Характеристики нескальных грунтов

5.14 Определение характеристик прочности грунтов в стабилизированном состоянии (в эффективных напряжениях) tg j ^' и с^' следует выполнять методом трехосного сжатия по консолидированно-дренированной схеме (ГОСТ 12248). Для оснований и сооружений III - IV классов при соответствующем обосновании допускается использовать метод одноплоскостного среза по консолидированно-дренированной схеме (ГОСТ 12248) и/или по консолидированно-недренированной схеме с измерением порового давления.

Определение прочности грунтов в нестабилизированном состоянии (сопротивление недренированному сдвигу s_u) следует выполнять методом трехосного сжатия по неконсолидированно-недренированной (в особых случаях - по консолидированно-недренированной схеме). Для оснований и сооружений III и IV классов допускается при соответствующем обосновании использовать метод одноплоскостного среза по неконсолидированно-недренированной схеме («быстрый срез»).

Примечания

1 Характеристики прочности tg φ и с в нестабилизированном состоянии (в полных напряжениях) определяются в исключительных случаях только для специально обоснованных расчетных схем.

2 При определении значений tg φ ', с' и s_u для инженерно-геологических схем допускается использовать методы статического зондирования и вращательного среза.

5.15 Нормативные и расчетные значения характеристик tg φ ' и с' следует определять применительно к гипотезе прочности Кулона или Кулона-Мора путем статистической обработки всех пар предельных значений максимальных и минимальных главных напряжений, полученных методом трехосного сжатия (либо пар значений нормальных и предельных касательных напряжений, полученных методом одноплоскостного среза) в соответствии с ГОСТ 20522.

5.16 Расчетные значения характеристик tg φ ' _I, c ' _I и s_{u I} следует вычислять, используя коэффициент надежности по грунту g _g при односторонней доверительной вероятности a = 0,95.

Если полученное таким образом значение g _g будет более 1,25 (для илов - 1,4) или менее 1,05, то его необходимо принимать соответственно равным g _g = 1,25 (для илов - 1,4) и g _g = 1,05.

Расчетные значения характеристик tg φ ' _II, c ' _II и s_{u II} следует принимать равными нормативным их значениям.

5.17 Для грунтов оснований сооружений I - III классов дополнительно к испытаниям указанными лабораторными методами следует проводить испытания в полевых условиях методами статического и динамического зондирования, вращательного среза, а для оснований бетонных и железобетонных сооружений - методом сдвига штампов. Испытания указанными методами и определение по их результатам нормативных значений характеристик tg φ ' _n, c ' _n и s_{u II} следует проводить для условий, соответствующих основным расчетным случаям в периоды строительства и эксплуатации сооружения.

5.18 При испытаниях крупнообломочных грунтов допускается применение моделирования гранулометрических составов и методов, включающих получение экспериментальных зависимостей характеристик прочностных и деформационных свойств испытуемого грунта от параметров плотности сложения и гранулометрического состава.

При проектировании искусственных оснований кроме указанных выше характеристик следует назначать допустимые диапазоны контрольных значений плотности сухого грунта и влажности грунта, укладываемого в основание. Для искусственных оснований из крупнообломочных грунтов (галечников, горной массы и т.п.), кроме того, следует назначать допустимые диапазоны изменения гранулометрического состава грунта. Диапазоны изменения контрольных значений характеристик свойств и гранулометрического состава следует назначать по результатам лабораторных и полевых опытно-производственных испытаний.

При определении деформационных характеристик, гранулометрического состава, плотности сухого грунта и влажности грунта, укладываемого в основание, допускается использование экспериментально обоснованных косвенных методов.

5.19 Нормативные значения статического модуля деформации Е_п нескальных грунтов следует определять по результатам полевых штамповых и прессиометрических опытов, а также по результатам компрессионных испытаний и (или) испытаний методом трехосного сжатия согласно требованиям ГОСТ 12248. Для грунтов оснований и грунтовых сооружений I и II классов проведение испытаний методом трехосного сжатия является обязательным. Траектории нагружения образцов и методики обработки результатов испытаний должны учитывать историю нагружения грунтового массива (величину давления предуплотнения р'_с и степень переуплотнения грунта), диапазоны изменения напряжений в РГЭ и метод расчета или модельного исследования, для которых предназначены расчетные характеристики.

В том случае если ожидаемое максимальное давление на элемент основания превышает давление предуплотнения р'_с, следует определять не только вторичный Е", но и первичный Е' модули деформации. Вторичный модуль Е" определяется по компрессионной кривой в интервале напряжений от бытового на изучаемой глубине до р'_с. Первичный модуль Е' определяется по компрессионной кривой в интервале напряжений от р'_с до максимального ожидаемого напряжения на изучаемой глубине.

Нормативные значения Е" _n и Е' _n могут назначаться как постоянными, так и переменными по глубине.

Для оснований сооружений IV класса расчетные значения Е допускается принимать по таблицам, приведенным в СП 22.13330, с введением коэффициента т_с, принимаемого по обязательному приложению В.

Модуль деформации скальных, мерзлых грунтов на стадии обоснования инвестиций может быть определен с помощью сейсмоакустических методов.

