Лабораторна робота №1

ВСТУП

Методичні вказівки по курсу “Механіка ґрунтів, основи та фундаменти” розроблені для підготовки студентів спеціальностей 7.092101 “Промислове і цивільне будівництво “, 7.092103 „Міське будівництво та господарство”, 7.092108 “ Теплогазопостачання і вентиляція “ до виконання лабораторних робіт за програмою дисципліни та їх самостійної роботи в навчальній лабораторії механіки ґрунтів Вінницького національного технічного університету.

Лабораторні заняття дають можливість студентам набути навики з визначення фізико-механічних властивостей ґрунтів, ознайомитись з методами їх досліджень та випробовуваннями, а також закріпити теоретичні знання, одержані на лекціях.

До початку лабораторних робіт студент зобов’язаний вивчити теоретичну частину курсу, потім виконати роботу і захистити її.

В свій журнал, в якому виконуються лабораторні роботи, студент заносить такі відомості: поняття про характеристику ґрунту, що визначається; методику виконання роботи, характеристику використаного обладнання (з додаванням схем), результати виконаних випробувань або дослідів у вигляді таблиць та графіків. Повністю оформлений журнал лабораторних робіт студент представляє викладачеві при здачі звіту.

При виконанні лабораторних робіт необхідно обережно поводитись з приладами та обладнанням, дотримувати правила техніки безпеки.

1 ВИЗНАЧЕННЯ МЕХАНІЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ ГРУНТІВ

Ґрунтами в практичній діяльності інженера-будівельника прийнято називати крихкі та скельні гірські породи, що утворюють верхні горизонти земної кори; на них передають свою вагу і інші експлуатаційні навантаження споруди.

Механічні властивості ґрунтів виявляються при деформуванні деякого об’єму ґрунтів під дією зовнішнього навантаження і характеризуються, головним чином, опором їх стиску та зсуву. Оцінюють механічні властивості ґрунтів кількісними показниками, які підрозділяються на деформаційні характеристики та характеристики міцності.

Найбільш важлива деформаційна властивість ґрунтів – їх стисливість, яка відображає зменшення ґрунту в об’ємі під дією зовнішнього навантаження. Ущільнення ґрунту відбувається в наслідок зменшення об’єму його пор за рахунок переупакування твердих частинок, руйнування частинок та водно-колоїдних плівок, а також видавлювання води з ґрунту.

В залежності від напружено-деформованого стану ґрунту відрізняють: ущільнення ґрунту без обмеження його бічного розширення, ущільнення при обмеженому бічному розширенні і ущільнення без можливості бічного розширення. Перший стан в умовах випробувань реалізується при одновісному стискові зразку ґрунту під пресом, другий – при випробуванні в приладах тривісного стиску (стабілометрах) і при випробовуванні ґрунтів статичним навантаженням за допомогою штампів, третій – при випробовуваннях зразків ґрунту в металевих обоймах (компресійні випробування).

Дуже важливою властивістю міцності ґрунтів є їх опір зсуву. При дії зовнішніх навантажень на ґрунт зв’язки між частинками руйнуються і відбувається їх зсув одна відносно одної.

Ґрунт набуває здатності руйнуватись по деякій поверхні ковзання (зрізу).

Деформації ґрунтів в залежності від характеру навантажень (стиск або зсув) вивчають в лабораторних та польових умовах. Основними показниками (характеристиками) властивостей ґрунтів, за допомогою яких оцінюють деформованість та міцність, є коефіцієнти стисливості та фільтрації, модуль деформації, кут внутрішнього тертя та питоме зчеплення.

При завантаженні та наступному розвантаженні ґрунтів виявляються пружні та непружні (пластичні, залишкові) деформації.

1.1 Характеристики деформованості ґрунтів

В лабораторних умовах стисливість ґрунтів досліджується переважно при компресійному стискові зразків, які знаходяться в металевій обоймі з жорсткими стінками. Стиск ґрунту від зовнішнього навантаження відбувається без можливості бічного розширення (компресія).

В польових умовах ґрунти випробовують штампами (модель фундаменту стандартних розмірів). Ці випробовування можна розглядати як прикладення місцевого навантаження до ґрунтового масиву. В таких умовах ґрунт має можливість частково розширюватись у бічному напрямку.

