Навігація
Головна
 
Головна arrow Географія arrow Грунтознавство
< Попередня   ЗМІСТ   Наступна >

ВИЗНАЧЕННЯ ПОКАЗНИКІВ МІЦНОСТІ І ДЕФОРМОВАНОСТІ ГРУНТІВ МЕТОДОМ ТРИВІСНОГО СТИСКУ

Визначення показників міцності і деформованості дисперсних грунтів

Згідно з вимогами нормативних документів [109, 111], основним методом визначення характеристик міцності і деформованості грунтів підстав споруд, як в закордонній, так і у вітчизняній практиці, є метод тривісного стиску. При трехосном стисненні міцність грунту залежить від співвідношення головних нормальних напружень σ, σ2 і σ 3. Випробування на тривісне стиснення проводять за схемою співвідношення головних напружень: > ( σ 2 < σ з> 0 (справжнє тривісне стиснення), або частіше за схемою σ |> < σ 2 = σ з> 0, де <7] - максимальне головне напруга; <т 2= <Тз - мінімальні, вони ж проміжні головні напруження. Цей метод має ряд переваг перед випробуванням грунтів на зсув і компресію, так як дозволяє отримувати більшу кількість параметрів; в ході експерименту можна контролювати умови дренування і вимірювати поровое тиск; розподіл напружень в зразку залишається більш-менш постійним і більш однорідним, ніж при прямому зрізі.

Випробування пісків, глинистих, органо-мінеральних і органічних грунтів методом тривісного стиску проводиться для визначення наступних характеристик:

  • • кута внутрішнього тертя град .;
  • • питомої зчеплення с, МПа;
  • • опору недренованому зсуву з і , МПа;
  • • модуля деформації Е, МПа;
  • • модуля зсуву G, МПа;
  • • модуля об'ємної деформації К , МПа;
  • • коефіцієнта поперечної деформації v для дисперсних грунтів.

Ці характеристики визначають за результатами випробувань зразків грунту в камерах тривісного стиску, які дають можливість бічного розширення зразка грунту в умовах тривісного осесимметричного статичного навантаження. До складу установки повинні входити: камера тривісного стиску; пристрій для створення, підтримки та вимірювання тиску в камері; механізм для вертикального навантажування зразка; пристрою для вимірювання вертикальних і об'ємних деформацій зразка; пристрою для вимірювання порового тиску, засновані на компенсаційному принципі, і датчики тиску високої жорсткості; система противодавления. Конструкція камери тривісного стиску повинна забезпечувати: бічне розширення зразка; віджимання води із зразка; герметичність основних деталей; мінімально можливе тертя штока у втулці камери; вимір об'єму рідини, закачиваемой в камеру. Вимірювальні пристрої повинні забезпечувати похибку при вимірюванні вертикального навантаження на зразок не більше 2% від навантаження при руйнуванні зразка; при вимірюванні напруги від ваги штампу - 1 кПа; при вимірюванні тиску в камері - 2% від заданого; при вимірюванні вертикальної деформації зразка - 0,01 мм; при вимірюванні об'ємних деформацій зразка - 0,05% від початкового об'єму зразка.

На рис. 8.63, б представлений прилад тривісного стиску виробництва ТОВ "Нін" Геотек "", який випускається з камерами двох типів - А і Б. Камера типу А використовується при визначенні міцності і деформаційних характеристик піщаних і глинистих ґрунтів в умовах попереднього изотропного обтиску (консолідації), т. е. коли о = ог = а у. Камеру типу Б рекомендується використовувати при визначенні міцності і деформаційних характеристик грунтів в умовах попередньої ізотропної або анизотропной консолідації, т. Е. Коли σ ≠ σ 2 = σ 3 [140].

image506

Мал. 8.63. Прилади тривісного стиску: а - схема камери тривісного стиску: б-установка тривісного стиску конструкції ТОВ "НВП" Геотек "" [140]

Випробування по визначенню міцності проводять до руйнування зразка додатком вертикального навантаження при заданому всебічному тиску (тиск в камері) на зразок грунту про у. Випробування проводять за такими схемами (рис. 8.64):

  • неконсолідовано-недреноване (НН) випробування для визначення опору недренованому зсуву з і водонасичених в природних умовах глинистих, органо-мінеральних і органічних грунтів природної щільності;
  • консолідовано-недреноване (КН) випробування з вимірюванням порового тиску для визначення характеристик міцності і з і консолідації з для водонасичених в природних умовах дисперсних грунтів;
  • консолідовано-дреноване (КД) випробування для визначення характеристик міцності і з і коефіцієнта консолідації с, водонасичених в природних умовах дисперсних грунтів і характеристик деформованості Е і v для будь-яких дисперсних грунтів.

Схеми дослідів на трехостное стиснення [136]

Мал. 8.64. Схеми дослідів на трехостное стиснення [136]

Неконсолідовано-недреноване випробування проводиться з метою визначення несучої здатності підстав швидкомонтованих насипних споруд з незавершеною ступенем консолідації, коли глинисті грунти підстави мають ступінь водонасичення S r > 0,85 [5].

