Лабораторна робота №4

Випробування на просадковість лесових ґрунтів

В практиці вишукувань найбільш широке застосування знаходять два способи визначення відносної просадковості в компресійному приладі: за методом однієї та за методом двох кривих.

За методом однієї кривої (рис. 1.5) випробовують один зразок непорушеної структури природної вологості при заданому тиску . Зразок завантажують ступенями до заданого тиску р. Після стабілізації деформацій ґрунту від заданого тиску р зразок ґрунту зволожують до повного водонасичення. При цьому відбувається просідання ґрунту, яке замірюють індикатором. Досягнувши стабілізації насиченого водою зразка, продовжують його компресійне випробування (див. рис. 1.5).

За методом двох кривих компресійні випробування виконують на двох зразках: перший зразок природної вологості; другий – в стані повного водонасичення. При такому методі одержують дві криві залежності зміни коефіцієнту пористості від тиску, що дозволяє визначити відносну просадковість при будь-якому тискові р.

Рисунок 1.5 - Компресійна крива просадкового ґрунту (за методом однієї кривої)

Необхідне устаткування та підготовка приладу такі ж. як і при випробуванні на компресію зв’язних або сипучих ґрунтів (див. лабораторну роботу №1).

До початку досліду повинні бути визначені маса зразка, щільність ґрунту , щільність частинок ґрунту , природна вологість w, коефіцієнт пористості е, глибина відбору зразка z, товщина і-го шару просадкової товщі , тиск р.

1.6.1 Хід роботи

Підготовку зразка, збирання приладу виконують так, як і в лабораторній роботі № 1.

Випробування лесового ґрунту до тиску, рівного , за методом однієї кривої виконують аналогічно до випробувань ґрунту на компресію (див. лабораторну роботу №1).

1. Після досягнення умовної стабілізації деформацій зразка від дії тиску р роблять зволоження ґрунту до повного водонасичення. При цьому спостерігається інтенсивне зростання деформацій ґрунту, яке має назву просідання. В навчальній роботі час стабілізації водонасиченого зразка приймається рівним 10-15 хвилин (до моменту зупинки стрілки індикатора).

2.Подальше випробування виконують при заданих значеннях тиску (в цій роботі = 250 і 300 кПа).

Результати спостережень заносять в журнал (табл. 1.5).

Таблиця 1.5 – Журнал спостережень

Наванта-ження, кН	Тиск, кПа	Показання індикатора, мм	Осідання зразка, мм	Відносне осідання	Приріст кое-фіцієнта по-ристості	Коефіці-єнт по-ристості
0, 00	0, 00	0, 00	0, 00	0, 00	0, 00

1.6.2 Обробка результатів досліду

1. Обчислюють осідання зразка, відносне осідання, приріст ∆ , коефіцієнт пористості .

2. Будують графік залежності (див. рис. 1.5).

3. Обчислюють відносну просадковість ε _sl і виконують класифікацію ґрунту (просадковий, непросадковий). Тиск від власної ваги ґрунту визначають за формулою , де - питома вага ґрунту; - щільність ґрунту; - прискорення сили тяжіння; z - глибина відбору зразку.

Висоту зразка ґрунту, стисненого напруженням від власної ваги ґрунту, обчислюють інтерполяцією на підставі даних про зміну висоти зразка в журналі спостережень (табл. 1.5). При цьому висота зразка , де h_k - висота кільця; s- осідання зразка від дії тиску , яке й обчислюється інтерполяцією з використанням дослідної залежності тиску і осідання в таблиці 1.5.

4. Виконують побудову графіка залежності , де - відносна деформація зразка; - осідання зразка, - початкова висота зразка (рис. 1.6).

5. Екстраполюють дві вітки кривої , одну частину (осідання зразка до зволоження) в бік збільшення тиску , другу частину (осідання зразка після насичення водою) в бік початку координат.

6. На рис. 1.6 знаходять відстань між двома кривими, яка відповідає величині відносної просадковості ε _sl= 0, 01. При цьому використовують значення , обчислене для , яке на графіку одержане в процесі його побудови.

7. Початковий просадковий тиск р_sl знаходять на осі при 0, 01.

8. Вираховують просідання шару ґрунту за допомогою наведеної вище формули (1.10), використовуючи знайдені величини і .