В загальному випадку стисливість ґрунту залежить від його пористості, мінералогічного та гранулометричного складу, природи зв’язків між частинками ґрунту та характеру прикладеного навантаження.

Динамічні навантаження викликають ефективне ущільнення піщаних ґрунтів. Глинисті ґрунти ущільнюють статичними навантаженнями і протягом тривалого часу.

Величина деформації залежить від товщини шару, що стискується, деформативності компонентів ґрунту (порової води, защемленого повітря, скелету ґрунту). Швидкість деформації визначається водопроникливістю ґрунту, величинами і швидкістю прикладення ступенів навантаження.

Стиск ґрунту без можливості бічного розширення називається компресійним і виконується в приладах, які також мають назву компресійних або одометрів.

Схема компресійного приладу відображена на рис.1.1. Зразок ґрунту знаходиться в металевому кільці. При підготовці приладу до роботи кільце з ґрунтом встановлюють циліндричною виточкою на дно приладу, де розміщений перфорований диск. Зразок ґрунту перед випробуванням накривають знизу і зверху зволоженим фільтрувальним папером. Навантаження на ґрунт передається через штамп поршня. Штамп та диск під зразком мають отвори, через які відтискується вода у процесі зростання зовнішнього навантаження. Деформації зразку ґрунту вимірюють індикатором годинникового типу, ніжка якого спирається на верхню поверхню штампу.

Рисунок 1.1 - Схема одометра: 1- індикатор; 2- штамп; 3- фільтрувальний папір; 4- кільце; 5- дренажний диск; 6- дно приладу; 7- зразок ґрунту

У процесі випробувань ґрунту на компресію реєструють навантаження на нього та осідання. Навантаження прикладають ступенями, причому наступний ступінь можна прикладати після стабілізації осідання ґрунту від попереднього ступеню. При випробуванні ґрунтів в лабораторних умовах вважають, що стабілізація осідання наступила, якщо приріст осідання не перевищує 0, 01мм за останні 16 годин спостережень для глинистих ґрунтів і за 4 години для пісків [8]. В лабораторних випробуваннях, які виконуються в учбових умовах, час дії одного ступеня приймають рівним 1-2 хвилинам.

Результати компресійних випробувань використовують для побудови графіку залежності “коефіцієнт пористості - напруга”. Для цього визначають коефіцієнт пористості ґрунту природного залягання та значення коефіцієнту пористості, що відповідає прикладеному ступеню навантаження.

Коефіцієнт пористості ґрунту природного залягання визначають за формулою:

(1.1)

де: - питома вага частинок ґрунту;

- питома вага ґрунту;

w - вагова вологість ґрунту природної структури.

Ці характеристики визначаються попередньо, до початку компресійних випробувань.

Коефіцієнт пористості, що відповідає деякому ступеню навантаження, знаходять за формулою

, (1.2)

де: s – вертикальне переміщення ґрунту, виміряне індикатором;

h – висота кільця, в якому знаходиться зразок ґрунту.

В залежності від величини коефіцієнта стисливості ґрунти класифікують таким чином:

- слабостисливі – ;

- середньої стисливості – < ;

- сильностисливі – > 1 .

Коефіцієнт стисливості , якщо ґрунти мають невелику стисливість в заданому діапазоні тиску, визначають із графіку залежності , який будується з використанням рівномірної шкали для обох величин . Це дозволяє для ґрунтів слабостисливих тасередньої стисливості замінити криву прямо лінійною ділянкою (рис. 1.2, а), яка характеризується деяким кутом нахилу до осі σ.

Тангенс кута , називається коефіцієнтом стисливості і визначається за формулою:

; (1.3)

де: , - коефіцієнти пористості, що відповідають значенням вертикальної нормальної напруги та .

Сильностисливі ґрунти характеризуються значними деформаціями при зростанні навантажень. Компресійна крива має значну кривизну, тому застосування коефіцієнта стисливості в даному випадку буде давати великі похибки при розрахунках осідання. В зв’язку з цим для сильностисливих ґрунтів використовують напівлогарифмічну систему координат (рис. 1.2, б). Характеристикою деформованості в даному випадку є величина, яку називають коефіцієнтом компресії. Її визначають, використовуючи результати компресійних випробувань, за формулою

Рисунок 1.2 - Компресійна крива: а) для слабостисливих і ґрунтів середньої стисливості; б) для сильностисливих ґрунтів

; (1.4)

При розрахунках деформацій основ використовують коефіцієнт відносної стисливості та компресійний модуль деформації Е_к, які обчислюють з допомогою таких співвідношень

; ; (1.5)

де - коефіцієнт, який враховує умови випробування ґрунту в компресійному приладі,

, (1.6)

де - коефіцієнт Пуассона.