Досвід проходить без можливості віджимання води із зразка грунту, для чого між навантажувальними штампами і торцем зразка грунту укладаються тонкі поліетиленові диски. Після створення бічного тиску в робочій камері приладу відразу ж прикладається додаткова осьова навантаження, швидкість програми якої не перевищує 2-3 хвилини. Норовить тиск в ході досвіду не вимірюється. Параметри міцності з і визначаються при повних напружених при побудові кіл Мора за результатами 3 випробувань. Гранична пряма не має кута нахилу (р = 0) до осі нормальних напружень, тому міцність грунту визначається тільки силами зчеплення, параметр недренованому міцності визначається з виразу з і = Д <т / 2 і не залежить від величини всебічного обтиску <тз, що видно з результатів дослідів (рис. 8.65, а).

Консолідовано-недреноване випробування проводиться для визначення характеристик міцності грунтів в нестабілізованому стані.

Випробування проводяться в два етапи. На першому етапі зразок грунту ущільнюється всебічним бічним тиском за умови повного дренування парової води з зразка грунту до розсіювання порового тиску. На цій стадії ефективні напруги рівні бічного тиску. Після розсіювання порового тиску переходять до вертикального нагружению зразка грунту: кран дренування закривається і осьова навантаження прикладається ступенями аж до руйнування зразка. Стадія консолідація зазвичай займає 24 години, а стадія зсуву від 2-10 хвилин до 2 годин. Протягом всього періоду вертикального навантаження в зразку грунту виникає надлишкове поровое тиск. Кола Мора для ефективних напружень (С і Д, рис. 8.65) зміщені на величину порового тиску (м) від кіл, побудованих для повних напружень (А і В, рис. 8.65). Дотичні до кіл Мора дозволяють знайти параметри міцності в ефективних і повних напружених, при цьому сили зчеплення дорівнюють нулю. У тому випадку, якщо навантаження від споруди прикладається тривалий час і щільність (пористість) ґрунту основи змінюється в часі, то міцність глинистих ґрунтів слід оцінювати з використанням ефективних напружень.

Консолідовано-дреноване випробування проводять для визначення характеристик міцності і деформованості будь-яких дисперсних грунтів в стабілізованому стані. Консолідовано-дренованих випробування глинистих ґрунтів проводяться в тому випадку, якщо грунти мають здатність дренування і швидкого розсіювання надлишкового порового та & іенія. Як правило, подібний стан спостерігається в підставі більшості зводяться цивільних і промислових будівель або споруд. У деяких випадках при проектуванні природних схилів і насипів на переущільнених глинистих ґрунтах також рекомендується проводити консолідовано-дренованих випробування.

Випробування проводяться в два етапи. На першому етапі водонасичені зразки грунту піддаються всебічному стиску бічним тиском <Т2 = <тз в робочій камері приладу тривісного стиску. Що виникає поровое тиск розсіюється, так як випробування проводяться по відкритій схемі з можливістю дренування. Після стабілізації деформацій при консолідації (зазвичай не менше 24 годин) повільно невеликими ступенями прикладається девіаторное напруга (<ті - <тз) з витримкою до стабілізації деформації в часі, щоб за цей період зникло поровое тиск. Дані випробування відносять до категорії "повільних" тривісних випробувань. Щонайменше необхідно провести не менше гріх випробувань при різному бічному тиску, щоб побудувати пряму. Досвід триває від 2-х днів до 2-х тижнів в -залежності від грунту. У консолідовано-дренованих випробуваннях повне напруга дорівнює ефективному, так як поровое тиск дорівнює нулю (рис. 8.65, в). Параметри міцності з і в цих випробуваннях визначаються в ефективних напружених [5]. Далі будуть наведені детальніші описи ходу робіт за кожною схемою згідно [17].

Діаграми кіл Мора для різних схем випробувань в приладах тривісного стиску

Мал. 8.65. Діаграми кіл Мора для різних схем випробувань в приладах тривісного стиску

Випробування в умовах тривісного стиску проводять в приладах тривісного стиску (стабілометра). Випробування вертикальним навантаженням проводять при заданому всебічному тиску на зразок грунту або заданому середньому нормальному напруженні. Вимірювання вертикальної деформації зразка грунту проводяться з точністю не менше 0,01 мм, а вимір об'ємних деформацій зразка грунту - з похибкою не більше 0,03% від початкового об'єму зразка.

Випробування для визначення приватних значень (р і з проводять не менше ніж пекло я трьох ідентичних зразків досліджуваного грунту при різних значеннях всебічного тиску в камері на зразок.

Випробування для визначення характеристик деформованості проводять додатком вертикального навантаження при заданому всебічному тиску на зразок.

