Полевые методы определения модуля деформации грунта

Сжимаемость массива грунта. 17 Испытание грунта штампом.

Компрессионные испытания. Основной закон уплотнения.

На практике чаще всего приходится иметь дело с небольшим интервалами нагрузок в пределах которых кривизна зависимости e–p проявляется очень слабо, на что обратил особое внимание Н. М. Герсеванов. Им был сформулирован следующий закон уплотнения: при небольших изменениях уплотняющих давлений изменение коэффициента пористости прямо пропорционально изменению давления

где m₀ – коэффициент сжимаемости, [см²/кг; кПа^-1]

Для расчета осадок удобнее пользоваться коэффициентом относительной сжимаемости m_υ.

где m_υ – это величина относительной деформации на единицу давления.

Имея m_υ, получаем весьма простую формулу для расчета осадок натурного слоя грунта

где h – высота слоя; P – давление.

Между коэффициентом сжимаемости m₀ (коэффициентом относительной сжимаемости m_υ) и модулем деформации Е существует зависимость

где e₀ – начальный коэффициент пористости;

β – величина, являющаяся функцией коэффициента поперечной деформации μ₀:

Так как точность определения μ₀ обычно невысока, величина β часто принимается без расчета равной:

- для песков

- для суглинков и супесей

- для глин

Модуль деформации, определенный по данным компрессионных испытаний, более или менее достоверно характеризует деформативность песков. Применительно же к глинистым грунтам он требует дополнительной корректировки. Получаемый «компрессионный» модуль деформации для глин и суглинков корректируется путем умножения его на специальный коэффициент («коэффициент Агишева»), принимаемый согласно СП 50-101-2004 (п. 5.3.6) равным от 2 до 6 (в зависимости от коэффициента пористости). Для объектов I и II уровней ответственности корректирующие коэффициенты следует устанавливать на основе сопоставления компрессионных испытаний с испытаниям того же грунта штампом.

Деформационные свойства грунтов (которые оцениваются модулем деформации грунтов) изучаются не только в компрессионном приборе, но и в стабилометре (когда грунт испытывается на трехосное сжатие).

Достоверность результатов трехосных испытаний достаточно высока, но оборудование для них (стабилометры) значительно сложнее компрессионных приборов, сложнее само испытание, серийное производство стабилометров в России не налажено, в связи с чем в отечественной практике трехосные испытания применяются мало.

Наиболее достоверным считается испытание штампом (рис. 3.8.1). Такое испытание производится в шурфе (котловане) или скважине путем создания давления на грунт (на дно шурфа или скважины) жестким круглым штампом стандартной площади (600, 1000, 2500, 5000 см²) и замере осадок этого штампа. Нагрузка (и соответственно давление на грунт) прикладывается возрастающими ступенями, причем каждая ступень прикладывается после затухания осадки от предыдущей ступени.

Результаты штамповых испытаний используется в качестве эталона для корректировки результатов других, менее точных методов испытаний, в том числе компрессионных. Однако это очень дорогой и трудоемкий метод, который применяется по этим причинам довольно редко (на сложных, ответственных объектах или в особо сложных грунтовых условиях).

Схема штамповых испытаний:

схема испытания штампом:
1 – дно шурфа (котлована); 2 – штамп с площадью опирания на грунт 5000 см²;
3 – гидродомкрат; 4 – конструкция, воспринимающая реактивные усилия.

Результаты испытаний грунта штампом оформляются в виде графика:

Рассматривая график испытаний, можно увидеть почти линейную часть графика до некоторого давления P₁. Это позволяет нам в этом диапазоне давлений считать грунтовый массив линейно-деформируемым полупространством.

Это означает, что в этом диапазоне давлений напряженное состояние грунта можно описывать математическим аппаратом теории упругости, что позволяет нам определять модуль общей деформации из данных графика. Используя решение задачи об осадке жесткого штампа на упругом полупространстве, получена формула для определения модуля общей линейной деформации грунта:

где ω – коэффициент, учитывающий форму штампа (для квадратного ω=0,83, для круглого ω=0,78);

μ₀ – коэффициент бокового расширения (коэффициент Пуассона);

p – давление, близкое к концу участка, кПа;

S – осадка в см при этом давлении;

D – диаметр штампа в см.

С помощью штамповых испытаний определяется модуль деформаций грунтов в полевых условиях (непосредственно на строительной площадке). Кроме штамповых испытаний к полевым относят:

- прессиометрические испытания;

- статическое зондирование.

Основные положения теории упругости следующие:

1 Тело является сплошным и изотропным (деформационные свойства в различных направлениях одинаковы).

2 Тело является упругим и со снятием нагрузки все деформации исчезают.

3 Напряжения в теле отсутствуют, если нет внешней нагрузки.

4 Тело является "бесконечно" прочным, то есть в нем не возникает разрушений и трещин, изменяющих напряженное состояние.

5 Связь между напряжениями и деформациями является линейной и описывается законом Гука.

Прессиометрическое испытание производится в полости пробуренных скважин на заданных глубинах. Оно состоит в нагружении грунта горизонтальной (радиальной) нагрузкой стенок скважины и замере радиальных смещений этих стенок. Нагружение и определение смещений производится с помощью специального прибора – радиального прессиометра. Такой прессиометр представляет собой устройство, имеющее цилиндрическую камеру, способную расширяться в радиальном направлении. Эта камера вводится в скважину, производится испытание, т. е. радиальное расширение камеры с замером радиальных давлений и деформаций.

Достоверность результатов прессиометрических испытаний достаточно высока, но они отражают деформативность грунта не в вертикальном, а горизонтальном направлении, грунты же не всегда изотропны. Кроме того, оборудование для таких испытаний (прессиометры) довольно сложно, а серийное производство прессиометров в России не налажено. Все это препятствует широкому применению таких испытаний в нашей стране.

Статическое зондирование – это вдавливание в грунт специального устройства – зонда (стержня диаметром 36 мм с коническим наконечником) с измерением сопротивления грунта под нижним концом и боковой поверхности этого зонда. Составлены таблицы, позволяющие по этим сопротивлениям приближенно определять модуль деформации грунта (как и прочностные характеристики). Преимущества зондирования – быстрота и возможность выполнения в полевых условиях большого числа измерений на глубинах до 20 м.

Дата добавления: 2014-01-05