В учбовому процесі коефіцієнт , в залежності від типу ґрунтів, може бути прийнятим для пісків рівним 0, 8; супісків 0, 7; суглинків - 0, 5; глин - 0, 4.

В практиці проектування розрахунки осідання основ фундаментів в більшості випадків виконують з використанням модуля деформації Е, який визначається за результатами випробування ґрунтів статичними навантаженнями, що передаються на штамп (умовний фундамент площею 5000 або 10000 см²) в польових умовах (на будівельному майданчику). Дослідами встановлено, що компресійний модуль для певного ґрунту менший за модуль деформації Е, визначений для цього ж ґрунту в польових умовах. Різниця цих показників в основному пояснюється тим, що при відборі ґрунту в кільце не вдається досягнути ідеально щільного прилягання ґрунту до стінок кільця. Таким чином мають місце щілини між ґрунтом і кільцем. Це приводить до збільшення деформованості ґрунту в компресійному приладі порівняно з тим, що стискається під підошвою штампу.

В зв’язку з цим, на основі порівняльних дослідів для деяких ґрунтів в залежності від їх щільності, пропонується користуватися перехідним коефіцієнтом m_k (таблиця 1.1), що дозволяє знаходити штамповий модуль деформації, якщо проведені випробування ґрунту на компресію і тим самим оцінити деформованість ґрунтів з більшою надійністю.

Таблиця 1.1 - Перехідний коефіцієнт m_k для переходу від компресійного модуля деформації до штампового

Вид ґрунту	- початковий коефіцієнт пористості
0, 45	0, 55	0, 65	0, 75	0, 85	0, 95	1, 05
Супіски			3, 5			-	-
Суглинки			4, 5			2, 5
Глини	-	-			5, 5		4, 5

Примітка. Для проміжних значенье допускається визначати коефіцієнт m_k за інтерполяцією.

Лабораторна робота №1

Випробування ґрунтів на компресію

Ця робота виконується з використанням компресійного приладу конструкції Літвінова, в якому ґрунт під дією ступінчасто зростаючого навантаження ущільнюється без можливості бокового розширення. На основі лабораторних випробувань ґрунтувизначають такі його характеристики деформованості; коефіцієнт стисливості , коефіцієнт відносної стисливості , коефіцієнт компресії _с, компресійний модуль деформації , штамповий модуль деформації - Е.

Необхідне обладнання: компресійний прилад конструкції Літвінова; важільна система з набором гир (механізм для вертикального навантажування); таровочний циліндр; індикатор годинникового типу; годинник і терези технічні з важками; фільтрувальний папір; ґрунтовий ніж; фарфорова чашка і сито з отворами 2 мм; скло; зразок ґрунту.

1.2.1 Компресійний прилад конструкції Літвінова

Прилад складається з одометра і опорної частини важільної конструкції. До складу одометра входить кільце, яке знаходиться між основою циліндра (з нижнім дренажним диском) та верхнім направляючим циліндром (з поршнем і верхнім дренажним диском), затискного пристрою та важільної системи.

Зразок ґрунту в кільці розміщується на основі приладу. В виїмці основи знаходиться нижній дренажний диск, який має вертикальні отвори для фільтрації води. Кільце приладу з однієї сторони має ріжучу кромку, а з другої - циліндричну виточку, яка призначається для сполучення кільця з нижньою частиною приладу.

Верхня частина приладу служить для встановлення поршня і забезпечення його вертикального переміщення при випробуванні ґрунту. В поршні є дренажний диск для фільтрації витискуваної води. Спеціальний гвинт дозволяє закріпити шток поршня для запобігання набухання ґрунту при насиченні водою.