Для випробувань використовують зразки грунту ненарушенного складу з природною вологістю або зразки порушеного складу з заданими значеннями густини і вологості. Зразки повинні мати форму циліндра діаметром не менше 35 мм і відношенням висоти до діаметра від 1,85 до 2,25. Діаметр зразка вибирається таким чином, щоб максимальний розмір включень не перевищував 1/6 його діаметра. Зразок грунту вирізають з моноліту за допомогою металевого циліндра з загостреним нижнім кінцем. Для зменшення тертя в процесі вирізання зразка за допомогою циліндричної форми се внутрішній діаметр повинен бути на 0,5 ... 1,0 мм більше внутрішнього діаметра різальної крайки. За допомогою поршня зразок виймають з циліндра, вимірюють його висоту і діаметр і зважують. Для прискорення процесу консолідації зразка глинистого грунту при КН- і КД-випробуваннях рекомендується наклейка на зразок вертикальних смуг вологою фільтрувального паперу, що покриває не більше 50% окружне ги зразка.

Систему противодавления камери приладу тривісного стиску, що підводить воду до штампів, і отвори в штампах заповнюють дистильованою дезаерірованной водою шляхом підняття тиску в системі противодавления з повним витісненням бульбашок повітря. Надлишок води прибирають фільтрувальної папером.

Торці зразка покривають вологими паперовими фільтрами і поміщають його на основу камери, забезпеченою насиченим водою пористим диском. На зразок надягають гумову оболонку. Зверху встановлюють верхню штамп, закріплюють оболонку на бічних поверхнях штампів гумовими або металевими ущільнювачами.

Зразок зв'язного грунту порушеного складу з заданими значеннями густини і вологості виготовляють в рознімної формі.

Зразок незв'язного грунту (пісок) порушеного складу формується безпосередньо в камері приладу тривісного стиску, для цього на внутрішню поверхню рознімної форми попередньо поміщають гумову оболонку, кінці якої загинають на краї форми. Роз'ємну форму встановлюють на основу камери, фіксуючи нижній край оболонки.

Формування зразка піску ведуть методом сухої пошаровим відсипання або методом пошарового осадження піску з його суспензії у воді. Зверху на сформований зразок укладається паперовий фільтр і встановлюється верхня штамп, на якому закріплюють верхній край гумової оболонки. Перед зняттям форми в зразку створюють невелике негативне поровое тиск (не більше 0,01 МПа).

Перед водонасиченню зразка сухого піску рекомендується продути його вуглекислим газом (СО :) під тиском не більше 10 кПа протягом 30 хв, який згодом розчиниться у воді без защемлення бульбашок газу.

Після поміщення зразка на основу камери корпус камери з піднятим у верхнє положення і зафіксованим штоком встановлюють на основу і перевіряють стан штока по відношенню до центру зразка; корпус камери закріплюють на основі; заповнюють камеру робочою рідиною (дезаерірованной водою) з повним видаленням бульбашок повітря; встановлюють пристрій для вимірювання вертикальної деформації зразка; приєднують пристрої для вимірювання об'ємної деформацій зразка грунту і (або) порового тиску (в залежності від схеми випробувань); записують початкові показання всіх вимірювальних пристроїв.

Результати випробувань оформляють у вигляді графіків залежності деформації зразка від навантаження і від зміни деформацій у часі.

Проведення неконсолідовано-недренірованного (НН) випробування [17]. Перед випробуванням зразків водонасичених в природних умовах глинистих, органо мінеральних і органічних грунтів необхідно провести їх попереднє обтиснення (реконсолідації) за методом відновлення фазового складу (ВФС). Метод призначений для відновлення природної щільності та двофазного стану (при збереженні природної вологості) зразків, розущільнених в результаті паро-газовиділення в процесі пробоотбора. Попереднє водонасичення необхідно для контролю порового тиску і ефективних напружень в зразку в процесі випробування.

Метод відновлення фазового складу (ВФС) використовується при проведенні тривісних випробувань водонасичених в умовах природного залягання глинистих, органо-мінеральних і органічних грунтів. Процедура відновлення фазового складу полягає в наступному: в камеру приладу тривісного стиску встановлюють зразок грунту, перекривають дренаж системи протитиску, що виключає можливість відтоку поровой рідини в процесі реконсолідації. Шляхом підняття тиску в камері виробляють обтиснення зразка всебічним тиском ступенями:

  • • для грунтів м'якопластичного і текучої консистенції не більше 25 кПа;
  • • для грунтів тугопластичної і пластичної консистенції не більше 50 кПа;
  • • для грунтів напівтвердий і твердої консистенції від 100 до 200 кПа.

У процесі обтиску на кожному ступені з інтервалом в 15 хв вимірюють поровое тиск. При повторюваності показань досягнуте значення порового тиску фіксується і прикладається наступний щабель тиску.

У процесі випробування будують криву залежності норовить тиску від всебічного тиску і = А <П) ' Критерієм завершення відновлення фазового складу є вихід зазначеної кривої на пряму, що проходить під кутом 45 ° не менше ніж через три точки. Якщо графік і = .Д <тз) не вийшов на пряму під кутом 45 °, а тиск в камері вже досягло величини повної середньої побутового тиску, то для НН-випробувань водона- насичення вважається завершеним.

