Пример 3. Обработка результатов испытаний грунта штампом

Пример 2. Заполнение таблицы физико-механических характеристик грунтов

После обработки физико-механических характеристик грунта результаты расчета сводим в таблицу.

Таблица 4

Тип грунта		Суглинок	Суглинок	Песок
Удельный вес тв. частиц, кН/м^3	γs	1,8	1,76	1,82
Удельный вес, кН/м^3	γ	17,8	17,3	18,1
Удельный вес грунта во взвешенном водой состоянии, кН/м^3	γsb	9,8	9,4	9,96
Удельный вес сухого грунта, кН/м^3	γd	17,9	17,5	18,1
Коэффициент пористости	e	0,73	0,79	0,66 Средняя плотность
Пористость	n	0,42	0,44	0,4
Природная влажность	w	0,15	0,17	0,14
Коэффициент водонасыщения	Sr	-	-	0,56 влажный
Влажность на границе текучести	wL	0,26	0,25	-
Влажность на границе раскатывания	wp	0,16	0,17	-
Число пластичности	Ip	0,1	0,08
Показатель текучести	IL	-0.001 твердый	полутвердый	-
Угол внутреннего трения, градус	φⅡ
Удельное сцепление, кПа	C			-
Модуль деформации, кПа	E
Расчетное сопротивление грунта оснований, кПа	R0

Штамповые испытания (рис. 3) 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 р, МПа, устанавливается модуль деформации Е₀. Основным достоинством этого вида испытаний является то, что они ведутся непосредственно в грунтовом массиве.

Рис. 3. Штамповые испытания грунта в котловане в полевых условиях

а) схема установки; б) зависимость осадки от нагрузки; 1- шурф; 2 – жесткий штамп;. 3 – платформа; 4 - нагрузка

Требуется определить модуль деформации грунта по результатам испытания грунта ИГЭ –1 штампом (А= 5000 см²) в полевых условиях.

Грунт – суглинок

Таблица 5

P, кПа

S,мм

В соответствии с ГОСТ 12374-77 «Грунты. Методы полевого испытания статистической нагрузкой» модуль общей деформации грунта Е вычисляется для прямолинейного участка графика по формуле:

, где (13)

где ν – коэффициент бокового расширения грунта (коэффициент Пуассона), принимаемый равным 0,3 ÷0,35 для песков; 0,35÷0,4 для супесей; 0,4 ÷ 0,45 – для суглинка; 0,45 ÷ 0,5 для глин.

w – безразмерный коэффициент, принимаемый для жестких круглых штампов равным 0,8;

d – диаметр штампа, м;

∆Р – приращение давления между двумя точками, взятыми на усредняющей прямой, кПа. За начальное значение принимается давление, равное вертикальному напряжению от собственного веса грунта на уровне заложения подошвы фундамента (в расчетах принимается 50 кПа), за конечное – давление, соответствующее конечной точке прямолинейного участка;

∆S – приращение осадки штампа в м между теми же точками, соответствующее ∆Р.

Испытание суглинка стандартным штампом площадью А = 5000 см², диаметром d = 0,798 м, модуль деформации определится:

кПа.

Рис. 4. График испытания грунта штампом

Модуль общей деформации грунта Е аналогичен модулю упругости в законе Гука, но в отличие от последнего учитывает как упругие, так и остаточные деформации. Он определяется испытанием образца ненарушенной структуры в компрессионном приборе или испытанием грунта штампом в полевых условиях. В настоящее время для оценки механических свойств грунта в основном применяют лабораторные методы. Компрессионные испытания грунтов проводят с использованием специальных приборов — одометров и стабилометров. При работе с одометром (рис. 5) образец грунта ненарушенной структуры помещают в жесткое металлическое кольцо, которое вместе с образцом устанавливают на пористое днище. Нагрузка N передается на образец грунта поршнем. Конструкция поршня (как и днища) допускает фильтрование через него отжимаемой из образца воды. Деформацию образца измеряют индикатором. Одометр находится в ванне, в которую при испытаниях водонасыщенных грунтов наливают воду. Образец грунта имеет форму цилиндра высотой h более 20 мм и диаметром основания более 71 мм с отношением высоты к диаметру 1: 3,5. Относительно малая высота образца позволяет уменьшить влияние сил трения грунта о кольцо на деформацию грунта.

Однако одометры имеют два существенных недостатка: 1) наличие трения между боковой поверхностью образца грунта и жесткими стенками корпуса искажает результаты опыта; 2) неточность пригонки горизонтальных поверхностей грунтового образца к пористым дискам и его боковой поверхности к стенкам корпуса одометра приводит к значительному завышению деформаций образца.

Этих недостатков лишены приборы трехосного сжатия, называемые стабилометрами. В стабилометре (рис. 6) образец грунта находится в резиновой оболочке, герметически закрытое пространство между которой и жесткими стенками металлического цилиндра заполняется жидкостью, например водой.
Герметичность пространства, в котором находится вода, окружающая образец с боков, и ее малая сжимаемость (по сравнению с грунтом) позволяют считать, что образец испытывает сжатие без бокового расширения. Достоинством стабилометра является то, что в нем устраняются силы трения по боковой поверхности образца и появляется возможность измерения сил бокового давления манометром (см. рис. 6). При испытании образца грунта давление σ, кПа, определяемое по формуле σ = N/A (здесь N — вертикальная нагрузка на образец, (кН); А — площадь поперечного сечения образца, (м²), повышают ступенями от 12,5 до 50 кПа, выдерживая каждую ступень до прекращения деформации образца, т. е. до стабилизации осадки. В песчаных грунтах стабилизация осадки происходит в течение нескольких минут, а в глинистых грунтах она может длиться несколько суток. В результате испытания устанавливают значения осадки образца s, мм, соответствующие каждой ступени нагрузки, и строят график зависимости относительного вертикального укорочения образца е, определяемого по формуле e = s/h (здесь h — высота образца, мм), от передаваемого на него давления, а также кривую зависимости коэффициента пористости е от Р (рис. 7), которая называется компрессионной кривой.

Рис. 5. Схема одометра 1 — образец грунта; 2 — металлическое кольцо; 3 — поршень; 4 — индикатор; 5 — ванна; 6 — днище

Рис. 6. Схема стабилометра 1 — образец грунта; 2 — резиновая оболочка; 3 — цилиндр; 4 — пространства, заполненное жидкостью; 5 — трубка от насоса; 6 — кран; 7 — манометр; 8 — поршень; 9 — бюретка для измерения объема образца; 10— уровень воды; 11 — кран для отвода воды, отжимаемой из образца грунта

Дата добавления: 2014-11-29