Телескопічне важільне пристосування має розміри, які забезпечують передачу на шток поршня заданого навантаження. Зразки ґрунту циліндричної форми мають висоту 20 мм, площу поперечного перерізу 25 см² (діаметр 55, 6 мм) і об’єм - 50 см³. Співвідношення пліч важеля - 1: 25. Ціна поділки індикатора, що використовується для вимірювання вертикальних переміщень поршня - 0, 01 мм.

До початку випробувань необхідно виконати тарування приладу, яке характеризує деформацію приладу та фільтрів під навантаженням.

Для випробувань використовують зразки ґрунту непорушеного складу з природною вологістю або в водонасиченому стані.

1.2.2 Хід роботи

1. Кільце приладу зважують на технічних терезах точністю до 0, 01 г, вимірюють його висоту , діаметр , підраховують площу та об’єм.

2. Кільце встановлюють на рівну поверхню моноліту випробуваного ґрунту і навколо кільця підрізають ножем стовпчик ґрунту діаметром, який на 1–1, 5 мм більший за внутрішній діаметр кільця. Злегка натискуючина кільце і не допускаючи його перекосу, заповнюють його ґрунтом.

3. Після того, як ґрунт заповнить кільце на висоту, більшу на 3-4 мм висоти кільця, відокремлюють ґрунт з кільцем від моноліту, обережно підрізаючи знизу на глибину 2-2, 5 см. Частину ґрунту, що виступає, зрізають врівень з нижньою і верхньою поверхнями кільця. При цьому напрям ножа повинен бути від краю до середини, щоб не випадали крихти ґрунту. Одночасно відбирають проби для визначення вологості та щільності ґрунту.

4. До випробування ґрунту на компресію визначають питому вагу частинок ґрунту (), питому вагу ґрунту (), вологість (), та розраховують початковий коефіцієнт пористості .

5. Кільце з ґрунтом накривають фільтрувальним папером, зволоженим водою. Кільце установлюють на дно приладу.

6. На кільце розміщують верхню частину приладу. Верхню і нижню частину приладу з кільцем між ними з’єднують за допомогою трьох гвинтів. При цьому контролюють рівномірне закриття кільця верхньою частиною приладу, досягаючи його вертикального положення, щоб уникнути перекосу поршня, який знаходиться в верхній частині приладу.

7. Зібраний прилад розміщують на лабораторному столі і закріплюють за допомогою затискного пристрою.

8. Розсовують важіль на повну довжину і опускають його виріз на загострену частину штока поршня. На важіль встановлюють підвіс.

9. В проріз верхньої частини приладу встановлюють індикатор в робочому положенні з нульовими показаннями. Закріплюють індикатор за допомогою гвинта.

10. Урівноважують важіль. Відпускають гвинт, перешкоджаючий руху поршня.

11. Для побудови первинної вітки компресійної кривої, зразок ґрунту випробовують тиском від зовнішнього навантаження, який може приймати значення =50; 100; 150; 200.кПа. Силу, яку потрібно прикласти до підвісу важеля, розраховують за формулою:

(1.7)

де - тиск, діючий на зразок ґрунту, кПа; - площа зразкаа; - співвідношення плечей важеля.

Кожен ступінь навантаження підтримують протягом деякого часу, поки не буде досягнута умовна стабілізація осідання зразка ґрунту. В учбових цілях час прикладання навантаження приймають рівним 1-.2 хвилинам. Деформації зразку ґрунту, заміряні індикатором, записують в таблицю журналу спостережень (табл. 1.2).

Таблиця 1.2 -Журнал спостережень

Наванта- ження на важіль, Н	Тиск, кПа	Показання індикатора, мм	Осідання зразка, s, мм	Відносне осідання, s/h	Приріст коеф. порист., Δ е=s(1+e0)/h	Коефіці-єнт пористо-сті ei=e0- Δ еi
		0, 00	0, 00	0, 000	0, 000	=

12.Для побудови кривої декомпресії виконують розвантаження зразку, прицьому записують показання індикатора при ступінях тиску 150; 100; 50; 0 кПа.

13. Повторне випробування (крива рекомпресії) виконують, прикладаючи тиск 50; 100; 150; 200 кПа. Закінчують випробовування, прикладаючи навантаження 250 та 300 кПа. При кожному ступені тиску після умовної стабілізації деформацій зразка записують показники індикатора.

14. Виконується повне розвантаження приладу. Кільце звільняють від ґрунту та видимих слідів води. Всі частини приладу старанно протирають.

