Определение модуля деформации грунта

Испытания проводят в шурфах или скважинах инвентарными жёсткими штампами в первом случае площадью 0,5…1,0 м², во втором – 600 см². Принципиальная схема опыта приведена на рис. 3.21.а.

Рис. 3.21. Схема (а) и результаты (б) полевых испытаний грунтов на сжатие:

1 – шурф;

2 – штамп;

3 – стойка;

4 – прогибомеры.

На дно шурфа 1 или скважины устанавливают жёсткий штамп 2, тщательно притирая его к основанию. К нему через стойку 3 прикладывают нагрузку F со ступенчато возрастающей интенсивностью. Каждую следующую ступень нагрузки прикладывают после стабилизации осадок от предыдущей ступени. Осадки грунтов основания под штампом s измеряют с помощью прогибомеров 4, крепящихся к независимой раме. В различных конструкциях установок используют разные схемы приложения нагрузок и измерения осадок.

Зная среднее давление по е подошве штампа () и соответствующее ему значение стабилизированной осадки s, можно построить опытную зависимость как при возрастании давления (ветвь нагружения), так и при его уменьшении (ветвь разгрузки) – на рис. 3.21.б. Эта зависимость на начальных этапах загружения, как правило, сравнительно близка к прямой, что ещё раз подтверждает возможность принятия линейной зависимости между напряжениями и деформациями в грунтах на этом участке.

Результаты испытаний грунтов статической нагрузкой с помощью жёстких штампов позволяют определить модуль деформации грунтов, используя модель линейной деформируемости, по формуле

, (3.57)

где ω; - коэффициент, зависящий от формы жёсткого штампа (для круглых штампов ω = 0,78; для квадратных ω = 0,88);

b - ширина или диаметр штампа;

ν; - коэффициент Пуассона грунта, принимаемый обычно 0,25;

Δp_i - приращение среднего давления по подошве штампа в пределах интересующих нас изменений давления на участке приблизительно линейной зависимости ;

Δs_i - приращение осадки штампа при изменении давления на Δp_i.

Выражение (3.57) получено из формулы осадки жёсткого штампа на упругом основании, выведенной для условий деформации упругого полупространства Буссинеском. Оно в определённой мере справедливо и для линейно деформируемого полупространства.

Если в уравнение (5.57) подставить значение Δs_i, определённое по ветви разгрузки, получим величину модуля деформации грунта при разгрузке, иногда называемого модулем упругости.

На первый взгляд кажется, что значение Е_о, найденное по формуле (3.57), близко к действительности. Однако это не так. Значение Е_о в данном случае найдено исходя из линейной деформируемости бесконечного полупространства. Фактически же грунты уплотняются в пределах сравнительно ограниченной глубины, ниже которой вследствие рассеивания давления возникают напряжения, меньше структурной прочности грунта. Следовательно, ниже некоторой глубины деформируемость грунта будет намного меньше. Принимая линейную зависимость между напряжениями и деформациями в пределах полупространства, получают завышенный модуль деформации грунта Е_о.

Однако это завышение, а также завышение модуля деформации вследствие неполной стабилизации деформаций грунта во времени из-за медленного развития частично компенсируется тем, что при вскрытии шурфа или бурении скважины в массиве грунта, подвергаемого в дальнейшем испытанию, неизбежно уменьшаются напряжения. Уменьшение же напряжений ведёт к разуплотнению грунта и к частичному нарушению природной структуры. По этой причине в последнее время для испытания грунтов стали применять завинчиваемые штампы.