Допускається проводити реконсолідації в умовах відсутності дренажу всебічним тиском у камері, рівним середньому повного побутового тиску, протягом 30 хв. В кінці етапу реконсолідації має бути зафіксована зміна висоти зразка ТАК З .

Метод водонасичення зразка противодавлением призначений для КН- і КД тривісних випробувань глинистих, органо-мінеральних і органічних грунтів, водонасичених в умовах природного залягання. Метод є допоміжним і використовується як додатковий у разі, коли водонасишеніе методом ВФС не було досягнуто.

Водонасичення зразка противодавлением виробляють поперемінним додатком до зразком повного тиску і протитиску. Перед початком водонасичення зразка противодавлением необхідно перекрити дренаж системи протитиску, підведений до одного або двох торцях зразка, потім зробити обтиснення зразка додаткової сходинкою всебічного тиску 50 кПа. У процесі обтиску на ступені проводять вимірювання порового тиску і з інтервалом в 15 хв, при повторюваності показань досягнуте значення і фіксується.

Під час процесу обтиску і водонасичення розраховують коефіцієнт порового тиску У , що дорівнює відношенню приросту порового тиску на ступені Δu до приросту всебічного тиску Д <т.з: В = Дм / Дез.

В системі противодавления при перекритому дренажі піднімають тиск, що дорівнює тиску в камері за вирахуванням обраної величини "диференціального тиску" (ефективного напруги в зразку в процесі його водонасичення противодавлением), потім дренаж відкривається. Величину диференціального тиску рекомендується призначати дорівнює значенню ефективного напруги, досягнутого на етапі реконсолідації за методом ВФС.

Після вирівнювання порового тиску з тиском противодавления всі процедури повторюються. Водонасичення вважається завершеним при досягненні величини коефіцієнта порового тиску У значень від 0,95 до 1,0, при цьому значення порового тиску повинно бути не нижче 300 кПа, в іншому випадку процедури підняття противодавления повторюються до досягнення зазначеного значення норовить тиску.

Руйнування зразка виробляють шляхом застосування вертикального навантаження при раніше досягнутому тиску в камері і перекритому дренажі. Додаток вертикального навантаження виробляють із заданою постійною швидкістю деформування зразка (кінематичний режим) або ступенями (статичний режим).

При кінематичному режимі навантаження додаток вертикального навантаження забезпечується безперервним збільшенням вертикальної деформації зразка грунту з зі швидкістю 0,5 ... 2% за 1 хв. Нижчі швидкості вибираються для глинистих ґрунтів напівтвердий і твердої консистенції.

При статичному режимі навантаження навантаження прикладають ступенями з інтервалами від 15 сек до 1 хв. Великі інтервали вибираються для глинистих ґрунтів напівтвердий і твердої консистенції. Величина ступеня становить 10% від ефективного напруги - різниці між повним тиском в камері і норовлять тиском в зразку після реконсолідації.

Показання приладу для вимірювання вертикальної деформації зразка грунту записують не рідше ніж через 1% деформації при кінематичному режимі або в кінці кожного ступеня навантаження при статичному режимі навантаження.

Випробування продовжують до моменту руйнування зразка (досягнення максимуму осьового навантаження) або до досягнення відносної вертикальної деформації зразка грунту Є] = 0,15. Після закінчення випробування зразок грунту розвантажують, скидають тиск в камері і зливають робочу рідину. Зразок грунту виймають з камери і відбирають з нього проби для контрольного визначення вологості. Необхідно також сфотографувати зразок або зробити замальовку, щоб зафіксувати характер руйнування зразка.

Проведення консолідовано-недренірованного (КН) випробування (17]. Перед початком проведення випробування проводять реконсолідації і водонасичення зразка для контролю норовить тиску і ефективних напружень в зразку під час випробування за методом ВФС і, якщо це необхідно, продовжують водонасичення по методу противодавления.

Додаткове ущільнення зразка виробляють шляхом збільшення всебічного тиску в камері з можливістю дренування, при підтримці в системі противодавления -Тиск, рівного величині порового тиску, досягнутого на стадії реконсолідації або водонасичення. Величина тиску оу при консолідації визначається сумою тиску в камері, досягнутого на стадії реконсолідації і заданого тиску консолідації <т { ..

Програмою випробувань може бути передбачена анізотропна консолідація зразка грунту. Значення максимального тиску консолідації <т з .тах необхідно призначати в залежності від передбачуваного напруженого стану ґрунтового масиву з урахуванням розрахункових навантажень від споруди і побутового тиску. Решта значення тисків консолідації призначають як частина від <7 з , тлх (наприклад, 0,25лу. | Пах , 0,5 <т ( . Шах і т. Д.). При відсутності зазначених даних значення п з приймаються відповідно до табл . 8.75. Всебічне тиск в камері до досягнення тиску консолідації передають ступенями (Д <т <-), значення яких беруть також відповідно до табл. 8.75.

