ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7

СЖИМАЕМОСТЬ ГРУНТОВ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОТНОСИТЕЛНОЙ ПРОСАДОЧНОСТИ ГРУНТА (ГОСТ 12248-96, ГОСТ 23161-78)

1. Сжимаемость грунтов.

Цель работы: определение характеристик сжимаемости грунта а и Е в условиях невозможности его бокового расширения; а – коэффициент уплотнения или сжимаемости, 1/МПа; Е – модуль деформации грунта, МПа.

Сжимаемостью грунтов называют способность их уменьшаться в объеме (давать осадку) под действием внешнего давления.

Сжимаемость глинистых пород зависит от их минералогического состава, степени дисперсности, состава обменных катионов, пористости, а также от состояния породы и условий сжатия.

Каждому сообщенному на грунт давлению соответствует определенная пористость и влажность.

Графически зависимость пористости от давления, при невозможности бокового расширения, изображают компрессионной кривой (пример построения кривой приведен в приложении Г).

Для построения ее на оси абсцисс откладывают вертикальные давления Р_i, а по оси ординат – соответствующие им коэффициенты пористости е_i.

На небольшом отрезке компрессионную кривую можно заменить прямой. Тангенс угла наклона этой прямой характеризует компрессию (сжимаемость, деформируемость) грунта на данном интервале давлений и является коэффициентом компрессии а.

Кроме того, по результатам компрессионных испытаний рассчитывают и модуль деформаций Е, играющий важную роль при расчете осадок фундаментов зданий и сооружений.

Общие сведения о требованиях ГОСТ 12248-96 /1/.

Метод, принятый в ГОСТ 12248-96 /1/, распространяется на глинистые грунты. Характеристики сжимаемости могут определяться для грунтов естественной влажности или полностью водонасыщенных. Условия проведения испытаний должны соответствовать тем условиям, в которых будет находиться грунт основания в период строительства, эксплуатации здания или сооружения, возводимого на этом основании (при сохранении естественной влажности, или при обводнении основания, закреплении грунта, его уплотнении, замене насыпным грунтом и др.).

 

Необходимое оборудование:

1. Компрессионный прибор К–1М – одометр «Гидропроект» с площадью кольца S = 60 см², высотой кольца h₀ = 25 мм и соотношением рычагов прибора 1/10 (рисунок 7).

2. Монолит образца грунта ненарушенной структуры и естественной влажности, согласно ГОСТ 12071-2000 /2/.

3. Индикатор деформаций часового типа с ценой деления шкалы 0,01 мм (для измерения вертикальных деформаций образца при действии уплотняющей грунт нагрузки).

4. Набор гирь массой по 3 кг.

Проведение эксперимента в лабораторных условиях по ускоренной схеме.

Ход работы:

1. Кольцо с образцом грунта покрывают с двух сторон увлажненными фильтрами, вставляют в верхнюю часть стакана и производят сборку одометра.

2. На поверхность образца устанавливают перфорированный штамп, в углубление которого кладут шарик. Сверху на собранный стакан навинчивают кольцо–арретир, ограничивающий набухание образца при замачивании.

3. Собранный прибор помещают на столик компрессионного прибора так, чтобы шток пресса рычажного устройства находился над шариком.

4. Закрепляют индикаторы в рабочем положении на нулевой отсчет, соответствующий начальному положению поверхности образца до приложения нагрузки.

5. Через каждые три минуты увеличивают нагрузку ступенями по 0,05 МПа до конечной нагрузки 0,3 МПа (на рычаге подвески 18 кг).

6. Записи ведут в журнале (таблица 13).

7. Опыт закончен или может быть продолжен при необходимости определения величины относительной просадочности испытываемого грунта.

 

Исходные данные:

h_о – высота образца до начала испытаний (h_о = 25 мм); е_о- коэффициент пористости до начала испытаний, определенный в лабораторной работе № 5.

Рисунок 7 - Принципиальная схема компрессионного прибора (одометра):

1 – испытуемый образец; 2 – жесткое грунтоотборочное кольцо; 3 - обойма-корпус; 4 - поддон; 5 – фильтр; 6 - полость; 7 – направляющее кольцо; 8 – штамп-фильтр; Р – сжимающее давление

 

Таблица 13 - Журнал компрессионных испытаний

 

Груз на под-веске, N, кг	Дав-ление Р, МПа	Деформации образца, мм	Относительная деформация εi	Изменение коэффициента пористости ∆еi = εi(1+ео)	Коэффициент пористости еi = ео - ∆еi
№ 1	№ 2	cреднее ∆hi
	0,05
	0,10
	0,15
	0,20
	0,25
	0,30
Замачивание
	0,30
	0,40

 

Величина относительной деформации образца грунта: ε_i = ∆h_i/h_o .

