирующих сигналов 201.5 KB
  Звуковые колебания в жидкой и газообразной среде воздухе представляют собой продольные колебания так как частицы среды колеблются вдоль линии распространения звука. Вследствие этого образуются сгущения и разряжения среды двигающейся от источника колебаний с определенной скоростью называемой скоростью звука. Скорость звука Скорость звука является постоянной величиной для данной среды и метеорологических условий и определяется по формуле ...
36831. СОЗДАНИЕ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДИАГРАММ 67 KB
  В табличном процессоре MS Excel создать документ и сохранить его в личной папке под именем ФИО_лабExcel4_группа.xls. В созданном документе выполнить все задания.
36832. РЕШЕНИЕ ОПТИМИЗАЦИОННЫХ ЗАДАЧ 1.05 MB
  В созданном документе выполнить все задания каждое задание оформлять на отдельном листе. ЗАДАНИЕ 1. ЗАДАНИЕ 2. ЗАДАНИЕ 3.
36833. НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ И ДИАГНОСТИКА ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ 110.57 KB
  Научные положения дисциплины «Неразрушающий контроль и диагностика электрооборудования» сформулированы на основе теории электромагнитных полей, специальных разделов математики, таких как теория функций комплексных чисел, конформных преобразований, теории рядов, теории симметрии. При изучении дисциплины необходимо знание высшей математики, основ теории поля, основ программирования.
36834. web-сайта для Парка культуры и отдыха имени М. Горького 2.78 MB
  Суть нашего дипломного проекта облегчить жителям Ростова-на-Дону и приезжим гостям поиск мест проведения досуга. На сайте они смогут узнать месторасположение Парка им. М. Горького, проводимые мероприятия в парке и время их проведения
36835. Изменение сопротивления гальванометра методом мостиковой схемы (Уинстона) 22.65 KB
  №1 А сила тока на однородном участке цепи прямо пропорционально напряжению и обратно пропорционально электрическому сопротивлению этого участка. I= I=Сила тока U=напряжение R= сопротивление в замкнутой цепи. R А v...
36836. Зависимость полезной мощности и коэффициент полезного действия источника тока от сопротивления внешней нагрузки 18.02 KB
  А 2011 Цель: На практике экспериментально проверить четкие выводы о зависимости полезной мощности и коэффициент полезного действия источника тока от сопротивления внешней нагрузки а следовательно и силы тока в цепи . №1 А сила тока на однородном участке цепи прямо пропорционально напряжению и обратно пропорционально электрическому сопротивлению этого участка....
36837. ИЗМЕРЕНИЕ ОБЪЁМА И ПЛОТНОСТИ ТВЁРДЫХ ТЕЛ 257.5 KB
  Определение линейных размеров объёмов и плотностей твёрдых тел. Действительно все великие открытия в физике были выполнены с помощью измерений. Однако измерения необходимы не только в научноисследовательской работе.
36838. РЕАКЦИИ ОБМЕНА МЕЖДУ РАСТВОРАМИ ЭЛЕКТРОЛИТОВ, ИДУЩИХ ДО КОНЦА, ИСПЫТАНИЕ РАСТВОРОВ СОЛЕЙ НА ИНДИКАТОРЫ 66.5 KB
  Тема: РЕАКЦИИ ОБМЕНА МЕЖДУ РАСТВОРАМИ ЭЛЕКТРОЛИТОВ ИДУЩИХ ДО КОНЦА ИСПЫТАНИЕ РАСТВОРОВ СОЛЕЙ НА ИНДИКАТОРЫ. Умения: Обосновывать мероприятия по внедрению методик качественного анализа проводя реакции ионного обмена между растворами электролитов. Перечень заданий: Случаи течения реакции до конца. Теоретические основы:...