Кожний ступінь всебічного тиску при консолідації витримують не менше 5 хв - для пісків, 15 хв - для глинистих, органо-мінеральних і органічних грунтів. Кінцевий ступінь тиску для глинистих, органо-мінеральних і органічних грунтів витримують до завершення 100% -й фільтраційної консолідації зразка.

Таблиця 8.75

Значення тисків консолідації і ступенів тиску

грунти

Тиск консолідації МПа

Ступенів тиску Д <7,. МПа

Піски крупні і середньої крупності щільні; глини з / <0.25

0,1; 0,3; 0,5

0,1 і далі по 0,2

Піски середньої крупності, середньої щільності, піски дрібні щільні і середньої щільності; глинисті: супеси і суглинки з I, < 0.5. глини з 0,25 < I, <6.5

0,1; 0,2; 0,3

0,05 до 0,1 і далі по 0,1

Піски середньої крупності і дрібні пухкі, піски пилуваті незалежно від щільності; глинисті: супеси, суглинки, глини з Л> 0.5

0,1; 0.15; 0,20

0.025 до 0.05 і далі по 0,05

Органо-мінеральні та органічні грунти

0,05; 0,075; 0,1

0,025

У процесі консолідації на кінцевому ступені тиску проводять вимірювання об'єму витісненої рідини АУ З .

Для визначення часу закінчення 100% -фільтраціонной консолідації в процесі випробування будують графік залежності об'ємної деформації зразка Δ V від квадратного кореня з часу image510(можливо також використання логарифмічною шкали image511. Час 100% -й консолідації (t100) визначають за аналогією з компресійними випробуваннями.

Відліки за приладом для вимірювання об'ємної деформації зразка грунту записують в кінці прикладання кожного ступеня всебічного тиску Д <хз (не менше 5 хв - для пісків і 15 хв - для глинистих, органо-мінеральних і органічних грунтів, кінцеву ступінь тиску витримують до завершення 100% -й фільтраційної консолідації зразка). На кінцевому ступені тиску при дотриманні її до завершення 100% -й фільтраційної консолідації зразка відліки роблять з поступовим збільшенням інтервалів часу, наприклад через 0,2, 0,5, 1, 2, 5, 10, 15, 30 хв, 1, 2 , 4, 8 год і далі на початку і кінці зміни. Зазначений час проведення відліків може бути дещо змінена для зручності побудови кривої консолідації методом квадратного кореня з часу.

Для визначення коефіцієнта фільтраційної консолідації c v використовують грaфікі залежності image514або, image512за якими визначають час 90% -й (t90) або 50% -й (t50) консолідації.

Після завершення процесу консолідації фіксують зміну обсягу ΔГ З зразка, вертикальне стискання ΔА З і перекривають дренаж.

Руйнування зразка виробляють шляхом застосування вертикального навантаження при раніше досягнутому тиску в камері і перекритому дренажі. Додаток вертикального навантаження виробляють із заданою постійною швидкістю деформування зразка (кінематичний режим) або ступенями (статичний режим).

При кінематичному навантаженні додаток вертикального навантаження забезпечується безперервним збільшенням вертикальної деформації зразка грунту £ i зі швидкістю 0,5 ... 2% за 1 хв. Нижчі швидкості вибираються для глинистих ґрунтів напівтвердий і твердої консистенції.

При статичному навантаженні навантаження прикладають ступенями з інтервалами від 15 с до 1 хв. Великі інтервали вибираються для глинистих ґрунтів напівтвердий і твердої консистенції. Величина ступеня становить 10% від ефективного напруги - різниці між повним тиском в камері і поровим тиском в зразку після реконсолідації.

Показання приладу для вимірювання вертикальної деформації зразка грунту записують не рідше ніж через 1% деформації при кінематичному режимі або через кожні 2 хвилини при статичному режимі навантаження.

Випробування продовжують до моменту руйнування зразка (досягнення максимуму осьового навантаження) або до досягнення відносної вертикальної деформації зразка грунту £ | - 0,15 (що настане раніше).

При кінематичному режимі навантаження максимальна швидкість деформації для КН- і КД-випробувань визначається за такою методикою.

Методика визначення швидкості деформації зразка грунту [17]. Швидкість деформації зразка грунту на стадії руйнування при тривісних випробуваннях визначають, використовуючи дані, отримані на стадії консолідації зразка.

Швидкість деформації v для КН- і КД-випробувань визначають за формулою

(8.24)

де А - початкова висота зразка грунту, мм; ТАК З - зміна в висоті зразка в кінці консолідації, мм; г.у- очікувана вертикальна деформація при руйнуванні (приймається за результатами першого руйнування, для якого швидкість розраховується при cf = 10%);

F- коефіцієнт, що залежить від типу випробувань і умов дренування (значення F, відповідні 95% -й диссипации порового тиску, наведені в табл. 8.76); / 50 - час, необхідний для 50% -й фільтраційної консолідації зразка грунту, хв.