1.2.3 Обробка дослідних даних

1. Записані показання індикатора використовують для розрахунку осідання зразка, яке рівняється різниці показань індикатора (при =0) та (при ). Відносне осідання розраховують як відношення , приріст коефіцієнта пористості Δ і коефіцієнт пористості .

2. На основі даних табл. 1.2 виконують побудову компресійних кривих та (див. рис. 1.2), відкладаючи по осі абсцис тиск , а по осі ординат відповідні значення коефіцієнту пористості.

3. На графіках залежності та на заданому інтервалі навантажень ( ₁ і ₂) проводять січну, кут нахилу якої до осі абсцис характеризує стисливість ґрунту. Коефіцієнт стисливості ґрунту , відповідно до рис. 1.2.а, визначається як тангенс кута нахилу отриманої січної, а коефіцієнт компресії одержують аналогічно з рис. 1.2.б.

4. За одержаними значеннями , , роблять висновки про стисливість випробуваного ґрунту.

Контрольні запитання

1. Яким приладом користуються при виконанні лабораторної роботи? Його схема, складові частини.

2. Опишіть хід виконання лабораторної роботи.

3. Як визначається осідання зразку ґрунту за даними випробування?

4. Як розрахувати відносне осідання, приріст коефіцієнта пористості, поточне значення коефіцієнта пористості .

5. Назвіть показники стисливості ґрунту.

6. Геометричний зміст показників , _.

7. Фізичний зміст (розуміння) показника .

8. В яких розрахунках використовується модуль деформації?

9. Щовраховується коефіцієнтом ?

10. Фізичний зміст модуля деформації Е.

11. Яким чином деформації основ залежать від Е?

1.3 Характеристики міцності ґрунтів

Несучу здатність основ та стійкість укосів, тиск ґрунтів на огородження визначають в залежності від характеристик міцності ґрунту. Опір ґрунту зсуву характеризує його міцність і залежить від сил тертя та зчеплення між частинками ґрунту при його деформації.

На практиці опір ґрунту зсуву відображають у вигляді деякої криволінійної залежності “граничний опір зсуву – нормальна напруга”, яку без великих похибок в розрахунках можна замінити прямолінійною залежністю такого виду

, (1.8)

де - граничний опір зсуву, кПа;

- нормальна напруга стиску, що діє перпендикулярно площині зсуву, кПа;

- кут внутрішнього тертя, градус;

с - питоме зчеплення, кПа.

Приведена вище залежність називається законом Кулона, в якій та с є характеристиками міцності ґрунту, зв’язані з силами тертя та зчеплення. Показники міцності залежать від типу ґрунту. Відомо, що в пісках значення кута внутрішнього тертя більше, ніж для пилувато-глинистих ґрунтів. Навпаки, питоме зчеплення більше в пилувато-глинистих ґрунтах, ніж в пісках. В ідеально зв’язних ґрунтах залежність Кулона (при ) набуває вигляду = с, а в ідеально сипучих (при с = 0) .

Таким чином, опір зсуву в піщаних ґрунтах переважно залежить від сил тертя, а в глинистих крім того - від сил зчеплення.

Сили тертя, що діють між окремими частинками ґрунту, залежать від розміру і форми частинок, а також ступеня вологості та щільності ґрунту.

Сили зчеплення між частинками маленьких розмірів визначаються силами молекулярного притягання та капілярного тиску, в також водно-колоїдними або цементаційними зв’язками. Питоме зчеплення ґрунту зумовлюється також його вологістю та щільністю складення.

Характеристики міцності та с є головними в розрахунках основ на міцність та стійкість. Вони такожвикористовуються при визначенні розрахункового опору ґрунту основ.

Показники опору ґрунту зсуву, як правило, визначають дослідним шляхом влабораторних та польових умовах.

Випробування ґрунтів на зсув в лабораторії частіше за все виконують методом зрізу в приладах одноплощинного зсуву заздалегідь ущільнених або неущільнених зразків. Для лабораторних випробувань використовують прилади ВСВ-25, ГГП-30, а також прилади із польової лабораторії Літвінова.

Для визначення характеристик міцності можна також використовувати стабілометри.

