- •Министерство образования российской федерации
- •Тюменская государственная архитектурно-строительная академия
- •Кафедра механики грунтов, оснований и фундаментов
- •Методические указания к лабораторным работам
- •Содержание
- •Введение
- •Основные понятия механики грунтов
- •1.Физические свойства грунтов
- •1.Механические свойствагрунтов
- •Лабораторная работа № 1 Определение плотности грунта методом режущих колец
- •Лабораторная работа №2 Определение влажности грунта методом высушивания до постоянной массы
- •Лабораторная работа №3 Определение границ пластичности и текучести глинистых грунтов
- •Определение границы текучести глинистых грунтов
- •2.Определение границы раскатывания глинистых грунтов
- •Лабораторная работа №4 Определение максимальной плотности грунта при оптимальной влажности грунта
- •Лабораторная работа № 5 Определение угла естественного откоса песчаного грунта
- •1. Определение угла естественного откоса песков в сухом состоянии
- •2. Определение угла естественного откоса песков в подводном состоянии
- •Лабораторная работа № 6 Определение коэффициента фильтрации песчаного грунта
- •1.Формирование образца
- •2.Насыщение образца водой.
- •3.Проведение испытаний.
- •Лабораторная работа №7 Определение сопротивления грунтов одноплоскостному срезу
- •1. Предварительное уплотнение образца перед срезом при консолидированно-дренированном испытании
- •2. Срез грунта при консолидированно-дренированном испытании.
- •Лабораторная работа №8 Определение компрессионного сжатия грунтов
- •Проведение испытания для определения характеристик mo, е и рstr
- •Литература
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 mo, модуля деформацииЕ, структурной прочности на сжатиерstr, коэффициентов фильтрационной и вторичной консолидациисvисдля песков мелких и пылеватых, глинистых грунтов с показателем текучестиIL> 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 mo, е и рstr
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 р1при испытании песков принимают в зависимости от коэффициента пористостиепо таблице 8.1, а последующие ступени давленияр, принимают равными 0,0125; 0,025; 0,05; 0,1 МПа и далее с интервалом 0,1 МПа до заданного значения нагрузки.
Таблица 8.1Первая ступень давления
Коэффициент пористости е |
е 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 рstrпервую 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 > 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 hi, мм |
мацию прибора , мм |
мация с учетом поправки hi - , мм |
деформация образца |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Обработка результатов:
1. Для определения характеристик то, Еи рstrпо результатам испытания для каждой ступени нагружения вычисляют:
абсолютную вертикальную стабилизированную деформацию образца грунта h, мм, как среднее арифметическое показаний измерительных приборов за вычетом поправки на деформацию компрессионного прибора;
относительную вертикальную деформацию образца грунта по формуле
, (8.2)
где h— начальная высота образца, мм;
2. По вычисленным значениям строят график зависимости = 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 .
Рисунок 8.4 График относительного сжатия глинистого грунта при частичном разуплотнении в зависимости от давления р
Аточка графика, принимаемая по ординате равной=hн/h;
pstrструктурная 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 сжатиерstr.
3. Вычисляют коэффициенты пористости iгрунта при давленияхpiпо формуле 8.4
еi = еo i(1+ ео). (8.4)
Коэффициент сжимаемости тo, МПа-1, в заданном интервале давленийрiиpi+1вычисляют с точностью 0,001 МПа-1по формуле 8.5
, (8.5)
где eiиei+1— коэффициенты пористости, соответствующие давлениямрiиpi+1.
Модуль деформации Е,МПа, в интервале давленийрiиpi+1вычисляют с точностью 0,1 МПа по формулам 8.6 и 8.7
(8.6)
или
, (8.7)
где i и i+1значения относительного сжатия, соответствующие давлениямpiиpi+1;
moкоэффициент сжимаемости, соответствующий интервалу давления отpiдоpi+1;
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 приниматьvравным:
0,30—0,35 — для песков и супесей;
0,35—0,37 — для суглинков;
0,20,3 приIL< 0— для глин;
0,30,38 при 0IL0,25— для глин;
0,380,45 при 0,25 <IL1,0 — для глин;
При этом меньшие значения vпринимают при большей плотности грунта.