Вычисляют коэффициенты пористости е_i, соответствующие давлению Р_i, используя формулу:

е_i = е_о- ∆е_i ; ∆е_i =

По известным значениям е_i и Р_i строят график зависимости е_i = f(Р_i) - компрессионную кривую.

Пример построения компрессионной кривой приведен в приложении Г, рисунок 1.

Коэффициент уплотнения (сжимаемости) в интервале давлений 0,1-0,3 МПа вычисляется по формуле:

1/МПа,

где е_0,1 и е_0,3 – коэффициенты пористости, соответствующие давлениям 0,1 и 0,3 МПа.

Модуль деформации грунта Е в интервале давлений 0,1-0,3 МПа вычисляются по формуле:

МПа,

где β - безразмерный коэффициент, зависящий от коэффициента бокового расширения грунта и принимаемый равным: 0,74 – для лессовидных супесей, 0,63 – для лессовидных суглинков, 0,40 – для лессовидных глин.

 

2. Определение относительной просадочности грунтов

(ГОСТ 23161-78) /3/.

Выявление и определение просадочности грунтов имеет большое практическое значение при проектировании строительства различных сооружений на лессовых грунтах. Под просадочностью понимают уменьшение объема грунта при увлажнении под действием внешней нагрузки или собственного веса.

Основными характеристиками просадочных свойств грунтов являются:

- относительная просадочность ε_sℓ;

- начальное просадочное давление Р_sℓ;

- начальная просадочная влажность w_sℓ.

Характеристики просадочности ε_sℓ и Р_sℓ определяются по ГОСТ 23161-78 /3/.

Относительной просадочностью ε_sℓ называется отношение приращения осадки ∆h_пр, вызванной воздействием заданной ступени нагрузки на переувлажненный образец грунта, к первоначальной высоте h_о этого образца при его естественной влажности и природном давлении.

ε_sℓ= ,

где h΄- высота образца грунта природной влажности при давлении 0,3 МПа;

h_пр – высота образца грунта после дополнительного сжатия (просадки) в результате замачивания при том же давлении.

При значении ε_sℓ ≥ 0,01 – грунты просадочные, при ε_sℓ < 0,01 – грунты непросадочные (ГОСТ 25100-95 /4/).

Начальным просадочным давлением Р_sℓ считается такое давление, при котором возникает просадка, оцениваемая значением ε_sℓ = 0,01. При действии на грунт давлений Р < Р_sℓ дополнительными осадками (просадками) за счет переувлажнения грунта пренебрегают; при этом условии грунт считается условно непросадочным.

Начальной просадочной влажностью w_sℓ считают такую влажность, при которой грунты, находящиеся в напряженном состоянии, вызванном внешней нагрузкой и собственным весом грунта (или только собственным весом), начинают проявлять просадочные свойства при значении ε_sℓ = 0,01.

Для определения величины относительной просадочности методом «одной кривой» при давлении Р = 0,3 МПа продолжаем компрессионные испытания на приборе К-1М – одометре.

 

Ход работы.

1. После относительной стабилизации осадки в компрессионном приборе при давлении Р = 0,3 МПа в резервуар прибора заливают воду для замачивания образца и поддерживают уровень воды в резервуаре по верхнему торцу образца грунта до окончания испытания.

Для замачивания образцов грунта надлежит использовать воду питьевого качества температурой 10-25^о С.

2. Через 10 минут берут отсчет по индикатору и записывают в журнал (таблица 13).

3. Прикладывают нагрузку 0,1 МПа и через 3 минуты берут заключительный отсчет.

4. По результатам испытаний, используя данные таблицы 13, определяют:

а) величины деформации образца грунта после замачивания Δh_i в мм с точностью 0,01, вычисленные как средние арифметические значения показателей индикаторов;

б) величины относительной деформации образцов грунта ε_i после замачивания c точностью 0,001 при соответствующих значениях давления.

5. По величинам коэффициентов пористости (таблица 13) строят компрессионную кривую (рисунок 8). Пример построения компрессионной кривой в приложении Г.

6. По величинам относительной деформации образцов ε_i строят график зависимости ε_i = f(Р_i) (рисунок 9) с отображением просадочных деформаций, предварительно заполнив журнал (таблица 14).

7. Затем подсчитывают относительную просадочность грунта ε_sℓ при давлении Р = 0,3 МПа по испытаниям по схеме «одной кривой».

 

 

Рисунок 8. Компрессионная кривая

 

Таблица 14 - Журнал расчета величины относительного сжатия в зависимости от давления

 

Давление на образец Р, МПа	Величина деформации грунта ∆hi, мм	Относительная деформация грунта εi =
0,1
0,2
0,3
После замачивания
0,3
0,4

 

Давление на образец Р, МПа

0 0,1 0,2 0,3 0,4

Относительная деформация грунта εi

 

Рисунок 9 - График зависимости ε_i = f(Р_i)