Кафедра кадастра и геоинженерии

 

Министерство образования и науки Российской Федерации

Кубанский государственный

технологический университет

 

Кафедра кадастра и геоинженерии

Механика грунтов

Методические указания и задания для освоения

“Метода определения характеристик сжимаемости глинистых грунтов

в компрессионном приборе”

для специальностей 270102, 270104, 270105, 270106, 270115, 270205

 

 

Краснодар

Общие положения

В процессе эксплуатации зданий и сооружений на грунты, служащие их основанием, действует вертикальная нагрузка, под действием которой грунты сжимаются, а вместе с этим происходит осадка зданий и сооружений. От величины осадки зданий и сооружений зависит сохранность их монолитности и соответственно срок службы. Поэтому знание характеристик сжимаемости грунтов, на которых возводятся здания и сооружения, имеет большое практическое значение.

 

С ж и м а е м о с т ь ю (уплотнением) грунтов называется уменьшение объема грунта под действием вертикального (сжимающего) давления.

     Уменьшение объема глинистых грунтов под действием сжимающего давления происходит за счет уменьшения пор и соответственно переупаковки (сближения) взаимного расположения частиц твердой фазы, имеющих слабые связи между собой.

 

З а к о н у п л о т н е н и я г р у н т о в – при небольших изменениях уплотняющих давлений изменение коэффициента пористости грунтов прямо пропорционально изменению давления.

 

Определение характеристик сжимаемости грунтов производят как непосредственно в горном массиве – п о л е в ы е (натурные) и с п ы т а н и я (ГОСТ 20276-99), так и на отдельных образцах грунтов с ненарушенной (природной) структурой, взятых из горного массива – л а б о р а т о р н ы е и с п ы т а н и я (ГОСТ 12248-96).

 

М е т о д и к а  о п р е д е л е н и я  характеристик сжимаемости грунтов при полевых и лабораторных испытаниях одинакова и заключается в приложении на грунт вертикального (сжимающего) давления, измерении вертикальной деформации грунта, вызванной этим давлением, и расчете характеристик сжимаемости грунтов.

Приложение вертикального давления на испытываемый грунт осуществляют отдельными ступенями, выдерживаемыми до стабилизации вертикальной деформации грунта (до консолидации грунта), или с постоянной скоростью увеличения, обеспечивающей консолидацию грунта в процессе его нагружения.

Конечное значение вертикального давления, прикладываемого на испытываемый грунт, определяют из задания проектировщиков или принимают в пределах полуторной величины проектных вертикальных давлений на грунты (для глинистых грунтов, мелких и пылеватых песков).

 

В е р т и к а л ь н ы м (нормальным) д а в л е н и е м на образец грунта называется отношение сжимающей нагрузки, приложенной на образец грунта, к площади его поперечного сечения.

 

К о н с о л и д а ц и е й грунта называется процесс его уплотнения при постоянном вертикальном давлении до стабилизации вертикальной деформации.

 

Грунт, уплотненный под действием постоянного вертикального давления до стабилизации деформации, называется к о н с о л и д и р о в а н н ы м.

 

С т е п е н ь ю к о н с о л и д а ц и и грунта называется отношение абсолютной вертикальной деформации грунта в расчетный момент времени действия постоянного вертикального давления к конечной стабилизированной деформации при этом давлении.

 

У с л о в н о й с т а б и л и з а ц и е й в е р т и к а л ь н о й д е ф о р м а ц и и грунта называется вертикальная деформация со скоростью равной нулю или меньше допускаемой при постоянном вертикальном давлении.

За критерий условной стабилизации вертикальной деформации образца грунта принимают скорость деформации, не превышающую 0,01 мм за последние 4 ч наблюдений для песков, 16 ч – для глинистых и 24 ч – для органоминеральных и органических грунтов.

 

Испытания грунтов на консолидацию позволяют устанавливать скорость их уплотнения при постоянном вертикальном давлении и прогнозировать величину осадки зданий и сооружений в процессе эксплуатации, которая может достигать сотен сантиметров и протекать десятки и сотни лет.

 

Лабораторное определение характеристик сжимаемости грунтов производят главным образом с помощью компрессионных приборов – к о м п  р е с с и о н н ы е и с- п ы т а н и я (испытания без возможности бокового расширения образца), так как это наиболее доступные, дешевые и распространенные испытания грунтов (рисунки 1-2).

 

 

1 – верхний подвижный штамп; 2 – рабочее кольцо; 3 – образец грунта; 4 – нижний неподвижный штамп; 5 – стол прибора

 

Рисунок 2 – Схема сжатия образца грунта

в рабочей камере (одометре)

компрессионного прибора

Рисунок 1 – Схема компрессионного

прибора и приложения

вертикального (сжимающего)

давления на образец грунта

 

Х а р а к т е р и с т и к а м и с ж и м а е м о с т и грунтов при компрессионных испытания являются:

– коэффициент сжимаемости m₀;

– модуль деформации Е₀;

– структурная прочность Р_str.

 

К о э ф ф и ц и е н т о м с ж и м а е м о с т и грунта называется отношение его относительной вертикальной деформации (изменения коэффициента пористости грунта) к вертикальному давлению, вызвавшему эту деформацию.

 

М о д у л е м д е ф о р м а ц и и грунта называется отношение приращения вертикального давления к приращению относительной вертикальной деформации грунта, вызванной этим давлением.

 

С т р у к т у р н о й п р о ч н о с т ь ю с ж а т и я грунта называется максимальная величина вертикального давления, при котором грунт начинает сжиматься.

 

Для определения структурной прочности сжатия грунтов приложение начального вертикального давления на образец грунта до давления, при котором он начнет сжиматься, производят с небольшой постоянно возрастающей скоростью или более маленькими ступенями.

Для обеспечения сходимости значений модулей деформации грунта, полученных при компрессионных и полевых испытаниях, модуль деформации при компрессионных испытаниях рассчитывается с коэффициентом, учитывающим отсутствие поперечного расширения грунта.

 

К о э ф ф и ц и е н т о м п о п е р е ч н о г о р а с ш и р е н и я грунта называется показатель деформируемости, характеризующий отношение поперечных и продольных деформаций грунта.

 

О т н о с и т е л ь н о й в е р т и к а л ь н о й д е ф о р м а ц и е й образца грунта называется отношение абсолютной вертикальной деформации к начальной высоте образца.

1 Цель работы

1.1 Установить зависимость степени консолидации грунта от времени действия постоянного вертикального давления 0,1 МПа.

1.2 Установить зависимость коэффициента пористости от вертикального давления при нагружении и разгрузке образца грунта.

1.3 Определить коэффициент сжимаемости грунта при различном вертикальном давлении.

1.4  Определить модуль деформации грунта при различном вертикальном давлении.

1.5 Построить график изменения коэффициента сжимаемости и модуля деформации грунта в различных интервалах вертикального давления.

1.6 Определить коэффициенты консолидации и фильтрации грунта при вертикальном давлении 0,1 МПа.

 

     2 Оборудование

Компрессионный прибор (далее КП), имеющий рабочее кольцо одометра высотой 25 мм и площадью поперечного сечения проходного отверстия 60 см² (рисунки 1-2).