Лабораторная работа №8

Определение компрессионного сжатия грунтов

Цель работы:

Испытать грунт методом компрессионного сжатия.

Сущность метода:

Испытание грунта методом компрессионного сжатия проводят для определения следующих характеристик деформируемости: коэффициента сжимаемости m_o, модуля деформации Е, структурной прочности на сжатие р_str, коэффициентов фильтрационной и вторичной консолидации с_v и с_a для песков мелких и пылеватых, глинистых грунтов с показателем текучести I_L > 0,25.

Эти характеристики определяют по результатам испытаний образцов грунта в компрессионных приборах (одометрах), исключающих возможность бокового расширения образца грунта при его нагружении вертикальной нагрузкой.

Результаты испытаний должны быть оформлены, как правило, в виде графиков зависимостей деформаций образца от нагрузки и их изменения во времени.

Диапазон давлений, при которых проводят испытания, определяется в программе испытаний или принимается в пределах полуторного значения проектного давления на грунт.

Для испытаний используют образцы грунта ненарушенного сложения с природной влажностью или водонасыщенные, или образцы нарушенного сложения с заданными значениями плотности и влажности.

Конструкция компрессионного прибора должна обеспечивать:

подачу воды к образцу сверху и отвод ее;

первоначальную нагрузку на образец, создаваемую весом штампа и закрепленными на нем измерительными приборами не более 0,0025 Мпа;

отвод воды, профильтровавшейся через образец грунта, и накопление ее в мерном сосуде;

непрерывную на протяжении всего испытания фильтрацию воды, герметичность основных деталей прибора.

Оборудование:

компрессионный прибор (одометр), состоящий из рабочего кольца, цилиндрической обоймы, перфорированного вкладыша под рабочее кольцо и поддона с емкостью для воды;

механизм для вертикального нагружения образца грунта;

устройства для измерения вертикальных деформаций образца грунта.

Рис.8.1 Общий вид компрессионного прибора КПр-I

I-стол; II- одометр; III-секторы в сборе.

1-винт опорный; 2-подвеска; 3- траверса подвески; 4-трос грузовой;

5- сектор; 6-палец; 7-трос тяговый; 8-винт натяжной; 9-нижнее коромысло;

10-маховичок; 11-стяжка; 12-шарик; 13-верхнее коромысло; 14-упор;

15-рычаг; 16-противовес.

Рисунок 8.2 Общий вид одометра

1 — корпус; 2 — поддон корпуса: 3 — основание корпуса; 4 — рабочее кольцо; 5 — направляющее кольцо; 6 — перфорированный вкладыш; 7 — перфорированный штамп; 8 — крышка; 9 — втулка; 10 — шток; 11 — спускная пробка; 12 — штуцер; 13 — резиновая прокладка; 14 —заглушка; 15 — прижимное кольцо верхнее; 16 —прижимное кольцо нижнее; 17 — гайка; 18 — стойка; 19 — шланг; 20 — стеклянная трубка; 21 — индикатор; 22 — держатель индикатора; 23 — опорная пятка индикатора; 24 — шарик; 25 — образец испытываемого грунта

Проведение испытания для определения характеристик m_o, Е и р_str

Порядок работы:

Образец грунта в рабочем кольце взвешивают, покрывают с торцов влажными фильтрами и помещают в компрессионный прибор.

После проводят следующие операции:

устанавливают образец на перфорированный штамп;

регулируют механизм нагружения образца;

устанавливают приборы для измерения вертикальных деформаций образца;

записывают начальные показания приборов.

Нагружение испытываемого образца проводят равномерно, без ударов ступенями нагрузки.

Первую ступень давления р₁ при испытании песков принимают в зависимости от коэффициента пористости е по таблице 8.1, а последующие ступени давления р, принимают равными 0,0125; 0,025; 0,05; 0,1 МПа и далее с интервалом 0,1 МПа до заданного значения нагрузки.

Таблица 8.1 Первая ступень давления

Коэффициент пористости е	е ³ 0,75	0,75 > e > 0,6	e £ 0,6
Первая ступень давления p1,МПа	0,0125	0,025	0,05

При испытании глинистых грунтов для определения их структурной прочности на сжатие р_str первую и последующие ступени давления принимают равными 0,0025 МПа до момента начала сжатия образца грунта. Начало сжатия следует считать при относительной вертикальной деформации образца грунта e > 0,005. При дальнейшем нагружении за очередную ступень давления принимают ближайшее большее значение по п.4.

На каждой ступени нагружения образца грунта снимают отсчеты по приборам для измерения вертикальных деформаций в следующей последовательности:

первый отсчет — сразу после приложения нагрузки;

затем через 0,25; 0,5; 1; 2; 5; 10; 20; 30 мин и далее с интервалом 1 ч в течение рабочего дня;

затем в начале и конце рабочего дня до условной стабилизации деформации образца.