1.4 Лабораторні роботи №2 і №3

Випробовування ґрунтів на зсув

Лабораторна робота виконується з використанням зсувного приладу конструкції Літвінова, який входить в склад польової лабораторії ПЛЛ-9 і призначається для визначення характеристик міцності ґрунту як в польових, так і в лабораторних умовах. На відзнаку від інших однозрізних приладів, в приладі Літвінова зріз ґрунту відбувається під невеликим кутом завдяки чому при переміщенні рухомої частини приладу виключається вплив тертя між частинами обойми, де розміщений випробуваний зразок. В цій роботі на основі результатів випробувань не менше як трьох зразків ґрунту при різних напругах стиску визначають дві характеристики міцності: кут внутрішнього тертя та питоме зчеплення С.

Необхідне обладнання: зсувний прилад конструкції Літвінова; набір важків; сито з отворами 2 мм; чашка для приготування зразків порушеної структури; совок та ґрунтовий ніж; фільтрувальний папір; годинник; ущільнювач; індикатор годинникового типу.

1.4.1 Зсувний прилад конструкції Літвінова

Прилад (рис. 1.3).складається із основи, на якій знаходиться гільза з ґрунтом для випробування; каретки з нижнім дренажним диском, яка має можливість горизонтального переміщення сумісно з нижньою частиною розрізної гільзи; розрізної гільзи, яка має нижню рухому частину та верхню - нерухому; верхньої частини приладу, в склад якої входять дренажний диск, поршень зі штоком та направляючий циліндр; важільна система горизонтального навантаження; важільна система вертикального навантаження.

Основа приладу являє собою металеву плиту, яка встановлюється на лабораторному столі і закріплюється затискним пристроєм. На кутках плити є чотири стійки для приєднання верхньої частини приладу. До основи приладу закріплюється важіль, який передає горизонтальне навантаження, за допомогою якого зсувається нижня частина гільзи. При цьому ґрунт зрізається. Індикатор для вимірювання горизонтальних переміщень закріплюється на основі приладу і впирається ніжкою в нижню (рухому) частину приладу, яка має можливість переміщуватись на роликах. Розрізна гільза зсувного приладу має ті ж самі розміри внутрішнього простору, що і кільце компресійного приладу (висота 20 мм, діаметр 56, 5 мм, площа поперечного перерізу 25 см², об’єм 50 см³). Це дає можливість зразки ґрунту із кільця переміщувати в об’єм розрізної гільзи. Ціна поділки індикатора 0, 01 мм.

Рисунок 1.3 - Схема зсувного приладу конструкції Літвинова:

1 - основа приладу; 2 - нижній дренажний диск; 3 - розрізна гільза; 4 - верхній дренажний диск; 5 - поршень; 6 - тяга горизонтальної важільної системи; 7 - важіль для передачі горизонтального навантаження; 8 - направляючий циліндр

До початку випробувань необхідно переконатись в тому, що нижня та верхня частини гільзи мають щільний контакт, крім того нижня частина приладу зафіксована упорним гвинтом.

Підготовку зразка ґрунту виконують так, як і при компресійному випробуванні ґрунту (див. лабораторну роботу №1) за допомогою грунтовідбирального кільця, яке вдавлюється вґрунт.

1.4.2 Хід роботи

1. За допомогою затискного пристрою закріплюють до столу нижню частину приладу. З верхньої його частини знімають напрямний циліндр з поршнем, відгвинтивши чотири гайки по кутках приладу. Горизонтальні гвинти, які фіксують нижню частину приладу, загвинчують до відказу. Вкладають рівною поверхнею вверх сітчастий диск, на якому розміщують нижню та верхню частини гільзи так, щоб співпадали їх прорізи з виступами. Скошені поверхні гільзи повинні мати щільний контакт. На нижній сітчастий диск вкладають фільтрувальний папір.

2. На верхню частину гільзи опускають напрямний циліндр, встановлюють кільце компресійного приладу з ґрунтом, обережно переміщують ґрунт з кільця в гільзу за допомогою виштовхувача. Фільтрувальний папір на верхній поверхні ґрунту при цьому переходить у зсувний прилад. Кільце, звільнене від ґрунту, забирають і монтують верхню частину приладу. Поршень, через який передається вертикальний тиск, опускають на поверхню зразка ґрунту.