Таблиця 8.76

Значення коефіцієнта F

Умови дренування протягом консолідації

Значення F для ї> / D-, = 2

КН-випробування

КД-випробування

одностороннє

2.1

34

двостороннє

8.4

34

Радіальне і одностороннє

12

56

Радіальне і двостороннє

92

64

Примітка. Одностороннє дренування здійснюється з одного торця зразка, двостороннє - з двох торців, умови дренування протягом консолідації і дренувати зсуву повинні бути однаковими для всіх значень F, радіальне дренування - при наявності на бічній поверхні зразка смуг фільтрувального паперу.

При статичному навантаженні навантаження прикладають ступенями. Величина ступеня становить 10% від ефективного напруги - різниці між повним тиском в камері і поровим тиском в зразку після реконсолідації або заданого програмою випробувань. Критерієм завершення ступеня навантажування є досягнення швидкості деформації V.

Відліки за приладом для вимірювання вертикальної деформації зразка записують не менше, ніж через кожен 1% деформації.

При статичному режимі навантаження відліки по приладу для вимірювання вертикальної деформації зразка записують через кожні 2 хв.

Випробування продовжують до моменту руйнування зразка (досягнення максимуму осьового навантаження) або до досягнення відносної вертикальної деформації зразка грунту з = 0,15. Після закінчення випробування зразок грунту розвантажують, скидають тиск в камері і зливають робочу рідину. Зразок грунту виймають з камери і відбирають з нього проби дня контрольного визначення вологості. Необхідно також сфотографувати зразок або зробити ескізний замальовку, щоб зафіксувати характер руйнування зразка.

Проведення консолідовано-дренувати (КД) випробування [17]. При проведенні КД-випробувань водонасичених в природних умовах грунтів зразок грунту водонасищается і ущільнюється згідно з вищенаведеною методикою консолідіро- ванно-недренірованного випробування. Після чого розраховується коефіцієнт фільтраційної консолідації c v .

КД-випробування для визначення характеристик міцності виробляють в умовах відкритого дренажу при підтримці величини протитиску, досягнутого на етапі реконсолідації і водонасичення. При цьому зразок навантажують вертикальним навантаженням до руйнування при постійному всебічному тиску в камері оч, який визначається відповідно до методики консолідовано-недренірованного випробування або при інших умовах навантаження, передбачених програмою випробувань.

Руйнування грунту проводиться при постійному всебічному тиску в камері <73 за двома режимами навантаження.

При кінематичному навантаженні максимальна швидкість деформації визначається відповідно до формули (8.1) для КД-ісіитаній. відліки але приладу для вимірювання вертикальної деформації зразка записують нс рідше, ніж через кожен 1% деформації.

При статичному навантаженні вертикальний тиск на зразок передають ступенями, рівними 10% від заданого всебічного тиску в камері. Критерієм завершення ступеня навантажування є досягнення швидкості деформації, яка визначається за формулою (8.1). Відліки за приладом для вимірювання вертикальної деформації зразка записують через кожні 10 хв.

Випробування продовжують до моменту руйнування зразка або до досягнення відносної вертикальної деформації зразка грунту в = 0,15. Після закінчення випробування зразок грунту розвантажують, скидають тиск в камері і зливають робочу рідину. Зразок грунту виймають з камери і беруть з нього проби для контрольного визначення вологості. Необхідно також сфотографувати зразок або зробити замальовку, щоб зафіксувати характер руйнування зразка.

Випробування для визначення характеристик деформованості водонасичених в природних умовах грунтів виробляють при постійному всебічному тиску в камері Про}. Додаток вертикального навантаження виробляють або із заданою швидкістю деформування зразка - кінематичний режим, або ступенями - статичний режим. Ступенів тиску в залежності від всебічного тиску в камері приймають по табл. 8.77. При статичному навантаженні відліки записують на кожному ступені тиску:

  • • через 1,5, 15, 30 хв і далі через 0,5 год - для пісків;
  • • через 1,5, 15, 30 хв, 1, 2, 4, 6 і 8 год, а потім на початку і в кінці робочого дня - для глинистих, органо-мінеральних і органічних грунтів.

Таблиця 8.77

Значення ступені вертикального тиску на зразок грунту

грунти

Ступінь вертикального тиску на зразок грунту, % заданого всебічного тиску в камері при номерах ступенів

1

2-6

7 і далі

Піски

30

30

15

глинисті

супеси

10

20

10

суглинки

з І, <0.5

10

20

10

І> 0,3

8

15

8

глини

с /, <0,5

6

15

6

I, > 0.5

5

10

5

Органо-мінеральні та органічні

5

10

5

При проведенні КД-випробувань для визначення модуля деформації неводонасищенних в природних умовах грунтів зразок грунту ущільнюють, підвищуючи всебічний тиск в камері ступенями до заданого значення 03. Значення ступенів тиску приймають відповідно до табл. 8.34. Кожний ступінь тиску витримують не менше 5 хв - для пісків і 15 хв - для глинистих, органо-мінеральних і органічних грунтів, а кінцеву ступінь - до досягнення умовної стабілізації об'ємної деформації. За критерій умовної стабілізації об'ємної деформації зразка грунту приймають приріст відносної об'ємної деформації, що не перевищує 0,15% за час, вказаний в табл. 8.35. При цьому об'ємну деформацію вимірюють щодо зміни обсягу води в камері.