Расчетные значения модулей деформации Е" и Е' следует принимать равными нормативным.

5.20 Коэффициент уплотнения а определяется методом компрессионного либо трехосного сжатия согласно ГОСТ 12248. Нормативные значения а _n должны определяться в соответствии с ГОСТ 20522, расчетные значения коэффициента уплотнения следует принимать равными нормативным.

5.21 Нормативные значения коэффициентов поперечной деформации v_n рекомендуется определять по результатам испытаний методом трехосного сжатия по консолидированно-дренированной схеме с независимым измерением продольных и поперечных деформаций образца грунта. Значения v_n следует определять как средние арифметические частных значений этой характеристики, полученных в отдельных испытаниях, или как значения, устанавливаемые по осредненным зависимостям измеряемых в опытах величин.

Расчетные значения коэффициента поперечной деформации v следует принимать равными нормативным.

При отсутствии экспериментальных значений v расчетные значения коэффициента v при обосновании допускается принимать по таблице 3.

Таблица 3

Грунты	Коэффициент поперечной деформации v
	немерзлое состояние	твердомерзлое состояние
Глины при:
IL < 0	0,20-0,30	0,30-0,35
0 < IL < 0,25	0,30-0,38	0,35-0,39
0,25 < IL	0,38-0,45	0,39-0,41
Суглинки	0,35-0,37	0,27-0,33
Пески и супеси	0,30-0,35	0,20-0,30
Крупнообломочные грунты	0,27	0,20-0,25
Примечание - Меньшие значения v принимаются при большей плотности грунта.

5.22 Для предварительных расчетов оснований сооружений I - III классов, а также для окончательных расчетов оснований сооружений IV класса допускается при обосновании определять нормативные и расчетные значения прочностных и деформационных характеристик грунтов по таблицам из СП 22.13330 в зависимости от их физических характеристик. Для отдельных районов допускается пользоваться региональными таблицами характеристик грунтов, специфических для этих районов, приведенными в территориальных строительных нормах.

5.23 Для обоснования безопасной и надежной работы грунтов оснований ГТС при действии динамических нагрузок и воздействий необходимо произвести:

оценку величины динамического сопротивления недренированному сдвигу s^d_u;

оценку динамики роста избыточного порового давления в несвязных и связных грунтах в процессе динамического воздействия и его величины после завершения динамического воздействия;

оценку величины постциклической прочности грунтов (прочности грунтов после завершения динамического воздействия);

оценку динамических модулей сдвига G^d, объемного сжатия К ^d и демпфирования D^d в процессе динамического воздействия, которые необходимы для определения возникающих в грунте дополнительных деформаций и сдвигающих напряжений;

оценку величины дополнительных осадок и кренов сооружения и грунтового основания вследствие динамического воздействия.

Под динамическими воздействиями следует понимать напряжения и деформации, возникающие в грунтовом основании при совместной работе системы «сооружение-основание» и действии сейсмических, волновых или ледовых нагрузок. Каждая из нагрузок характеризуется своей продолжительностью T, характерной частотой f, пиковыми значениями касательных напряжений t _mах и t _min. Указанные характеристики есть результат построения модели внешнего воздействия, существенно упрощающий реальный, негармонический и нерегулярный характер силового взаимодействия сооружения с грунтовым основанием.

5.24 Динамические параметры прочности грунтов являются интегральными характеристиками и одновременно зависят как от физико-механических свойств грунтов, так и от параметров внешних воздействий. Метод определения параметров прочности при динамических воздействиях - расчетно-экспериментальный с использованием последовательных приближений. Прочность грунтов при динамических воздействиях следует определять на основе гипотезы о возможности линейного независимого суммирования результатов внешних воздействий (накопления повреждений) Палмгрена-Майнера. Основой расчетно-экспериментальных оценок динамических характеристик являются результаты полевых (статическое зондирование, ультразвуковое зондирование, сейсмозондирование) и лабораторных испытаний грунтов.

5.25 Задача лабораторных экспериментальных исследований - определение уровня циклических напряжений при заданном уровне статических напряжений, выдерживаемых грунтом до разрушения (в условиях заданного НДС). Программа испытаний должна учитывать различные потенциальные формы потери устойчивости системы «сооружение-основание», а также прогнозируемые уровни статических и циклических напряжений в основании. При формировании программы лабораторных испытаний допускается рассматривать не все виды внешних воздействий, а лишь наихудшие, с точки зрения возможной потери устойчивости сооружением. Консерватизм получаемых оценок должен быть подтвержден имеющимися данными исследований динамических свойств грунтов в отечественной и мировой практике. Перенос результатов лабораторных испытаний на натурные условия требует соответствующего научного обоснования и использования нетривиальных подходов к комплексной оценке взаимного влияния циклического характера нагружения, длительности его воздействия, нелинейного характера реакции грунта как двухфазной среды на внешние воздействия, нелинейного в целом процесса накопления повреждаемости в грунте как сплошной среде и т.д. Особенности программы и методики проведения лабораторных динамических испытаний грунтов, методики интерпретации и представления результатов приведены в приложении Б.

