Сжимаемость грунтов. Компрессионные испытания

Классификация грунтов по ГОСТ.

Пределы Аттерберга

Для определения пластических свойств глинистых грунтов точных количественных методов нет. В большинстве стран и в России используют, так называемые, пределы Аттерберга.

Если предел А большой – грунт пластичный (то есть частицы грунта мелкие). Если частицы крупные, предел А меньше.

Для характеристики состояния влажного глинистого грунта приняты:

ω_Р – влажность на границе раскатывания – это влажность, при которой шнур из глинистого грунта диаметром 3 мм начинается крошиться. Грубо это влажность соответствует максимальной молекулярной влагоемкости.

При ω_Р грунт теряет пластичность и начинает приобретать сходство с твердым телом.

ω_L – влажность на границе текучести – влажность, при которой грунт переходит в текучее состояние; она определяется погружением стандартного конуса (вес конуса 76 г, угла 30º при вершине на глубину 10 мм за 6 секунд).

Иногда величины ω_Р, ω_L называют соответственно нижним и верхним пределами пластичности.

Для определения ω_Р, ω_L из исследуемого грунта приготовляется глинистая паста, влажность которой доводится (путем добавления в нее воды или высушивания) до значения, соответствующих ω_Р и ω_L.

Рисунок 2.6.2 – Балансирный конус для определения влажности на границе текучести:
1 – грунт; 2 – конус 30º; 3 – коромысло с двумя балансирными шарами; 4 – ручка; 5 – круговая метка; 6 – подставка.

I_P – число пластичности (или индекс пластичности) – разность между ω_L и ω_Р

Используется как классификационный показатель, характеризующий вид глинистого грунта:

I_P = 1…7 – супесь;

I_P = 7…17 – суглинок;

I_P > 17 – глина.

I_L – показатель консистенции (индекс текучести)

где ω – природная влажность.

Индекс текучести в общих чертах уже характеризует строительные свойства глинистых грунтов, например: твердая и полутвердая глина – надежное грунтовое основание, текуче – пластичный и текучий грунт нельзя использовать в качестве оснований, а мягко – пластичный грунт требует особого внимания при расчете фундаментов.

Для супесей установлена более простая классификация:

I_L < 0 – твердые;

I_L = 0…1 – пластичные;

I_L > 1 – текучие.

Грунты делятся на:

1) скальные грунты – сплошной или трещиноватый массив скалы;

2) крупнообломочные – это сыпучие грунты, в которых крупные частицы диаметром > 2 мм занимают > 50 % по массе (гравий, щебень, дресва);

3) песчаные грунты – это сыпучий грунт, у которого частицы крупнее 2 мм составляют < 50 % по массе.

Они классифицируются по:

1) крупности частиц (гранулометрическому составу):

а) гравелистый песок (> 2 мм > 25 %);

б) крупный песок (> 0,5 мм > 50%);

в) песок средней крупности (> 0,25 мм > 50%);

г) мелкий песок (> 0,1 мм 75%);

д) пылеватый песок (> 0,1 мм < 75 %).

2) по неоднородности (С_u) – (смотри предыдущую лекцию);

3) по плотности сложения.

Таблица – классификация плотности грунтов

4) по степени влажности

где ω – естественная влажность.

– 0 < S_r ≤ 0,5 – маловлажные;

– 0,5 < S_r ≤ 0,8 – влажные;

– 0,8 < S_r ≤ 1 – насыщенные водой.

5) глинистые – основный показатель, по которому классифицируется – это индекс пластичности (или число пластичности) I_P:

а) супесь – I_P ≤ 0,07;

б) суглинок – 0,07 < I_P ≤ 0,17;

в) глина – I_P > 0,17.

По индексу текучести I_L – смотри предыдущую схему.

Пример:

Дан образец глинистого грунта:

ω = 0,263; ω_L = 0,408; ω_P = 0,198

I_p=ω_L–ω_P=0,408–0,198=0,210 → глина

глина тугопластичная

Можно привести следующую наиболее общую классификацию грунтов:

Полускальные грунты отличаются от скальных меньшей прочностью: их сопротивление раздавливанию (при одноосном сжатии) менее 5 МПа. В основном приходится строить на дисперсных грунтах, которые в лексиконе практиков – строителей часто именуются «нескальными». Для них существует более подробная классификация.

