Характеристики деформованості ґрунтів

 

В лабораторних умовах стисливість ґрунтів досліджується переважно при компресійному стискові зразків, які знаходяться в металевій обоймі з жорсткими стінками. Стиск ґрунту від зовнішнього навантаження відбувається без можливості бічного розширення (компресія).

В польових умовах ґрунти випробовують штампами (модель фундаменту стандартних розмірів). Ці випробовування можна розглядати як прикладення місцевого навантаження до ґрунтового масиву. В таких умовах ґрунт має можливість частково розширюватись у бічному напрямку.

В загальному випадку стисливість ґрунту залежить від його пористості, мінералогічного та гранулометричного складу, природи зв’язків між частинками ґрунту та характеру прикладеного навантаження.

Динамічні навантаження викликають ефективне ущільнення піщаних ґрунтів. Глинисті ґрунти ущільнюють статичними навантаженнями і протягом тривалого часу.

Величина деформації залежить від товщини шару, що стискується, деформативності компонентів ґрунту (порової води, защемленого повітря, скелету ґрунту). Швидкість деформації визначається водопроникливістю ґрунту, величинами і швидкістю прикладення ступенів навантаження.

Стиск ґрунту без можливості бічного розширення називається компресійним і виконується в приладах, які також мають назву компресійних або одометрів.

Схема компресійного приладу відображена на рис.1.1. Зразок ґрунту знаходиться в металевому кільці. При підготовці приладу до роботи кільце з ґрунтом встановлюють циліндричною виточкою на дно приладу, де розміщений перфорований диск. Зразок ґрунту перед випробуванням накривають знизу і зверху зволоженим фільтрувальним папером. Навантаження на ґрунт передається через штамп поршня. Штамп та диск під зразком мають отвори, через які відтискується вода у процесі зростання зовнішнього навантаження. Деформації зразку ґрунту вимірюють індикатором годинникового типу, ніжка якого спирається на верхню поверхню штампу.

 

Рисунок 1.1 - Схема одометра: 1- індикатор; 2- штамп; 3- фільтрувальний папір; 4- кільце; 5- дренажний диск; 6- дно приладу; 7- зразок ґрунту

 

У процесі випробувань ґрунту на компресію реєструють навантаження на нього та осідання. Навантаження прикладають ступенями, причому наступний ступінь можна прикладати після стабілізації осідання ґрунту від попереднього ступеню. При випробуванні ґрунтів в лабораторних умовах вважають, що стабілізація осідання наступила, якщо приріст осідання не перевищує 0,01мм за останні 16 годин спостережень для глинистих ґрунтів і за 4 години для пісків [8]. В лабораторних випробуваннях, які виконуються в учбових умовах, час дії одного ступеня приймають рівним 1-2 хвилинам.

Результати компресійних випробувань використовують для побудови графіку залежності “коефіцієнт пористості - напруга”. Для цього визначають коефіцієнт пористості ґрунту природного залягання та значення коефіцієнту пористості, що відповідає прикладеному ступеню навантаження.

Коефіцієнт пористості ґрунту природного залягання визначають за формулою:

(1.1)

де: - питома вага частинок ґрунту;

- питома вага ґрунту;

w - вагова вологість ґрунту природної структури.

Ці характеристики визначаються попередньо, до початку компресійних випробувань.

Коефіцієнт пористості, що відповідає деякому ступеню навантаження, знаходять за формулою

, (1.2)

де: s – вертикальне переміщення ґрунту, виміряне індикатором;

h – висота кільця, в якому знаходиться зразок ґрунту.

 

 

В залежності від величини коефіцієнта стисливості ґрунти класифікують таким чином:

- слабостисливі – ;

- середньої стисливості – < ;

- сильностисливі – >1 .

Коефіцієнт стисливості , якщо ґрунти мають невелику стисливість в заданому діапазоні тиску, визначають із графіку залежності , який будується з використанням рівномірної шкали для обох величин . Це дозволяє для ґрунтів слабостисливих тасередньої стисливості замінити криву прямо лінійною ділянкою (рис. 1.2, а), яка характеризується деяким кутом нахилу до осі σ.

Тангенс кута , називається коефіцієнтом стисливості і визначається за формулою:

; (1.3)

де: , - коефіцієнти пористості, що відповідають значенням вертикальної нормальної напруги та .

Сильностисливі ґрунти характеризуються значними деформаціями при зростанні навантажень. Компресійна крива має значну кривизну, тому застосування коефіцієнта стисливості в даному випадку буде давати великі похибки при розрахунках осідання. В зв’язку з цим для сильностисливих ґрунтів використовують напівлогарифмічну систему координат (рис. 1.2, б). Характеристикою деформованості в даному випадку є величина, яку називають коефіцієнтом компресії. Її визначають, використовуючи результати компресійних випробувань, за формулою

 

 

 

Рисунок 1.2 - Компресійна крива: а) для слабостисливих і ґрунтів середньої стисливості; б) для сильностисливих ґрунтів

 

 

; (1.4)

При розрахунках деформацій основ використовують коефіцієнт відносної стисливості та компресійний модуль деформації Е_к, які обчислюють з допомогою таких співвідношень

; ; (1.5)

де - коефіцієнт, який враховує умови випробування ґрунту в компресійному приладі,

, (1.6)

де - коефіцієнт Пуассона.

В учбовому процесі коефіцієнт , в залежності від типу ґрунтів, може бути прийнятим для пісків рівним 0,8; супісків 0,7; суглинків - 0,5; глин - 0,4.

В практиці проектування розрахунки осідання основ фундаментів в більшості випадків виконують з використанням модуля деформації Е, який визначається за результатами випробування ґрунтів статичними навантаженнями, що передаються на штамп (умовний фундамент площею 5000 або 10000 см²) в польових умовах (на будівельному майданчику). Дослідами встановлено, що компресійний модуль для певного ґрунту менший за модуль деформації Е, визначений для цього ж ґрунту в польових умовах. Різниця цих показників в основному пояснюється тим, що при відборі ґрунту в кільце не вдається досягнути ідеально щільного прилягання ґрунту до стінок кільця. Таким чином мають місце щілини між ґрунтом і кільцем. Це приводить до збільшення деформованості ґрунту в компресійному приладі порівняно з тим, що стискається під підошвою штампу.

В зв’язку з цим, на основі порівняльних дослідів для деяких ґрунтів в залежності від їх щільності, пропонується користуватися перехідним коефіцієнтом m_k (таблиця 1.1), що дозволяє знаходити штамповий модуль деформації, якщо проведені випробування ґрунту на компресію і тим самим оцінити деформованість ґрунтів з більшою надійністю.

 

Таблиця 1.1 - Перехідний коефіцієнт m_k для переходу від компресійного модуля деформації до штампового

Вид ґрунту	- початковий коефіцієнт пористості
0,45	0,55	0,65	0,75	0,85	0,95	1,05
Супіски			3,5			-	-
Суглинки			4,5			2,5
Глини	-	-			5,5		4,5

 

Примітка. Для проміжних значенье допускається визначати коефіцієнт m_k за інтерполяцією.

 

Лабораторна робота №1