М.4.11. В чем заключаются штамповые испытания? Какие их основные достоинства?

Рис.М.4.11. Штамповые испытания грунта в котловане в полевых условиях

Штамповые испытания (рис.М.4.11) заключаются в том, что штамп - круглая плита - устанавливается на дно котлована на предварительно зачищенную и разровненную поверхность грунта, после чего загружается ступенями нагрузки. Последующая ступень нагрузки прикладывается после затухания осадки от предыдущей ступени. По линейному участку зависимости осадки s, см, от нагрузки p, МПа, устанавливается модуль деформации E ₀. Основным достоинством этого вида испытаний является то, что они ведутся непосредственно в грунтовом массиве. При испытаниях жесткими штампами требуется тщательная их установка на грунт с прилеганием по всей поверхности.

Штамповые испытания производятся также в скважинах. В этом случае штамп устанавливается в забое скважины. Применяются также винтовые штампы.

М.4.12. Что такое прессиометр, какова его схема?

Прессиометр представляет собой закрытый цилиндр с резиновой боковой поверхностью (рис.М.4.12), в который подается давление p и измеряется увеличение диаметра цилиндра D d (после стабилизации). По отношению D p/D d устанавливается по линейному участку диаграммы величина модуля деформации E ₀. В обычных случаях для вычисления E ₀ нужно знать коэффициент Пуассона грунта. Мы получаем при этом испытании модуль деформации в горизонтальном, а не в вертикальном направлении, в то время как в грунтах, являющихся природными образованиями, деформируемость в горизонтальном и вертикальном направлениях может быть разной (проявляется анизотропия).

Рис.М.4.12. Испытание грунта в скважине с помощью прессиометра

 

М.5. ФИЛЬТРАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ГРУНТОВ

М.5.1. Что такое напор? Какова его размерность?

Полный напор представляет собой расстояние, измеряемое в единицах длины (метр) от свободной поверхности воды в данной точке до некоторой произвольной горизонтальной плоскости, принятой за начальную. Полный напор включает в себя напор геометрический H _г, пьезометрический H _п и скоростной (скоростным напором мы обычно пренебрегаем, так как он крайне мал). Таким образом, мы получаем напор H:

где -	давление в пьезометре в точке M;
-	удельный вес воды (рис.М.5.1).

 

Рис.М.5.1. Определение напора в грунтовом потоке

 

М.5.2. Какое давление создает столб воды высотой 1 м? Какой высоты столб воды нужно взять, чтобы создать давление, равное 1 кПа и 1 МПа?

Столб воды высотой 1 м создает давление, равное 10 кПа. Чтобы создать давление 1 кПа, требуется столб воды высотой 10 см, для создания давления в 1 МПа требуется столб воды 100 м.

Рис.М.5.3. Определение напора и давления жидкости в сосуде

 

М.5.3. Одинаковы или различны напоры в сосуде на поверхности воды и на дне сосуда? Одинаковы или различны давления в воде в этих точках?

Если имеется сосуд с водой, то полные напоры в точках A и B будут одинаковы (рис.М.5.3). В точке A пьезометрический напор равен нулю и полный напор совпадает с геометрическим. Давления будут равными: в точке A - только атмосферному, в точке B - сумме атмосферного и веса столба жидкости над ней.

М.5.4. Что такое градиент напора? Какова его размерность?

Градиент напора i равен падению напора на единицу длины:

Градиент (уклон) - величина безразмерная (рис.М.5.4).

Рис.М.5.4. Определение градиента напора

М.5.5. Запишите закон Дарси. Какова размерность коэффициента фильтрации? От чего он зависит? Что такое начальный градиент фильтрации?

Закон Дарси записывается так

то есть скорость фильтрации пропорциональна градиенту напора i и коэффициенту фильтрации K _ф. Коэффициент фильтрации зависит от вида грунта, размера его пор (то есть от линейного размера пор, но не пористости), от температуры жидкости (меняется ее вязкость).

Начальный градиент фильтрации - величина градиента фильтрации в глинистых грунтах, при котором начинается практически ощутимая фильтрация (рис.М.5.5). Закон Дарси с учетом начального градиента фильтрации выражается следующим образом:

при ;

при .