Вертикальний тиск на зразок передають ступенями відповідно до табл. 8.77 при постійному значенні 03. Кожний ступінь тиску витримують до умовної стабілізації вертикальної деформації зразка, за критерій якої приймають приріст відносної вертикальної деформації, що не перевищує 0,05% за час, вказаний в табл. 8.35.

Відліки за приладами для вимірювання вертикальних і об'ємних деформацій зразка виробляють через 1,5, 15, 30 хв і далі через 0,5 год для пісків; через 1,5, 15, 30 хв, 1, 2, 4, 6 і 8 год, а потім на початку і в кінці робочого дня - для глинистих, органо мінеральних і органічних грунтів.

Випробування проводять до руйнування зразка або припиняють при заданому вертикальному тиску, визначеному з урахуванням передбачуваного напруженого стану в досліджуваному ґрунтовому масиві. Після закінчення випробування зразок грунту розвантажують, скидають тиск в камері і зливають робочу рідину. Зразок грунту виймають з камери і відбирають з нього проби для контрольного визначення вологості. Необхідно також сфотографувати зразок або зробити ескізний замальовку, щоб зафіксувати характер руйнування зразка.

За результатами випробування зразка грунту в умовах тривісного стиску обчислюють:

  • абсолютну вертикальну деформацію зразка грунту Δ h, мм;
  • відносну вертикальну деформацію зразка груша €.
  • (8.25)

де /; - початкова висота зразка, мм; ДЛ <- абсолютна вертикальна деформація в кінці стадії реконсолідації для НН-випробувань і ущільнення (консолідації) для КН- і КД-випробувань, мм (абсолютна об'ємна деформація зразка грунту AV , см 3 , з урахуванням поправки на розширення камери для КН- і КД -випробувань).

(8.26)

де Δ V - відносна об'ємна деформація зразка грунту, V - початковий обсяг зразка, см 3 ; AV C - зміна обсягу в кінці етапу ущільнення (консолідації).

Девіатор напруг (σ - σ3), МПа, визначається за формулою

(8.27)

де F - вертикальне навантаження, кН; S - площа поперечного перерізу зразка, см 2 ; S s - площа поперечного перерізу штока, см ".

При розрахунку вертикального навантаження при необхідності вводять поправку на тертя штока у втулці камери і на жорсткість оболонки.

При відносній вертикальній деформації зразка грунту, яка перевищує 0,02, враховують зміну площі зразка S в процесі випробування.

Для будь-якого моменту випробувань площу S, визначають за формулами:

  • • для НН-випробування
  • (8.28)
  • • для KII- і КД-випробувань
  • (8.29)

де b - коефіцієнт нерівномірності розширення зразка.

Коефіцієнт нерівномірності розширення зразка b визначають за формулою

де S e - площа поперечного перерізу зразка в кінці етапу реконсолідації для НН-випробувань і етапу консолідації для КН- і КД-випробувань, см "; 5 * - площа поперечного перерізу в середній частині зразка після випробування, см"; h c - висота зразка в кінці етапу реконсолідації для НН-випробувань і етапу консолідації для КН- і КД-випробувань, см; Д hk- повна деформація зразка після випробування, см.

Площа поперечного перерізу зразка S c при ПН-випробуваннях допускається приймати рівною площі початкового поперечного перерізу зразка - So.

Площа поперечного перерізу зразка S c для КН- і КД-випробувань розраховують за формулою

де ΔV C - зміна обсягу зразка в кінці етапу консолідації, см 3 ; V- початковий обсяг зразка, см 3 .

Площа поперечного перерізу в середній частині зразка S K при відсутності системи контролю зміни поперечного перерізу зразка в процесі випробування допускається визначати за результатами прямих вимірювань діаметра зразка після випробування штангенциркулем. при цьому діаметр обчислюється як середнє значення з трьох вимірювань в середньому перерізі зразка під кутом в 120 °.

Допоміжні графіки залежності

Мал. 8.66. Допоміжні графіки залежності: для визначення показників міцності: image522); б - image523для визначення показників деформованості: в - image524, г - image525д - паспорт результатів випробування грунту методом тривісного стиску для консолідовано-дренувати випробування, е - паспорт для консолідовано-недренірованного випробування; /, 2, 3 - номера випробувань

Метод не може бути використаний при необмежених деформаціях зразка, тому при руйнуванні необхідно контролювати максимальні деформації, особливо для статичного навантаження, не допускаючи їх перевищення понад 15%.

