Лабораторна робота № 5

Випробування водонасиченого ґрунту на консолідацію

Результати цієї лабораторної роботи можуть бути використані для визначення коефіцієнта консолідації та оцінки часу ущільнення шару ґрунту відомої товщини при заданому ступені консолідації, ураховуючи час ущільнення зразку ґрунту при цьому ж ступені консолідації.

Коефіцієнт консолідації знаходять із виразу

, (1.11)

Рисунок 1.9 - Визначення початку фільтраційної консолідації

де - висота зразка ґрунту;

-час ущільнення зразка ґрунту, який знаходиться за графіком (див. рис. 1.8) при заданому ступіні консолідації ;

- фактор часу, який визначається за таблицею 3[18] в залежності від .

Для прямокутної епюри напруг при компресійному стиску маємо такі значення при відповідних :

0, 5 0, 490;

0, 6 0, 720;

0, 75 1, 118.

Для оцінки величини коефіцієнта фільтрації глинистих ґрунтів можна скористатися результатами лабораторної роботи № 1, де визначалась величина коефіцієнта відносної стисливості .

Коефіцієнт фільтрації

, (1.12)

де: -коефіцієнт консолідації;

- коефіцієнт відносної стисливості;

- питома вага води.

Необхідне обладнання, підготовка приладу й зразка ті ж, що і при випробуванні ґрунту на компресію (див. лабораторну роботу № 1).

Підготовка вихідних даних досліду включає визначення маси зразка , щільності ґрунту (питомої ваги ґрунту ), природної вологості w, коефіцієнта пористості ґрунту в природному заляганні . Товщина шару ґрунту задається викладачем для кожної бригади окремо.

1.8.1 Хід роботи

1. Зразок водонасиченого ґрунту розмішують в компресійному приладі за методикою, описаною в лабораторній роботі № 1. Установлюють індикатор для виміру осідання зразку.

Рисунок. 1.10 - Визначення закінчення фільтраційної консолідації

2. Зразок піддають навантаженню р = 200 кПа, яке не змінюється протягом всього дослідження.

3. Виконують виміри деформацій зразка в задані моменти часу від початку досліду. Ці відрізки часу приймають рівними: = 0, 00; 6 сек.; 15 сек.; 30 сек.; 45 сек.; 1, 0 хв.; 1, 5 хв.; 2, 0; 3; 5; 7; 10; 15; 20; 30; 45 хв.

4. Дослідні дані записують в журнал спостережень (табл. 1.6).

5. Після замірів деформацій прилад розбирають, зразок виймають, частини приладу очищують від ґрунту.

Таблиця 1.6 – Журнал спостережень

1.8.2 Обробка результатів досліду

1. Обчислюють коефіцієнт консолідації при заданому ступені консолідації u_i, а потім коефіцієнт фільтрації .

2. Будують графіки та , визначають початок та закінчення фільтраційної консолідації, час, необхідний для ущільнення зразка ґрунту до заданого ступеня консолідації.

3. Вираховують відрізок часу, протягом якого ущільниться шар ґрунту товщиною h (см) з врахуванням результатів лабораторного досліду на консолідацію.

4. Будують графік залежності (рис. 1.8).

Контрольні запитання

1. Які фізичні процеси відбуваються в масиві ґрунту при фільтраційній консолідації?

2. