Лабораторные работы. Сборник лабораторных работ. Сборник лабораторных работ Издание второе, исправленное и дополненное Хабаровск Издательство двгупс 2003

• Название: Сборник лабораторных работ Издание второе, исправленное и дополненное Хабаровск Издательство двгупс 2003
• Анкор: Лабораторные работы
• Дата: 02.09.2021
• Размер: 0.99 Mb.
• Имя файла: Сборник лабораторных работ.doc
• Тип: Сборник; #228955
• страница: 4 из 8

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОМПРЕССИОННЫХ
ХАРАКТЕРИСТИК ГРУНТОв

3.1. Основные положения

Наиболее важным деформационным свойством грунтов является их cжимаемость. Сжимаемостью грунтов называется их способность уменьшаться в объеме под действием внешней нагрузки. Сжимаемость зависит от пористости грунтов, гранулометрического и минералогического состава, природы внутренних структурных связей и характера нагрузки.

Характеристиками сжимаемости являются коэффициент сжимаемости m₀, МПа^-1; коэффициент относительной сжимаемости m_V, МПа ^-1; модуль общей деформации Е_о, МПа, и структурная прочность грунта Р_стр, МПа.

Одним из способов определения характеристик сжимаемости в лабораторных условиях являются компрессионные испытания. Это испытания грунта в условиях одноосного сжатия без возможности бокового расширения. Компрессионное сжатие моделирует процесс уплотнения грунта под центром фундамента. Компрессионные испытания грунтов производят в одометрах – приборах с жесткими металлическими стенками, препятствующими боковому расширению грунта при сжатии его вертикальной нагрузкой. При испытаниях происходит уплотнение грунта за счет уменьшения объема пор и влажности. Для оценки сжимаемости грунта строят график зависимости коэффициента пористости от вертикального давления, получают так называемую компрессионную кривую (рис. 3.1).


Рис. 3.1. Компрессионная кривая
Компрессионная зависимость состоит из двух ветвей: кривой уплотнения и кривой набухания. Кривая набухания получается при разгрузке первоначально сжатого образца. В этом случае будет происходить увеличение объема и пористости образца. Увеличение объема грунта при снятии нагрузки характеризует упругие деформации, а разность между первоначальным объемом и объемом образца после разгрузки – остаточные деформации. Во многих случаях в пределах небольших изменений давлений компрессионная кривая сравнительно близка к секущей прямой (хорде) АВ. Тангенс угла наклона этой прямой к оси абсцисс характеризует сжимаемость грунта и называется коэффициентом сжимаемости.

Коэффициент сжимаемости есть отношение изменения коэффициента пористости к разности давлений. Значение коэффициента сжимаемости определяется по формуле
m₀ = tg  = , (3.1)
где е₁ – значение коэффициента пористости при давлении p₁; е₂ – значение коэффициента пористости при давлении p₂.

Коэффициентом относительной сжимаемости называется относительная деформация, приходящаяся на единицу давления. Определяется по формуле

m_V = , (3.2)
где h_i – деформация (осадка) образца грунта при изменении давления от 0 до p₁ по компрессионной кривой, мм; h – первоначальная высота образца грунта, мм; е₀ – начальное значение коэффициента пористости.

Кроме коэффициентов сжимаемости, по результатам компрессионных испытаний может быть определен модуль общей деформации грунта E₀, МПа, по формуле

Е₀ = , (3.3)
где  – поправка, учитывающая отсутствие поперечного расширения грунта в компрессионном приборе.

Модулем общей деформации называется коэффициент пропорциональности между относительной деформацией и вертикальным давлением. Модуль общей деформации используется при расчете осадок фундаментов.

3.2. Стандартный метод определения
компрессионных характеристик

Необходимое оборудование: компрессионный прибор, набор гирь; фильтровальная бумага; оборудование для определения физических характеристик грунта (рис. 3.2).

Рис. 3.2. Схема компрессионного прибора (одометра): 1 – индикатор с ценой деления шкалы 0,01 мм для измерения вертикальных деформаций образца грунта; 2 – цилиндрическая обойма; 3 – рабочее кольцо с внутренним диаметром более 71 мм и вы­сотой более 20 мм; 4 – поддон с емкостью для воды и перфорированного вкладыша под кольцо; 5 – перфорирован­ный поршень; 6 – механизм вертикальной нагрузки на образец грунта

• Подготовка к испытанию

1. Предварительно определяют физические характеристики грунта.