3. На шток поршню обпирають важільну систему для вертикального навантаження. До нижньої частини приладу приєднують важільну систему для передачі горизонтального навантаження.

4. У відповідних гніздах закріплюють два індикатори: один для вимірювання вертикальних переміщень, другий - для вимірювання деформацій зсуву. Ніжки індикаторів повинні мати вільний хід. Індикатори встановлюють на нульові поділки.

5. Випробування виконують на трьох зразках: при напругах стиску, рівних 100, 200 та 300 кПа. Перший зразок випробують при = 100 кПа. Вертикальне навантаження прикладають одним ступенем і витримують до умовної стабілізації деформації, за яку, відповідно до ДСТУ Б В.2.1-4-96, приймають величину переміщення індикатора, не більшу 0, 01 мм за такий час: для піщаних ґрунтів – не менше 20 хвилин; для супісків – не менше 2 годин, для суглинків – не менше 6 годин та глин – не менше 12 годин. В навчальних дослідах час прикладення вертикального навантаження приймається 1-3 хвилини.

6. Після досягнення умовної стабілізації ґрунту відгвинчують горизонтальні упорні гвинти. Величина проміжку між гвинтом та рухомою частиною приладу повинна бути не меншою 4-6 мм. Перевіривши положення важеля для передачі горизонтального навантаження, переходять до випробування ґрунту на зсув.

7. Горизонтальне навантаження прикладають ступенями. Ступінь горизонтального навантаження повинен дорівнювати приблизно 10% від вертикального. Кожен ступінь витримують до умовної стабілізації, за яку приймають швидкість зсуву, не більшу 0, 01 мм/хв.

В учбовій роботі стабілізація вважається досягнутою після зупинення руху стрілки індикатора, який вимірює горизонтальні переміщення . За навантаження зсуву (граничний опір зсуву) приймається навантаження, при якому показання індикатора відмічають різке наростання деформацій зсуву ( 3 мм), або коли при дії постійного зсувного зусилля деформації зсуву не стабілізуються.

8. Повторити операції, описані в пп. 5...7 для = 200 кПа та = 300 кПа.

9. Одержані при випробуваннях дані записують в журнал спостережень (табл. 1.3).

Таблиця 1.3 – Журнал спостережень

1.4.3 Обробка дослідних даних

На підставі виконаних дослідів обчислюють характеристики міцності та с. Результати випробувань показують експериментальними точками, які характеризують залежність граничного опору зсуву від вертикального тиску .

Параметри прямої граничного опору ґрунту зсуву (рис. 1.4) при наявності достатньої кількості випробувань визначають за допомогою способів математичної статистики.

Рисунок 1.4 - Графік граничного опору ґрунту зсуву.

Як приклад, нижче приводиться таблиця 1.4 оформлення розрахунку характеристик міцності ґрунту та с з використанням методу найменших квадратів.

Таблиця 1.4 – Обробка результатів випробувань ґрунту на зсув за методом найменших квадратів

№ до-слі-ду	, кПа	, кПа	, кПа	, кПа	()2, кПа	() (), кПа
			-100 0, 0 +100	-50 0, 0 +50	0, 0	0, 0
	= 600	= 300	= 0	= 0	= 20000	= 10000

На підставі підсумкових результатів табл. 1.4 одержимо:

Контрольні запитання

1. Запишіть залежність за законом Кулона.

2. Які значення із залежності використовують для побудови графіку ?

3. Які внутрішні сили мають вплив на формування характеристик міцності ґрунту і с?

4. В яких розрахунках основ використовують характеристики і с?

5. Який характер має залежність опору ґрунту зсуву від вертикального навантаження?

6. Як називається експериментально одержана залежність ?

7. При відомих величинах і визначте стійкість масиву ґрунту, використовуючи графік граничної прямої.

8. Порівняйте величини опору зсуву глинистого та піщаного ґрунтів та поясніть причини їх розбіжності.

9. Який фізичний та геометричний зміст кута внутрішнього тертя () та питомого зчеплення (с)?

10. При відомих величинах головних напруг і визначте стійкість масиву ґрунту, використовуючи графік граничної прямої (використовуючи теорію міцності Мора).