На территории нашей страны, как и на планете в целом, верхние слои грунта (от низа растительного слоя и до глубины 8…10 м) представлены преимущественно глинистыми грунтами, доля которых составляет примерно 80 %.

13 Деформационные свойства грунтов и их изучение в компрессионном приборе.

Механические свойства грунта отражают его способность сопротивляться механическим воздействиям. Такие свойства разделяют на деформационные и прочностные.

Деформативностью грунта называют его способность деформироваться под нагрузкой без разрушения (без образования в нем поверхностей скольжения). Зависимость деформаций ε от напряжений σ в грунте криволинейная, но при небольших напряжениях ее можно считать линейной Н. М. Герсеванов в 1930 г., рассматривая работу грунта в условиях возрастающей нагрузки выделил три фазы напряженного состояния грунта. Расчеты деформаций основания производятся, как правило, только для первой фазы, когда деформации можно считать линейными. На это ориентированы нормативные документы по расчету оснований (СНиП 2.0201-83*. СП 50-10102004).

  Деформативность грунта в этой фазе оценивается характеристиками, аналогичными параметрам упругого полупространства, используемыми в теории упругости. Это модуль деформации Е, характеризующий связь между деформациями ε и напряжениями σ и коэффициент поперечной деформации (коэффициент Пуассона) μ₀ характеризующий отношение поперечных деформации ε_поп к продольным ε_прод. Модуль деформации определяется в лабораторных условиях с помощью компрессионного прибора (одометра) или прибора трехосного сжатия (стабилометра) в полевых условиях – путем испытания грунта штампом, прессиометром и статическим зондированием. Деформация грунтового массива – процесс, слагающийся из уплотнения грунта за счет уменьшения пористости, пластических сдвигов, за счет взаимного смещения частиц в отдельных точках грунта, деформаций самих частиц вместе с водными пленками, выдавливания через поры грунта воды и воздуха

В отличии от твердых конструкционных материалов, деформирующихся почти без изменения объема, грунт под действием нагрузок существенно сжимается, т. е. уменьшает свою пористость и, соответственно, объем. В 30-е годы Н. М. Герсеванов доказал, что для грунта, уплотняемого статической нагрузкой, каждому давлению соответствует (после затухания деформаций) определенный коэффициент пористости. Для водонасыщенных грунтов, поры которых полностью заполнены водой (S_r=1), вместо коэффициента пористости е можно рассматривать влажность ω, ибо в этих случаях объем пор равен объему воды (влажность становится пропорциональной коэффициенту пористости).

Сжимаемость грунта обычно изучается в лабораторных условиях компрессионном приборе (иначе одометре), схема которого приведена далее.

Компрессионное испытание основано на сжатии образца грунта цилиндрической формы вертикальной нагрузкой с замером вертикальных смещений. Грунт помещается в рабочее кольцо 2 внутренним диаметром не менее 71 мм, высотой в 3,5 раза меньшей диаметра, нагрузка передается на грунт через штампик 6 возрастающими ступенями, замеры смещений осуществляются двумя измерительными приборами (индикаторами) 5.

Рисунок 3.7.1. - испытания в одометре:
1 – образец грунта (цилиндрический); 2 – обойма (рабочее кольцо); 3 – перфорированные пластинки;
4 – нагрузка, прикладываемая увеличивающимися ступенями через штампик;
5 – прогибомер или индикатор часового типа, замеряющий деформации.

Так как твердые частицы грунта практически несжимаемы, уменьшение объема образца грунта происходит только за счет уменьшения объема его пор. При этом объем образца грунта уменьшается за счет оседания грунта под «штампиком», т. е. только за счет вертикальных деформаций. Это позволяет выражать изменения коэффициента пористости через осадки «штампика». Опуская промежуточные выкладки, приведем окончательную формулу:

где e_i – коэффициент пористости грунта, уплотненного давлением p_i ;

e₀ – начальный коэффициент пористости (до начала испытаний);

S – осадка штампика (уменьшение высоты образца грунта);

H – высота образца грунта.

Результаты испытаний грунта в компрессионном приборе, мы получаем в виде компрессионной кривой (зависимость коэффициента пористости e от давления p):

Дата добавления: 2014-01-05