I. Определение показателей сжимаемости грунтов в компрессионном приборе.

 

Сжимаемостьюгрунтов называют их способность уменьшаться в объеме под действием внешнего давления (т.е. давать осадку за счет более плотной упаковки частиц).

Степень сжимаемости зависит от характера и структуры грунта. Сжимаемость песков невелика и зависит от гранулометрического, минерального состава и плотности сложения. Сжимаемость глинистых пород зависит от минерального состава, степени дисперсности, состояния породы, условий сжатия.

Процесс затухания осадки после приложения нагрузки называют стабилизацией. Стабилизация осадки для песков заканчивается после окончания приложения нагрузки, а для глин - протекает десятки лет.

Испытание выполняют в компрессионном приборе, схема которого приведена на рис. 1.1.

 

(Рис. 1.1.)

I – стол, II – одометр, III – секторы в сборе.

1 – винт опорный, 2 – подвеска с грузами, 3 – траверса подвески, 4 – трос грузовой, 5 – сектор, 6 – палец, 7 – трос тяговой, 8 – винт натяжной, 9 – нижнее коромысло, 10 – маховичок, 11 – стяжка, 12 – шарик для центральной передачи нагрузки, 13 – верхнее коромысло, 14 – упор, 15 – рычаг, 16 – противовес.

 

Схема одометра подробно представлена на рис. 1.2.

(Рис. 1.2.)

Цилиндрическую гильзу 4 с образцом 5 устанавливают на основание прибора 1, накидывают прижимную втулку 3, закрепляют ее винтами 2 и завертывают до упора направляющий стакан 7. Давление на образец передается через поршень 6 с отверстиями, шарик 8, стержень 9. Рычажная система с соотношением плеч рычагов 1:10. Деформацию образца измеряют индикаторами часового типа с ценой деления 0,01 мм.

Сжимаемость грунта оценивают зависимостью между коэффициентом пористости е и давлением р. Графическую зависимость е=f(р) называют компрессионной кривой, которая будет построена после выполнения расчётов.

Перейдем к определению сжимаемости, для этого нам потребуется компрессионный прибор, два индикатора, фильтровальная бумага, кольцо прибора, гири, воронка для подачи воды.

1. Из монолита отбираем грунт в кольцо прибора, одновременно из этого монолита отбираем образец для определения физических характерис- тик грунта ρ, ω, ρ_s.

В лабораторных условиях были определены физические характеристики грунта:

ρ = 1,70 г/см³

ρ_s = 2,70 г/см³

ω = 0,20

2. Кольцо с грунтом устанавливаем в прибор. На грунт устанавливаем штамп, к стойкам которого крепим индикаторы. Стрелки индикаторов устанавливаем на нулевой отсчет.

 

h₀^* - высота образца – 25мм

А – площадь кольца – 50 см2

3. Перед началом загрузки прибора подсчитываем вес груза N, соответствующий ступени нагрузки:

 

N= , формула (1.1)

где: р – заданное давление на образец = 1 МПа;

А – площадь кольца = 50 см2;

n – соотношение плеч рычагов, 1:10;

g – вес коромысла прибора с шариком и

фильтровальной бумагой = 0.

 

N= ,

4. Производим загрузку прибора. Величина ступени нагрузки задается преподавателем. Каждая ступень нагрузки должна выдерживаться до условной стабилизации деформации, принимаемой не более 0,01мм за 16 часов для пылевато-глинистых грунтов и за 4 часа – для песчаных грунтов. В учебных целях каждая ступень нагрузки выдерживается 15 минут.

 

Журнал испытания грунта на сжимаемость

Таблица 1.1

Опыт №1

Время испытания, t, мин.	Вертикальное давление, Р, МПа	Деформация образца, Si=	Относительное сжатие εi= =	Примеч.
		0,00	0,00	Грунт природной влажности (влажный)
	0,1	0,25	0,010

 

Опыт №2

Время испытания, t, мин.	Вертикальное давление, Р, МПа	Деформация образца, Si=	Относительное сжатие εi= =	Примеч.
		0,00	0,00	Грунт природной влажности (влажный)
	0,2	0,52	0,020

 

Опыт №3

Время испытания, t, мин.	Вертикальное давление, Р, МПа	Деформация образца, Si=	Относительное сжатие εi= =	Примеч.
		0,00	0,00	Грунт природной влажности (влажный)
	0,3	0,85	0,034

 

 

Построим график зависимости деформации под воздействием давления:

 

 

 

 

5. Производим обработку результатов испытаний:

- определяем коэффициент пористости e_i, соответствующий давлению Р_i, по формуле:

e_i=e₀ - (1+ e₀), формула(1.2)

где: e₀ = 1= -1 = 0,914

 

Опыт №1

e_{01 =} 0,914 – 0,25/25*(1+0,914) = 0,894

 

Опыт №2

e_{02 =} 0,914 – 0,52/25*(1+0,914) = 0,874

 

Опыт №3

e_{0 3=} 0,914 – 0,85/25*(1+0,914) = 0,848

 

Строим компрессионную кривую е=f(р),

затем определяем коэффициент уплотнения а, равный тангенсу угла наклона прямой, заменяющей участок компрессионной кривой в интервале давлений:

а = tgα = ,

где: e_i, e_i+1 – коэффициенты пористости, соответствующие давлениям р_i, р_{i+1 .}

 

а₁ = tgα = ,

 

а₂ = tgα = .

- в тех же интервалах давлений определяем модуль деформации грунта Е₀ по формуле:

Е₀=β ,

где: β; – коэффициент, зависящий от коэффициента бокового расширения грунта и принимаемый равным:

- для суглинков – 0,5;

 

Е₁=0,5 ,

Е₂=0,5 .

Результаты вычислений сводят в таблицу 1.2.

Таблица 1.2.

Давление, Р, МПа	Относительное сжатие, εi	Коэффициент пористости, е0	Коэффициент уплотнения, аi, 1/МПа	Модуль деформации, Е0, МПа	Примечания
0,1	0,010	0,894	0,2	4,78
0,2	0,020	0,874
0,26	3,68
0,3	0,034	0,848

 

Коэффициент уплотнения характеризует сжимаемость грунта в интервале давлений и позволяет качественно оценить сжимаемость грунта как основания сооружения.

В данной работе рассмотренный грунт можно охарактеризовать, как повышенно сжимаемый, не рекомендуется его использование как основания.