Классификация мерзлых нескальных грунтов по степени цементации их льдом

Рекомендуется выделять следующие категории мерзлых грунтов:

твердомерзлые грунты - прочно сцементированные льдом, характеризующиеся относительно хрупким разрушением и температурой, указанной в таблице А.6;

пластичномерзлые грунты - сцементированные льдом, обладающие вязкими свойствами и температурой, указанной в таблице А.6;

сыпучемерзлые грунты - крупнообломочные и песчаные, не сцементированные льдом вследствие малой их влажности.

Таблица А.6

Вид грунтов		Разновидность грунта
		твердомерзлый при t <t^T, °С	пластин померзлый при t, °С	сыпучемерзлый при t < 0, °C
Скальные и полускальные		t^T = 0	-	-
Крупнообломочные		t^T = 0	-	-
Пески гравелистые, крупные и средней крупности		t^T = -0,1	t^T < t < t^H ^З	Sr £ 0,15
Пески мелкие и пылеватые		t^T < -0,3	t^T < t < t^H ^З при Sr > 0,8
Глинистые	Супесь Суглинок Глина	t^T £ -0,6
		t^T £ -1,0	t^T < t < t^H ^З	-
		t^T £ -1,5
Заторфованный		t 1 ^T = -0,7(Jr +½ t^T ½)	t^T < t < t^H ^З	-
Торф		-	t < 0	-
Примечание - t^T - температура границы твердомерзлого состояния минеральных грунтов: t1 ^T - то же, для заторфованных грунтов: t^H^З - температура начала замерзания; Jr - относительное содержание органическою вещества; Sr - коэффициент водонасыщения.

Приложение Б
(рекомендуемое)

Определение параметров внутреннего трения (tg φ ', с '), коэффициента фильтрационной консолидации c_v и коэффициента начального порового давления К_и методом трехосного сжатия, давления предуплотнения р'_с методом компрессионного сжатия и коэффициента переуплотнения OCR

В данном приложении даны уточнения ряда положений ГОСТ 12248 и ГОСТ 20522, направленные на повышение точности и достоверности определения параметров трения грунтов в эффективных напряжениях, а также на установление рекомендуемых методов определения параметров, указанных в названии приложения.

Определение параметров внутреннего трения (tg φ ', с'), коэффициента консолидации c_v и коэффициента начального порового давления К_и методом трехосного сжатия

Б.1 Подготовка образца грунта к испытанию

Б.1.1 Для приведения образца грунта в состояние, соответствующее условиям его природного залегания по величине эффективных напряжений в скелете грунта и величине порового давления, выполняется комплекс мероприятий, именуемый этапом реконсолидации.

Б.1.2 Этапу реконсолидации образца грунта должен предшествовать расчет напряжений, действовавших на образец в условиях естественного залегания: полного вертикального напряжения s_1,0 и полного горизонтального s_3,0. Здесь и далее индекс «0» означает, что значение параметра относится к условиям естественного залегания.

Максимальные значения полных напряжений следует назначать с учетом возможностей оборудования: допустимого давления в камере прибора и максимального усилия пресса, создающего осевое напряжение. При определении показателей механических свойств грунтов напряженное состояние оценивается в эффективных напряжениях s ' _1,3, определяемых по формуле

s ' _1,3 = (s_1,3 - и),                                                                                                                (Б.1)

где и - поровое давление, s_1,3 - полные напряжения.

Природное поровое давление в исследуемом слое грунтового массива (основания) рассчитывается по формуле

и ₀ = r_wgz_w,                                                                                                                       (Б.2)

где и ₀ - поровое давление в массиве на отметке отбора монолита, кПа;

r_w - плотность поровой воды, т/м³;

g - ускорение силы тяжести, м/с²;

z_w - глубина залегания образца грунта от положения уровня грунтовых вод, м.

Природное эффективное вертикальное напряжение рассчитывается по формуле

s ' _1,0 = r g (z - z_w) + (r - r_w) gz_w,                                                                                        (Б.3)

где r - плотность грунта, т/м³;

s ' _1,0 - эффективное вертикальное напряжение, кПа;

z - глубина залегания образца грунта от поверхности грунта, м.

При отборе образцов из грунтового массива, расположенного на дне речной или морской акватории, к поровому давлению необходимо добавлять давление воды (давление столба воды) на уровне поверхности грунта, а грунтовый массив считать полностью водонасыщенным (z_w = z).

При испытаниях образцов грунта с больших глубин допускается ограничивать расчетное поровое давление и ₀ значением 300 кПа, при котором, как правило, обеспечивается практически полное растворение газообразной составляющей.

Эффективное горизонтальное напряжение в условиях естественного залегания s ' _3,0 определяется формулой

s ' _3,0 = k ₀s ' _1,0,                                                                                                                    (Б.4)

где k ₀ - коэффициент бокового давления (принимается по таблице Б.1).

Таблица Б.1

Грунт	Значение k 0
Песок	0,35-0,55
Супесь	0,40-0,55
Суглинок	0,50-0,60
Глина:
при IL £ 0,25,	0,33-0,60
при 0,25 IL £ 1,0	0,60-0,82
Примечания 1 Вычисление порового давления и 0, эффективных вертикального s ' 1,0 и горизонтального s ' 3,0 напряжений в массиве может производиться с учетом наличия в основании относительного водоупора (слоев глинистых грунтов с низкими значениями коэффициента фильтрации). В этом случае эффективные вертикальные напряжения по кровле водопроницаемого слоя, лежащего ниже водоупора, равны полным напряжениям на подошве перекрывающего его водоупорного слоя. 2 Для илов и текучепластичных глинистых грунтов можно принять k 0 = 1,0. 3 В существенно переуплотненных грунтах (при OCR > 4) следует принимать k 0 ³ 1,0.

