|
Лабораторные работы. Сборник лабораторных работ. Сборник лабораторных работ Издание второе, исправленное и дополненное Хабаровск Издательство двгупс 2003
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5 5.1. Основные положения
Испытание грунта в одометрах и одноплоскостных сдвиговых приборах не полностью моделирует напряженное состояние в основании сооружения под нагрузкой. Наличие трения грунта о стенки прибора и заранее фиксированной плоскости сдвига является недостатком данных приборов. Поэтому для комплексного определения деформационных и прочностных характеристик испытание грунта проводят при трехосном сжатии в стабилометре. Трехосное или всестороннее сжатие грунта в стабилометре соответствует истинному поведению его под сооружением.
Достоинствами стабилометра являются отсутствие фиксированной плоскости сдвига, возможность создания любого соотношения вертикальных и горизонтальных нагрузок в период опыта и возможность бокового расширения образца грунта. Испытания, проводимые в стабилометре, дают возможность получать более достоверные значения модуля общей деформации, коэффициентов бокового давления и расширения, удельного сцепления, угла внутреннего трения, коэффициентов сжимаемости и фильтрации для любого вида грунта. Стандартной методики комплексного исследования грунтов в условиях трехосного сжатия в настоящее время еще нет.
Цель лабораторной работы: определить деформационную Е0 и прочностные , С характеристики грунта.
Для этого заключенный в стабилометр образец грунта в резиновой оболочке подвергают всестороннему сжатию. Боковое давление на грунт p2 = p3 создается водой, заполняющей камеру прибора; вертикальное давление p1 – вертикальной нагрузкой, которая передается на образец через поршень прибора. Образец грунта доводится до разрушения путем увеличения вертикального давления при постоянном боковом. Этот способ разрушения обычно применяют для определения прочностных показателей, характеризующих устойчивость оснований сооружений.
При решении вопросов устойчивости склонов, подпорных стен, откосов насыпей и выемок, оснований гидротехнических сооружений можно использовать следующие схемы разрушений:
– при определенном всестороннем давлении прикладывают вертикальную нагрузку меньше разрушающей, затем путем уменьшения бокового давления доводят образец до разрушения;
– заданное боковое давление p2 уменьшают, а вертикальное p1 увеличивают так, чтобы сумма приложенных давлений оставалась постоянной.
В зависимости от возможности условий удаления сжатой воды из грунта выделяют две системы испытаний: закрытую (недренированное испытание) и открытую (дренированное испытание). Аналогично испытаниям на приборах одноплоскостного среза можно моделировать медленный сдвиг (консолидированно-дренированное испытание) или быстрый сдвиг (неконсолидированно-недренированное испытание).
5.2. Испытание грунта на стабилометре по схеме быстрого сдвига
Необходимое оборудование: установка с гидравлическим стабилометром системы СПГУПС марки ГБ-6 (рис. 5.1).
 
Рис. 5.1. Схема стабилометра ГБ-6: 1 – станина; 2 – образец грунта; 3 – резиновая оболочка; 4 – пресс; 5 – рабочая камера; 6 – компенсатор; 7 – плунжер
Стабилометр состоит из прозрачной герметической камеры 5, внутри которой в тонкой резиновой оболочке 3 помещается образец грунта цилиндрической формы 2 диаметром d = 4 см и высотой h = 8 см. Пространство между стенками камеры и образцом заполняется водой. Боковое давление воды на грунт создается с помощью плавающего плунжера 7, площадка которого загружается гирями. Объем воды в системе регулируется с помощью компенсатора 6. Осевое вертикальное давление на образец грунта создается поршнем 4 с помощью рычажного устройства с подвеской для гирь. Вертикальные деформации образца фиксируются с помощью индикатора.
1. Изготовляется образец глинистого грунта диаметром 4 см, высотой 8 см.
2. Определяются физические характеристики грунта. Результаты заносят в журнал.
3. Образец помещается в резиновую оболочку и устанавливается в рабочую камеру прибора. На учебных занятиях используется подготовленный образец грунта. Для получения прочностных характеристик песчаного грунта достаточно иметь один образец, а для глинистого грунта необходимо испытать минимум два образца при разных значениях бокового давления.
4. Заряженную образцом рабочую камеру устанавливают на специальную подставку и заполняют водой. На поршень камеры крепится рамка для создания вертикального давления и индикатор, показания которого устанавливают на 0.
1. Создают боковое давление p2, МПа, на образец грунта, равное природному на данной глубине, путем приложения нагрузки на площадку плунжера. Масса груза на площадке плунжера m" определяется по формуле
m" = 10 p2 f – m', (5.1)
где f – площадь плунжера, см 2; m' – масса плунжера, кг.
Вращением винта компенсатора уменьшают объем воды в системе до тех пор, пока плавающий плунжер не всплывет примерно до половины своей высоты. Прикладывают к образцу вертикальное давление p1 = p2.
Для этого на подвеску рычажного устройства помещают гири массой m1, кг, определяемой по формуле
m1 =  , (5.2)
где F – площадь образца грунта, см2; N – передаточное число прибора.
После этого образец будет находиться в состоянии всестороннего сжатия.
3. Замеряют индикатором вертикальную деформацию образца от всестороннего сжатия.