2. Компрессионный прибор устанавливают в лаборатории на жесткое основание, исключающее вибрацию.

3. Определяют диаметр и высоту рабочего кольца с точностью до 0,01 мм и взвешивают его.

4. Образец грунта для испытания вырезают рабочим кольцом без образования зазоров между грунтом и рабочим кольцом. Кольцо с грунтом до опыта взвешивают.

5. Образец грунта в кольце покрывают с двух сторон влажными фильтрами и помещают в компрессионный прибор.

6. Устанавливают стрелки индикатора в начальное положение.

• Порядок выполнения работы

1. Испытание заключается в том, что образец грунта в рабочем кольце подвергается уплотнению постепенно возрастающим давлением, прикладываемым ступенями. Рост давления вызывает изменение высоты образца грунта, которое регистрируется индикатором и записывается в журнал.

Ступени давления при испытании грунтов должны быть равными 0,0125; 0,025; 0,05; 0,1 МПа и далее с интервалом в 0,1 МПа до необходимых пределов (0,4–0,6 МПа).

2. После приложения каждой ступени давления, показания индикаторов следует регистрировать по ГОСТ 26518-85 через 0,25; 0,5; 1; 2; 5; 10; 20; 30; 60 минут, далее через 1 час в течение рабочего дня, а затем в начале и в конце рабочего дня до достижения условной стабилизации деформаций.

За критерий условной стабилизации деформаций грунта при данной ступени давления следует принимать деформацию не более 0,01 мм для глинистых грунтов за 16 часов; для пылеватых и мелких песков за 4 часа.

В лабораторной работе каждую ступень давления следует выдерживать 5 минут.

3. Разгрузку образца грунта производят также ступенями давления в последовательности, обратной порядку нагружения.

4. После завершения испытания грунт высушивают при температуре 105 2 С и определяют массу сухого грунта. Все результаты измерений и взвешиваний записывают в журнал.

• Обработка результатов

1. Определяют величину абсолютной деформации грунта h_i, мм, по разности конечного и начального показаний индикатора для каждой ступени давления.

2. Определяют величину относительной деформации грунта _i c точностью до 0,001 при соответствующих значениях давления, МПа, по формуле

_i = . (3.4)
3. Строят график зависимости относительных деформаций от вертикального давления  = f(Р).

4. Определяют значение коэффициента пористости е_i при каждой ступени давления p_i по формуле
е_i = е₀ – _i (1 +е₀), (3.5)
где е₀ – начальный коэффициент пористости грунта.

5. Строят график зависимости коэффициента пористости от давления е = f(р), т.е. компрессионную кривую.

6. Определяют коэффициент сжимаемости m₀, МПа^-1, в каждом интервале давлений по формуле
m_0i = . (3.6)
7. Определяют коэффициент относительной сжимаемости m_V, МПа^-1, в каждом интервале давлений по формуле
m_Vi = , (3.7)
где е_i – значение коэффициента пористости при давлении p_i (начальное значение коэффициента пористости для i-го интервала давлений).

8. Определяют модуль общей деформации грунта, МПа, в соответствующих интервалах давлений по формуле
Е_i =  (3.8)

или

Е_i = , (3.9)
где _i и _i+1 – величины относительного сжатия, соответствующие давлениям p_i и p_i+1;  – поправка, принимаемая для пылеватых и мелких песков – 0,8; супесей – 0,7; суглинков – 0,5; глин – 0,4.

9. Результаты вычислений записывают в журнал.

По полученным результатам делают вывод о степени сжимаемости грунта с использованием данных табл. 3.1.
Таблица 3.1

Степень сжимаемости грунта

Степень сжимаемости грунта	mo, МПа-1	Е0, МПа
Несжимаемый Малосжимаемый Среднесжимаемый Повышенной сжимаемости Сильносжимаемый	< 0,01 0,01–0,05 0,05–0,1 0,1–1 >1	>100 30 – 1000 15–30 5–15 <5

Вопросы для самоконтроля

1. Что называется сжимаемостью грунта?