Б.2 Этап реконсолидации образца выполняется следующим образом.

Б.2.1 При проведении испытаний в системе противодавления следует использовать деаэрированную воду. При установке образца в камеру прибора следует исключить защемление воздуха в контактах поверхности образца с эластичной оболочкой и с верхним и нижним штампами. Для этого до установки образца следует систему трубок, подводящих воду к штампам, и отверстия в штампах заполнить деаэрированной водой до появления ее на поверхности штампов и вытеснения пузырьков воздуха. Для исключения защемления воздуха между образцом и эластичной оболочкой рекомендуется:

а) при испытаниях неразмокающих и ненабухающих грунтов поместить образец в контейнер с деаэрированной водой на 1-2 мин;

б) при испытаниях образцов слабых или набухающих грунтов обязательно поместить в контейнер с деаэрированной водой резиновую оболочку непосредственно перед ее установкой на образец;

в) при испытаниях грунтов в приборах со встроенной эластичной оболочкой обеспечить заполнение зазора между грунтом и оболочкой деаэрированной водой.

Б.2.2 По завершении установки образца, установки и заполнения камеры прибора, установки и подключения измерительных систем, дренаж из образца перекрывается и производится повышение среднего давления в камере прибора s до значения s ' _3,0, рассчитанного согласно Б.1.2, по формуле (Б.4).

Повышение давления в камере прибора а производится ступенями Ds₁ = Ds₃.

Величина ступеней, как правило, не должна превосходить 20-50 кПа (для грунтов твердой консистенции при обосновании величина ступеней может быть увеличена до 100-200 кПа). Выдержка на каждой ступени нагружения составляет не менее 15 мин. Одновременно производится измерение порового давления в образце и. На каждой ступени нагружения определяется значение параметра В = D и /Ds, где D и - приращение давления в поровой воде при увеличении среднего давления на ступень Ds.

Б.2.3 По достижении полными напряжениями s₁ = s₃ значений s ' _3,0 в зависимости от величины возникающего порового давления должны производиться действия, указанные в Б.2.3 - Б.2.6.

Если после достижения полными напряжениями s₁ = s₃ значений s ' _3,0 поровое давление практически отсутствует и £ 0 (значение параметра В на последней ступени < 0,3), то определяется отношение коэффициента водонасыщения грунта S_r к расчетному значению S_{r , p}. Если отношение S_r / S_{r , p} ³ 0,95, то этап реконсолидации считается завершенным.

Если S_r / S_{r , p} < 0,95, реконсолидация продолжается по методу противодавления. Система противодавления открывается и производится одновременное увеличение полных напряжений s₁ = s₃ и порового давления в образце (принудительно) на величину ступени Ds = D и. Производится измерение давления поровой жидкости на противоположном торце образца и'. Величины s и и поддерживаются постоянными до тех пор, пока разность и' - и не уменьшается до 5 % от D и. Если измерение порового давления на противоположном торце образца невозможно, то выдержка во времени определяется стабилизацией уровня жидкости в системе противодавления (или отсутствием потока жидкости в образец грунта). Процедура ступенчатого повышения полного давления в камере прибора и порового давления продолжается до достижения поровым давлением величины и ₀ в условиях естественного залегания. Величина ступеней D и = Ds в этой процедуре не должна превышать 50 кПа. На этом этап реконсолидации считается законченным.

Б.2.4 Если после достижения полными напряжениями s₁ = s₃ значений s ' _3,0 в образце грунта возникло поровое давление 0 < и < и ₀ и значение параметра В на последней ступени нагружения превышает значение 0,3, то продолжается ступенчатое повышение среднего полного напряжения s (s₁ = s₃) в условиях закрытой системы с обязательным измерением порового давления и. Повышение полных напряжений s₁ = s₃ производится до тех пор, пока либо: а) эффективные напряжения в образце s ' ₁ = s ' ₃ = (s₃ - и) не станут равными эффективному горизонтальному напряжению в основании s ' _3,0 и при этом поровое давление в образце и не превзойдет расчетного значения и ₀; б) поровое давление и достигнет расчетного значения и ₀ (при этом эффективные напряжения s ' ₁ = s ' ₃ не превзойдут расчетного значения s ' _3,0). Величина ступеней Ds₁ = Ds₃ не должна превосходить 50 кПа (для грунтов твердой консистенции величина ступеней нагружения может быть увеличена до 100-200 кПа), выдержка на каждой ступени приращения напряжений составляет не менее 15 мин.

Б.2.5 В случае, если при операциях по Б.2.4 оказалось s ' ₁ = s ' ₃ = s ' _3,0, и < и ₀, то в системе противодавления создается давление и ₀ и дренаж открывается, дальнейшая реконсолидация выполняется по методу противодавления, как описано в Б.2.3 до завершения этапа реконсолидации (s ' ₁ = s ' ₃ = s ' _3,0; и = и ₀; s₁ = s₃ = s ' _3,0 + и ₀).

В случае если при операциях по Б.2.4 оказалось и = и ₀, s₁ ^' = s₃ ^' < s_3,0 ^', то в системе противодавления создается давление и ₀ и дренаж открывается. Производится ступенчатое увеличение полных напряжений до значений s₁ = s₃ = s ' _3,0 + и ₀. Величина ступеней Ds₁ = Ds₃ не должна превосходить 50 кПа. Выдержка во времени на каждой ступени определяется по стабилизации деформаций в образце (может контролироваться по стабилизации уровня (потока) жидкости в системе противодавления).

Б.2.6 При проведении испытаний охлажденных грунтов процесс реконсолидации по эффективным напряжениям и поровому давлению должен сопровождаться термостатированием при заданном значении температуры.