1.5 Просадковість лесових ґрунтів

Леси та лесоподібні суглинки (супіски) – осадові гірські породи, складені з частинок пилуватих фракцій розміром від 0, 002 мм до 0, 05 мм (більше 50%). Найбільш характерною рисою лесових ґрунтів є їх висока пористість та наявність водорозчинних зв’язків між частинками. Тому цей тип ґрунтів відносять до структурно-нестійких. При дії навантаження та одночасному зволожуванні лесові ґрунти дають деформації (просідання), які мають швидкоплинний характер. Основні причини просадковості – руйнування структури ґрунту при зволоженні та винесення розчинних у воді солей.

Просідання лесових ґрунтів виникають як від навантаження споруд, так і від власної ваги ґрунту. Зволоження лесових ґрунтів, які є основами будинків і споруд, відбувається в результаті витоку води з водопровідно-каналізаційних трубопроводів, інтенсивної інфільтрації атмосферних опадів, обводнення територій промислових підприємств, підйому рівня підземної води на забудованих територіях.

За коефіцієнтом пористості лесові ґрунти підрозділяють на низькопористі ()та високопористі (е > 0, 8). За характером впливу зволоження лесові ґрунти ділять на непросадкові ( < 0, 01) та просадкові (). Тут - відносна просадковість, яка характеризується відношенням зменшення висоти зразка ґрунту в результаті його зволоження під навантаженням до висоти зразка в природних умовах.

Відносна просадковість ґрунту визначається за формулою

, (1.9)

де - висота зразка ґрунту природної вологості, обтисненого навантаженням р;

- висота зразка в водонасиченому стані, обтисненого навантаженням р;

- висота зразка природної вологості, обтисненого природним тиском на глибині ;

р - тиск, рівний сумі тисків від споруди та власної ваги ґрунту на заданій глибині .

При розрахунках просідання лесових ґрунтів використовують поняття початкового просадкового тиску . Це мінімальний тиск, при якому починають проявлятись просадкові властивості ґрунту в умовах його повного водонасичення.

За початковий просадковий тиск приймають:

- тиск, при якому відносна просадковість = 0, 01 при випробуванні ґрунту в компресійному приладі;

- тиск, рівний межі пропорційній на графіку залежності “навантаження-осідання” в випробуваннях попередньо зволожених ґрунтів штампами в польових умовах;

- природний тиск на глибині, починаючи з якої відбувається просідання ґрунту від його власної ваги при зволоженні ґрунтів в дослідних котлованах.

Початковий просадковий тиск дозволяє оцінювати величину безпечного тиску під підошвою фундаменту та зробити вибір типу фундаменту з врахуванням можливого зволоження просадкових основ. Чим більше початковий просадковий тиск, тим міцніший ґрунт при зволоженні, тим менше просідання ґрунту при інших рівних умовах.

Можливе просідання в межах товщі, що стискається, відповідно до норм, обчислюють за формулою:

; (1.10)

де - відносна просадковість і-го шару, яка обчислюється при тиску , що діє посередині кожного шару;

- товщина і-го шару ґрунту;

- коефіцієнт умов роботи основи (при 12 м приймається =1 для всіх шарів ґрунту в межах зони просідання; при 3 м =0, 5+1, 5 , де - середня величина тиску під підошвою фундаменту;

- початковий просадковий тиск і-го шару;

- тиск, рівний 100 кПа;

при 3< < 12 м коефіцієнт приймають за інтерполяцією між значеннями , одержаними при =3 м і =12 м;

- ширина підошви фундаменту.

В залежності від величини просідання товщі лесових ґрунтів при їх зволоженні під дією власної ваги ґрунту, відповідно до норм, виділяють два типи ґрунтових умов за просадковістю:

І тип – ґрунтові умови, в яких можливе просідання переважно за рахунок зовнішнього навантаження, а просідання ґрунту від власної ваги відсутнє або не перевищує 5 см.

ІІ тип – ґрунтові умови, в яких, окрім просідання ґрунтів від зовнішнього навантаження, можливе просідання їх від власної ваги. Величина просідання від власної ваги для даного типу більша за 5 см.

Вибір заходів з влаштування основ та фундаментів на просадкових ґрунтах виконують з урахуванням типу ґрунтових умов, виду можливого зволоження, розрахункової величини просідання, взаємозв’язку проектованих споруд з сусідніми, а також впливу комунікацій на майбутню споруду.