и консолидационных характеристик

Методика определения сдвиговых характеристик

Сопротивляемость грунта сдвигу S_pw (МПа, кгс/см²) рассчитывают по формуле

где р - вертикальная нагрузка, МПа (кгс/см²);

å _w и С_с - связность и структурное сцепление грунта, МПа (кгс/см²).

Испытания проводят по методике быстрого сдвига на образцах с искусственной структурой (насыпи) и естественной (выемки). Скорость сдвига подбирают с таким расчетом, чтобы весь опыт длился не более 2 мин.

Величину нормальных напряжений необходимо подбирать таким образом, чтобы при проведении испытаний они не были меньше сопротивляемости грунта сдвигу при этих напряжениях. Рекомендуются следующие напряжения (нагрузки): 0,15, 0,25, 0,35 МПа (1,5; 2,5; 3,5 кгс/см²).

Начальные плотность и влажность грунта должны охватывать диапазон изменения его плотности и влажности в различных конструктивных элементах земляного полотна.

Довести грунт до заданной плотности при одинаковой начальной влажности или до заданных плотности и влажности можно путем выдерживания образцов перед испытанием под различными нагрузками либо под одной нагрузкой, но разное время в приборе предварительного уплотнения.

После сдвигового испытания образца из зоны сдвига отбирают часть грунта для определения контрольной влажности.

Для разделения полного сцепления С_w на восстанавливающуюся(å _w) и невосстанавливающуюся(С_с) части испытывают идентичные образцы методом "плашек".

Для этой цели образцы после сдвиговых испытаний разрезают на две половины (плашки) в зоне сдвига, соединяют их в сдвиговом приборе, прикладывают ту же нормальную нагрузку, которая была принята при предшествующем испытании, и производят сдвиг образца по фиксированной поверхности. Начальные плотность и влажность образцов грунта и нагрузка на них должны быть такие же, что и при основных испытаниях.

Результаты обрабатывают по методике плотности - влажности проф. Н. Н. Маслова.

Методика определения компрессионных характеристик

Перед установкой в прибор рабочего кольца его торцевую поверхность с двух сторон покрывают кружками фильтровальной бумаги для обеспечения двусторонней фильтрации или с одной стороны - резиновой прокладкой, с другой - фильтрационной бумагой для создания условий одномерной фильтрации.

Загружение образца грунта необходимо осуществлять ступенями: 0,05; 0,1; 0,2; 0,4; 0,6 МПа (0,5; 1; 2; 4; 6 кгс/см²). Каждую нагрузку выдерживают до условной стабилизации деформации образца, равной 0,02 мм/сут.

Деформацию образца замеряют мессурами - индикаторами часового типа с ценой деления 0,01 мм.

При методике испытаний, предусматривающей взвешивание образца после стабилизации деформации грунта под каждой ступенью нагрузки, из прибора быстро извлекают рабочее кольцо с образцом и взвешивают его, определяя изменение массы (или массу отжатой воды). Затем образец вновь помещают в компрессионный прибор и уплотняют той же нагрузкой, после чего прикладывают следующую ступень нагрузки и выдерживают ее до завершения деформации, снова определяют деформацию образца и потерю массы и т.д.

Во время опыта следует одновременно регистрировать деформацию образца и время ее достижения для определения компрессионных и консолидационных характеристик испытываемого грунта.

По опытным данным рассчитывают относительную деформацию образца под каждой ступенью нагрузки и строят график зависимости l = f (р) и l = f (lg t). Для определения пороговой нагрузки рассчитывают коэффициент пористости e и строят график зависимости e = f (lg Р). Величина нагрузки, соответствующая точке перелома указанной зависимости, является начальной (пороговой).

Для возможности оценки величины и характера доуплотнения глинистых грунтов в насыпи (или в расчетных слоях) значения ступеней нагрузки в компрессионных испытаниях необходимо пересчитать на соответствующие толщины слоев насыпи по формуле h = Р / g_w,где Р - нагрузка, МПа (кгс/см²).