За критерий условной стабилизации деформации принимают скорость деформации образца, не превышающую 0,01 мм за последние 4 ч наблюдений для песков, 16 ч — для глинистых.

В необходимых случаях по специальному заданию может быть произведена разгрузка образца грунта в последовательности, обратной порядку нагружения, а также повторное испытание грунта на сжимаемость, последовательность которого аналогична последовательности первого нагружения.

При разгрузке последняя ступень должна соответствовать давлению, создаваемому весом штампа и смонтированного на нем измерительного оборудования.

Регистрацию деформации образца при разгрузке следует вести через интервалы времени, указанные в п.7, а критерий условной стабилизации деформации принимать по п.8.

После окончания испытания образца грунта необходимо удалить воду сверху образца и из поддона, снять нагрузку.

В процессе испытания результаты записывают в таблицу 8.2

Таблица 8.2 Результаты испытания грунта методом компрессионного сжатия

Номер образца __________________

Дата ис­пытания

Темпера­тура

Время снятия от-

Время от начала

Номер ступени

Масса груза на

Давление на образец

Показание индикаторов деформаций

Абсолют­ная дефор-

Поправка на дефор-

Абсолют­ная дефор-

Относи­тельная

испытания Т, °С

счета ti, ч

опыта t, ч

нагружения

подвеске рычага прибора, кг

грунта pi, МПа

n1

n2

среднее

мация образца D hi, мм

мацию прибора D, мм

мация с учетом поправки D hi - D, мм

деформа­ция образца e

Обработка результатов:

1. Для определения характеристик т_о, Е и р_str по результатам испытания для каждой ступени нагружения вычисляют:

абсолютную вертикальную стабилизированную деформацию образца грунта D h, мм, как среднее арифметическое показаний измерительных приборов за вычетом поправки на деформацию компрессионного прибора D;

относительную вертикальную деформацию образца грунта по формуле

, (8.2)

где h — начальная высота образца, мм;

2. По вычисленным значениям строят график зависимости e = f (p)

Рис.8.3 График Относительного сжатия водонасыщенного грунта в зависимости от давления ре = f (р)

Масштаб графиков: по горизонтали 10 мм — 0,025 МПа для р;

по вертикали 10 мм — 0,02 для e.

Рисунок 8.4 График относительного сжатия глинистого грунта при частичном разуплотнении в зависимости от давления р

А ¾ точка графика, принимаемая по ординате равной e = D h_н / h;

p_str ¾ структурная прочность при испытании грунта в компрессионном приборе

Через точки графика проводят осредняющую плавную кривую или аппроксимируют эти точки монотонной зависимостью.

Значение давления, соответствующее точке пересечения кривой (см. Рисунок 8.2) с осью давления р, равно значению структурной прочности на сжатие р_str.

3. Вычисляют коэффициенты пористости e_i грунта при давлениях p_i по формуле 8.4

е_i = е_o - e_i (1+ е_о). (8.4)

Коэффициент сжимаемости т_o, МПа^-1, в заданном интервале давлений р_i и p_i+1 вычисляют с точностью 0,001 МПа^-1 по формуле 8.5

, (8.5)

где e_i и e_i+1 — коэффициенты пористости, соответствующие давлениям р_i и p_i+1.

Модуль деформации Е, МПа, в интервале давлений р_i и p_i+1 вычисляют с точностью 0,1 МПа по формулам 8.6 и 8.7

(8.6)

или

, (8.7)

где e_i и e_i+1 ¾ значения относительного сжатия, соответствующие давлениям p_i и p_i+1;

m_o ¾ коэффициент сжимаемости, соответствующий интервалу давления от p_i до p_i+1;

b ¾ коэффициент, учитывающий отсутствие поперечного расширения грунта в компрессионном приборе и вычисляемый по формуле 8.8

, (8.8)

где v — коэффициент поперечной деформации, при отсутствии экспериментальных данных допускается принимать v равным:

0,30—0,35 — для песков и супесей;

0,35—0,37 — для суглинков;

0,2¾0,3 при I_L < 0— для глин;

0,3¾0,38 при 0 £ I_L £ 0,25— для глин;

0,38¾0,45 при 0,25 < I_L £ 1,0 — для глин;

При этом меньшие значения v принимают при большей плотности грунта.

Литература

ГОСТ 22733¾77 Грунты. Метод лабораторного определения максимальной плотности.

ГОСТ 12248-96 Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости.

ГОСТ 5180-84 Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик.

ГОСТ 25584—90 Грунты. Методы лабораторного определения коэффициента фильтрации.

ГОСТ 25100—95 Грунты. Классификация.

Бабков В. Ф., Безрук В. М. Основы грунтоведения и механики грунтов: учеб. пособие для автомоб.-дор. спец. вузов.- 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк.; 1986 - 239 с., илл.

Чаповский Е.Г. Лабораторные работы по грунтоведению и механике грунтов. М., Недра, 1975.

Дата добавления: 2015-07-07