При визначенні характеристик міцності по обчислювальним значеннями будують графік залежності для випробувань, проведених при різних значеннях еу (рис. 8.66, а). На графіках визначають значення ', які відповідають моменту руйнування зразка грунту (точка перегину графіка) або відносної вертикальної деформації зразка £ i = 0.15. і будують кола Мора-Кулона з радіусами і координатами їх центрів (рис. 8.66).

Приватне значення опору недренованому зсуву з ", МПа (кПа), визначають за результатами НН-випробувань за формулою

(8.30)

де <7і / і (Ту - значення повних напружень <ті і в при руйнуванні зразка, МПа.

Ефективні значення кута внутрішнього тертя φ ' (рад) і питомого зчеплення з МПа (кПа), при КН- і КД-випробуваннях обчислюють за формулами:

(8.31)

(8.32)

де N і М обчислюють за формулами:

(8.33)

(8.34)

Ефективні напруги і <т'з обчислюють за формулами:

де і - норовить тиск, МПа.

Для оцінки розкиду експериментальних даних і виявлення помилок випробувань перед обчисленням (р ' і з' будують графік залежності <т'і = А а 'ь) при руйнуванні зразків (рис. 8.66, б).

При визначенні модуля деформації при КД-випробуваннях будують графік залежності £ | = j [o). На графіку (рис. 8.66. В) приймають лінійну апроксимацію ділянок для заданих програмою випробувань діапазонів напружень.

Модуль деформації £, МПа, і коефіцієнт поперечної деформації v визначають при випробуваннях (або етапах випробувань), проведених при постійному значенні горизонтальних напруженьі обчислюють за формулами:

де Δσі - приріст напрузі про и в заданому діапазоні; Δе1 і Δе3 - приріст відносних вертикальної і поперечної деформацій зразка.

(8.35)

де ДЕ ,. - приріст відносної об'ємної деформації зразка.

За даними випробувань грунту в умовах тривісного стиску можуть бути визначені: модуль зсуву G, модуль об'ємної деформації К і січний модуль деформації £ 50:

де Gf - напруга при руйнуванні; oi c - напруга в кінці етапу ущільнення; (ei) 5o-значення ei при (<71) 50 [17].

При тривісних випробуваннях грунтів (консолідовано-дренований метод) модуль об'ємного стиснення визначається за результатами завершеної консолідації і однаково інтерпретується як зарубіжними, так і вітчизняними стандартами [5].

Зміна обсягу повітряно-сухих або частково водонасичених зразків грунту здійснюється або щодо зміни обсягу води в робочій камері рідинних стабілометра або радіальних деформацій зразка грунту в пневматичних стабіломеграх. У першому випадку весь внутрішній об'єм робочої камери заповнюється водою, і при визначенні обсягу зразка необхідно враховувати не тільки зміни в об'ємі рідини, викликані рухом навантажувального штампа і плунжера, а й деформованість робочої камери стабілометра. У разі збільшення обсягу зразка e v приймають зі знаком плюс.

Перевага стабілометра з безперервним навантаженням осьового навантаження (мм / хв) полягає в тому, що ці випробування дозволяють визначити наступні параметри міцності: критичне значення кута внутрішнього тертясг пікове значення кута внутрішнього тертя <p ; залишкове значення кута внутрішнього тертяг : кут ділатансіі уг, силу

зчеплення с. Випробування при статичному навантаженні дають тільки критичне значення кута внутрішнього тертя і сили зчеплення с.

У той же час, на відміну від компресійних приладів, випробування в стабілометра можна провести в умовах, близьких до природних, враховуючи початкове напружений стан в природному масиві грунту. Бічний тиск, яке не регулюється в одометрі, в стабілометра приймається рівним горизонтальним напруженням на глибині відбору моноліту грунту, а вертикальні напруги задаються рівними побутовим (від власної ваги верхніх шарів грунту).

Недоліки та обмеження методу тривісного стиску:

  • • вплив головного проміжного напруги σ2 нс може бути визначено. У певних завданнях вплив напруги σ2 може бути вище, ніж σ3. Це впливає на параметри з і
  • • напрямок головного найбільшої напруги про залишається фіксованим, умови, коли головне напруга змінюється безперервно, реалізувати складно;
  • • вплив штампів приладу на неоднорідність напруженого стану, поровое тиск і деформацію зразка (у вигляді "бочки") [5].
 
Якщо Ви помітили помилку в тексті позначте слово та натисніть Shift + Enter
< Попередня   ЗМІСТ   Наступна >
 
Дисципліни
Агропромисловість
Аудит та Бухоблік
Банківська справа
БЖД
Географія
Документознавство
Екологія
Економіка
Етика та Естетика
Журналістика
Інвестування
Інформатика
Історія
Культурологія
Література
Логіка
Логістика
Маркетинг
Медицина
Нерухомість
Менеджмент
Педагогіка
Політологія
Політекономія
Право
Природознавство
Психологія
Релігієзнавство
Риторика
Соціологія
Статистика
Техніка
Страхова справа
Товарознавство
Туризм
Філософія
Фінанси
Пошук