4. Боковое давление остается постоянным в течение всего опыта. К образцу грунта ступенями прикладывают вертикальную нагрузку, доводя образец грунта до разрушения. Величина ступени нагрузки и скорость загружения принимаются в зависимости от схемы испытания, состояния грунта и от заданного p2. На учебных занятиях ступени давления принимаются от 0,01 до 0,05 МПа. Нагрузку на подвеску рычажного устройства прикладывают через 1 мин и по индикатору фиксируют величину вертикальной деформации. Результаты испытания записывают в журнал.
5. Испытание считается законченным, если произошел сдвиг одной части образца относительно другой по наклонной площадке, или образовалась "бочка", и при этом величина продольной деформации составляет 15–20 % от первоначальной высоты образца. Сдвиг наблюдается в глинистых грунтах твердой, полутвердой и тугопластичной консистенции, а также в плотных песках. В мягкопластичных глинистых грунтах и рыхлых песках при разрушении образец приобретает форму «бочки».
1. Для каждой ступени нагрузки определяют вертикальное давление p1i по формуле
p1i =  , (5.3)
где mi – суммарная масса грузов на подвеске для i-й ступени нагрузки, кг.
2. Для каждой ступени нагрузки определяют дополнительное давление Ui по формуле
Ui = p1i – p2. (5.4)
3. Определяют относительные деформации образца по формуле
i =  , (5.5)
где hi – вертикальные деформации образца, мм, равные отсчетам по индикатору (если он был установлен перед началом на ноль); h – первоначальная высота образца, мм.
4. Строят график зависимости = f(U) для каждого образца грунта и определяют дополнительное напряжение uл и относительную деформацию л в конце интервала линейной зависимости графика (рис. 5.2).
 
Рис. 5.2. График зависимости = f(U) для двух образцов грунта
5. Определяют модуль общей деформации при трехосном сжатии Е0 по формуле
Е0 =  . (5.6)
6. Определяют предельное значение вертикального давления с учетом увеличения площади поперечного сечения образца в момент разрушения по формуле
piпр =  , (5.7)
где miпр – суммарная масса грузов на подвеске в момент разрушения, кг; пр – относительная деформация образца в момент разрушения.
7. Строят для каждого образца предельные круги напряжений (круги Мора) на диаметре, равном разности главных напряжений p1пр – p2пр.
Проводят касательную к ним линию, которая характеризует сопротивление сдвигу данного глинистого грунта.
Отрезок, отсекаемый этой прямой на оси , есть удельное сцепление С, а угол наклона ее – угол внутреннего трения (рис. 5.3).
, МПа
Рис. 5.3. График предельного равновесия = f(p)
Вопросы для самоконтроля
1. Что представляет собой стабилометр и для чего он применяется?
2. Как производится подготовка образцов грунта к испытанию на стабилометре?
3. Как обеспечивается всестороннее сжатие грунта в стабилометре?
4. Какие характеристики грунта можно определить испытанием на стабилометре?
5. Как проводится испытание грунта на стабилометре?
6. Какие существуют схемы разрушения грунта в стабилометре?
7. Какие существуют системы испытания на стабилометре?
8. Как определяются деформационные характеристики по результатам испытания грунта на стабилометре?
9. Как и для чего строятся круги Мора?
10. Как определяются прочностные характеристики грунта по результатам испытания на стабилометре?
11. Назовите достоинства и недостатки стабилометра.
5.3. Задачи и решения
Задача 1. Для определения угла внутреннего трения чистого рыхлого песка было произведено испытание в стабилометре. Испытание показало, что при боковом давлении p2 = 0,055 МПа для раздавливания образца потребовалось вертикальное давление p1 = 0,195 МПа.
Решение
1. Принимая для чистых рыхлых песков удельное сцепление С = 0, строим круг Мора (рис. 5.4). Проводим из начала координат касательную к этому кругу.
2. Определяем угол внутреннего трения песка из треугольника ОМN
tg =  = 0,64, угол = 32 40'.
Величины ОК и NK можно определять графическим или аналитическим способами.
Рис. 5.4. Построение круга Мора
Задача 2. При испытании двух образцов глинистого грунта в стабилометре были получены следующие результаты: при боковом давлении p2' = 0,022 МПа разрушение первого образца наступило при вертикальном давлении p1'=0,146 МПа и соответственно для другого образца – при p2'' = 0,080 МПа разрушение наступило при p1" = 0,258 МПа. Требуется определить угол внутреннего трения и удельное сцепление с этого грунта.
Решение
1. Строим круги Мора по результатам испытания (рис. 5.5) и проводим касательную линию к ним.
Рис. 5.5. График предельного равновесия = f(p)
2. Продолжим касательную до пересечения в т. О с осью вертикального давления p.
Определяем угол внутреннего трения грунта как угол наклона прямой О1С к оси вертикального давления p. Из подобия треугольников О1АВ и О1СD
sin =  ,
где АВ =  =  = 0,062 МПа;
О1В = О1О + ОВ,
где ОВ = p2' +  =  =  = 0,084 МПа;
CD =  =  = 0,089 МПа;
О1D = О1О + ОD,
где ОD = p2" + =  =  = 0,169 МПа.
Значение О1О находим из равенства
 ,
0,089 (О1О + 0,084) = 0,062 (О1О + 0,169), откуда О1О = 0,11 МПа,
sin =  = 0,319 , угол = 18030'.
4. Определяем удельное сцепление С из выражения
С = О1О tg = 0,11 0,335 = 0,037 МПа.
Значения и С можно определить графическим способом.
|
|
|
Скачать 0.99 Mb.