Рисунок 1.6 - Визначення початкового просадкового тиску за результатами компресійних випробувань: 1 - стиснення ґрунту природної вологості; 2 - теж в водонасиченому стані; 3 - відносна просадковість ґрунту; 4 - частини кривої, одержані за екстраполяцією

Контрольні запитання

1. При якій величині навантаження зразок зволожується для визначення відносної просадковості за методом однієї кривої?

2. Як використовується коефіцієнт для класифікації лесових ґрунтів, для розрахунків просідання?

3. Які геологічні умови стали причиною утворення лесових ґрунтів?

4. Чому при зволоженні лесових ґрунтів спостерігається їх просідання?

5. Які типи лесових ґрунтів за просадковістю ви знаєте? В чому різниця прояву просадковості цих типів?

6. В яких розрахунках враховується просадковість ґрунтів?

7. Які фактори роботи основи враховує коефіцієнт ?

1.7 Осідання глинистих ґрунтів з часом

Осідання зв’язних та сипучих ґрунтів, які частіше за все бувають основами будинків та споруд, змінюються протягом часу при дії навантаження постійної величини. В піщаних ґрунтах осідання відбувається практично відразу після прикладення навантаження.

В глинистих ґрунтах період стабілізації складає десятки та сотні років (рис. 1.7). При цьому осідання починається після подолання структурної міцності або початкового гідравлічного градієнту для даного ґрунту.

Рисунок 1.7 -.Осідання глинистого водонасиченого грунту з часом

Зміна об’єму глинистих ґрунтів проходить повільно. З пор ґрунту при цьому витісняється повітря, потім вода, частинки ґрунту перепаковуються - ґрунт ущільнюється.

В піщаних ґрунтах та глинистих ґрунтах твердої консистенції осідання закінчується практично в період будівництва споруди, а в водонасичених глинистих ґрунтах пластичної та текучої консистенції осідання відбуваються і після зведення споруд, причому кінцева деформація може досягати десятків, а інколи і сотень сантиметрів.

Осідання глинистих ґрунтів протягом часу залежать від їх водопроникності, повзучості скелету та деформованості всіх компонентів ґрунту: стисненого повітря, парів, газів, скелету ґрунту, порової води. Розрізняють дві фази ущільнення водонасиченого ґрунту протягом часу (дві фази консолідації): фільтраційну (первинну) та пластичну (вторинну).

При фільтраційній консолідації швидкість осідання під навантаженням визначається можливістю витіснення води з пор ґрунту. Швидкість фільтрації води залежить від коефіцієнта фільтрації та гідравлічного градієнту, який в даному випадку залежить від напруженого стану основи. При пластичній консолідації швидкість осідання ґрунту залежить від характеристик повзучості ґрунтового скелету, які проявляються під час навантаження.

Водонасичені ґрунти, котрі являють собою багатофазну систему, при навантаженні зовнішньою силою мають три стадії ущільнення: миттєве стиснення (зумовлене стисливістю порової води), фільтраційне ущільнення (зумовлене переважно фільтрацією води з пор ґрунту) та

вторинна консолідація, зумовлена повзучістю скелету ґрунту (зсув частинок, їх агрегатів, водноколоїдних оболонок) (рис. 1.8).

Рисунок 1.8 - Крива консолідації

Узв’язку з застосуванням теорії фільтраційної консолідації для оцінки швидкості осідання водонасичених ґрунтів лабораторними методами виникає необхідність визначення початку та закінчення фільтраційної консолідації.

Початок фільтраційної консолідації визначається за допомогою початкового відрізка кривої, побудованої в координатах і (рис. 1.9). Оскільки процес фільтраційного ущільнення пропорційний , то, продовжуючи прямолінійний відрізок до осі , одержують точку 1, що відповідає початку фільтраційної консолідації (тобто 0, де - ступінь консолідації, який характеризується відношенням осідання в будь-який момент часу до кінцевого (стабілізованого) осідання ).

Закінчення фільтраційного ущільнення визначають за допомогою кривої, яка побудована в напівлогарифмічній системі координат ( і )шляхом знаходження точки перетину нижнього відрізку кривої фільтраційної консолідації і останнього відрізка кривої, що відповідає вторинній консолідації (рис. 1.10), при цьому одержимо точку 2.

Розділивши відрізок 1-2 на 5 частин, одержимо точки, які відповідають , ,..., , що дозволяє визначити величину часу, необхідного для досягнення відповідного ступеня консолідації.