Далее но данным компрессионных испытаний определяют плотность сухого грунта по известной формуле . На основе полученных значений строят эпюру изменения плотности сухого грунта по высоте насыпи, т.е. плотность, которая достигается в результате доуплотнония под статической нагрузкой в зависимости от рабочей отметки. При необходимости рассчитывают коэффициент уплотнения К_у.

Для определения влияния степени влажности глинистого грунта на его деформативные свойства зависимости l = f (Р), полученные для образцов грунта с различной начальной влажностью (различными коэффициентами увлажнения), следует перестроить, представив их в виде зависимости относительной деформации образца грунта от начального коэффициента увлажнения при различных нагрузках (или по высоте насыпи) l = f (K_w).

При необходимости учета соотношения объемов компонентов (воды, воздуха) грунта в заданном объеме в зависимости от различных условий (степени влажности действующей нагрузки и т.д.) их рассчитывают по результатам компрессионных испытаний:

масса сухого грунта:

где V_r - объем грунта;

масса воды:

объем грунта:

объем воздуха:

где V_к - объем кольца;

V_в - объем воды.

Методика определения консолидационных характеристик

В тех случаях, когда недостаточно данных совмещенных компрессионных и консолидационных испытаний, проводится дополнительная серия испытаний грунта на консолидацию.

Испытывают идентичные образцы различной высоты (при этом необходимо соблюдатьих геометрическое подобие) или одинаковой высоты, но при разных условиях дренирования. Уплотняющая нагрузка в опыте должна соответствовать расчетной для данного слоя.

Деформацию образца следует фиксировать через определенные промежутки времени: 0,15'; 0,30'; 0,45'; 1', 2', 3', 5', 10', 15', 20', 30', 60', 90', 120', 180', 360' и далее 3 раза в сутки до достижения условной стабилизации деформации образца.

В результате обработки опытных данных строят графики зависимости l = f (lg t). По характеру получен н ы х консолидационных кривых и их взаимному расположению определяют закономерности процесса уплотнения для данного конкретного случая и факторы, влияющие на скорость этого процесса.

Условия независимости интенсивности уплотнения от высоты образца на фильтрационной и вторичной стадиях уплотнения считаются достигнутыми в следующих случаях:

кривые консолидации образцов различной высоты (или одинаковой, но при разных условиях дренирования) совпадают;

расхождение в относительной деформации за одно и то же время по кривым консолидации указанных образцов не превышает точности измерения деформации;

кривые консолидации образцов с различными путями фильтрации параллельны.

Исходя из указанных условий, на полученной консолидационной зависимости l = f (lg t)следует выделить участки дофильтрационной, фильтрационной консолидации и консолидации ползучести.

Переход первой стадии во вторую выражается в том, что экспериментальные точки выходят на криволинейный участок, при испытании образцов различной высоты кривые консолидации начинают расходиться. Переход второй стадии в последнюю характеризуется тем, что экспериментальные точки устойчиво ложатся на прямую линию (см. рис. 5.5).

За консолидационный параметр на стадии дофильтрационной консолидации и консолидации ползучести принимают угловой коэффициент т_р, на стадии фильтрационной консолидации - показатель степени консолидации п.

 

 

Рис. 1. Зависимость относительной осадки от нагрузки при K_w = 1,4 (–––) и

K_w = 1,2 (----): 1 - K_у = 0,75; 2 - K_у = 0,8; 3 - K_у = 0,85; 4 - K_у = 0,9; 5 - K_у = 0,95

 

В качестве примера результатов обработки экспериментальных данных приведены компрессионные и консолидационные зависимости, полученные при испытании грунта с участка автомобильной дороги Серпухов-Тула с различными начальными значениями плотности и влажности (рис. 1, 2).

а), б)

в)

 

Рис. 2. Зависимость относительной деформации от времени при Р_упл = 5 МПа:

а - K_w = 1,4; r_d/r_{d макс} = 0,9; б - K_w = 1,4; r_d/r_{d макс} = 0,95; в - K_w = 1,2;

r_d/r_{d макс} = 0,9; 1 - h_обр = 2 см; h_ф = 1 см; 2 - h_обр = 2,5 см; h_ф = 2,5 см