5.26 Динамические характеристики прочности как связных, так и несвязных грунтов следует определять в долях от статической прочности, причем они должны устанавливаться для каждого вида воздействий индивидуально. Параметрами для сравнения выступают эффективный угол внутреннего трения j для несвязных грунтов и сопротивление недренированному сдвигу s_u для связных грунтов, полученные по результатам статических испытаний. Для несвязных грунтов при ограниченной дренирующей способности основания и однородном напряженно-деформированном состоянии прочность описывается введением так называемого динамического угла трения

где D U - накопленное за время расчетного воздействия избыточное поровое давление.

5.27 Нормативные значения параметров ползучести d _{с r р,п} и d _{I . cr р, n} определяются как средние арифметические частных значений этих характеристик, полученные для расчетов осадок по результатам компрессионных испытаний и для расчетов горизонтальных смещений - по результатам сдвиговых испытаний. При этом испытания должны проводиться с фиксацией деформаций во времени на каждой ступени нагрузки. Частные значения d _{с r р} и d _{I . cr р} следует определять исходя из зависимости

                                                                                    (4)

где Î _{t , i} - частные значения деформации компрессионного сжатия (при компрессионных испытаниях) или деформации сдвига (при сдвиговых испытаниях) в момент времени t;

Î _{o , i} - частные значения мгновенной деформации компрессионного сжатия (при компрессионных испытаниях) или деформации сдвига (при сдвиговых испытаниях). Расчетные значения d _{с r р,п} и d _{I . cr р, n} следует принимать равными нормативным.

5.28 Нормативное и равное ему расчетное значение коэффициента консолидации c_{v , n} = c_v определяется как среднее арифметическое из частных значений этой характеристики, полученных по результатам испытаний в одометрах (применительно к одномерной задаче) в соответствии с ГОСТ 12248. Допускается определение c_v методом трехосного сжатия по консолидированно-недренированной схеме (приложение Б).

Для оснований сооружения III-IV классов, а на ранних стадиях проектирования и для оснований сооружений I и II классов применительно к одномерной задаче допускается нормативное и равное ему расчетное значение коэффициента консолидации c_{v , n} = c_v определять по результатам фильтрационных испытаний с учетом показателей пористости и уплотнения грунта при условии, что эти показатели определены опытным путем.

5.29 За нормативное значение коэффициента фильтрации k _п следует принимать среднее арифметическое частных значений коэффициента фильтрации грунта, определяемых применительно к ламинарному движению воды по закону Дарси на основе результатов испытаний грунта на водопроницаемость в лабораторных или полевых условиях с учетом воспринимаемого грунтом геостатического давления и нагрузок, возникающих после возведения сооружения, а также с учетом структурных особенностей грунта. При резко выраженной фильтрационной анизотропии, когда водопроницаемость грунта изменяется в зависимости от направления более чем в 5 раз, следует определять коэффициенты фильтрации по главным осям анизотропии. Расчетные значения коэффициента фильтрации к следует принимать равными нормативным.

Примечание - Для сооружений III и IV классов расчетные значения коэффициентов фильтрации фунтов основания допускается определять по аналогам, а также расчетом, используя другие физико-механические характеристики грунтов.

5.30 Расчетные значения осредненного критического градиента напора I _{с r ,т} в основании сооружения с дренажем следует принимать по таблице 4.

Таблица 4

Грунт	Расчетный осредненный критический градиент напора I с r ,т
Песок:
мелкий	0,32
средней крупности	0,42
крупный	0,48
Супесь	0,6
Суглинок	0,8
Глина	1,35

Расчетные значения местного критического градиента напора I _{с r} следует определять, используя расчетные методы оценки суффозионной устойчивости грунтов либо путем испытаний грунтов на суффозионную устойчивость в лабораторных или натурных условиях.

Для несуффозионных песчаных грунтов I _{с r} допускается принимать при выходе потока в дренаж равным 1,0, а за дренажем - 0,3. Для пылевато-глинистых грунтов при наличии дренажа или жесткой пригрузки при выходе на поверхность грунта I _{с r} допускается принимать равным 1,5, а при деформируемой пригрузке - 2,0.

5.31 Нормативные значения коэффициентов упругой и гравитационной водоотдачи m _{I , n} и m _n следует определять по результатам натурных наблюдений за изменением напоров и уровней воды в измерительных скважинах, установленных в ИГЭ основания, при фиксации напора в заданной точке (например, в опытной скважине).

Расчетные значения коэффициентов m _I и m следует принимать равными нормативным.

Примечание - Значения m _I и m оснований сооружений II-IV классов допускается определять по результатам испытаний в лабораторных условиях.

5.32 Липкость (адгезионную прочность) грунта L определяют путем отрыва образца материала от грунтового массива. Расчетное значение липкости следует принимать равным нормативному.

5.33 Расчетное значение коэффициента трения на контакте негрунтового сооружения с грунтом основания, tg φ ' _s в случае отсутствия результатов прямых определений назначается не более 2/3 величины tg φ ' грунта верхнего слоя основания, контактирующего с поверхностью сооружения.