2. Что такое компрессионное сжатие?

3. Назовите характеристики сжимаемости грунта?

4. Как подготавливаются образцы к компрессионным испытаниям?

5. Какова последовательность компрессионного испытания грунта?

6. Что принимается за критерий условной стабилизации деформации грунта?

7. Как производится обработка результатов компрессионных испытаний?

8. Какие строятся графики при испытании грунта на сжатие?

9. Как можно судить о степени сжимаемости грунта по виду компрессионной кривой?

10. Что такое упругая и остаточная деформация грунта?

11. В каких инженерных расчетах используются характеристики сжи­маемости грунтов?

3.3. Задачи и решения

Задача 1. Определить компрессионные характеристики суглинка, если при испытании образца высотой h = 20 мм, начальном коэффициенте пористости е₀ = 0,68 получены величины деформации, представленные в табл. 3.2.

Решение

1. Определяем относительную деформацию (осадку) образца для каждой ступени вертикального давления по формуле (3.4)
_i = = 0,006.
Результаты вычислений сводим в табл. 3.2.

2. Определяем коэффициент пористости грунта для каждой ступени вертикального давления по формуле (3.5)
е_i = е₀ – _i (1 + е₀) = 0,680 – 0,006 (1 + 0,680) = 0,670.
Результаты вычислений сводим в табл. 3.2.

3. 
   По полученным значениям е_i можно построить компрессионную кривую.
   
4. 
   Определяем коэффициент сжимаемости грунта для каждой ступени вертикального давления по формуле (3.6)
   

m_oi = = = 0,1 МПа^-1.
Результаты вычислений сводим в табл. 3.2.

5. Определяем модуль общей деформации грунта для каждой ступени вертикального давления по формуле (3.8)
Е_i =  = 0,5= 8,33 МПа.
Результаты вычислений сводим в табл. 3.2.

Таблица 3.2

Результаты испытания грунта на компрессию

Вертикальное давление р, МПа	Деформация образца h1,мм	Относительная деформация 	Коэффициент пористости е	Коэффициент сжимаемости m0, МПа-1	Модуль общей деформации Е0,МПа
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6	0 0,12 0,19 0,23 0,26 0,29 0,31	0 0,006 0,0095 0,0115 0,013 0,0145 0,0155	0,680 0,670 0,664 0,661 0,658 0,656 0,654	0 0,1 0,06 0,03 0,03 0,02 0,02	0 8,33 14,28 25,00 33,33 33,33 50,00

Задача 2. Определить модуль общей деформации суглинка, если под вертикальным давлением р = 0,2 МПа образец высотой h = 100 мм дал абсолютную осадку h = 2 мм.

Решение

Модуль общей деформации суглинка определяется по формуле
Е₀ = = 0,5 = 5 МПа.

Задача 3. Определить коэффициент сжимаемости мелкого песка с начальным коэффициентом пористости е₀=0,65 и модулем общей деформации Е₀ = 12 МПа.

Решение

Коэффициент сжимаемости может быть определен по формуле
m₀ =  = 0,8 = 0,11.
Задача 4. Пользуясь результатами испытания грунта на компрессию (табл. 3.2), изложенными в задаче 1, определить степень его сжимаемости при разных ступенях вертикального давления.

Решение

Степень сжимаемости грунта устанавливают по величинам коэффициента сжимаемости m₀ или модуля общей деформации Е₀ с использованием данных табл. 3.1.

1. При вертикальном давлении р = 0,1 МПа значения указанных величин m₀ = 0,1 МПа^-1, Е₀ = 8,33 МПа грунт обладает повышенной сжимаемостью.

2. При вертикальном давлении р = 0,2 МПа значения указанных величин m₀ = 0,06 МПа^-1, Е₀ = 14,28 МПа грунт переходит в состояние среднесжимаемое. В таком же состоянии он находится и при вертикальном давлении р = 0,3 МПа.

3. В интервале вертикального давления от р = 0,4 МПа до р = 0,6 МПа коэффициент сжимаемости уменьшается до m₀ = 0,02 МПа^-1, модуль общей деформации увеличивается до Е₀ = 50 МПа. По степени сжимаемости грунт становится малосжимаемым.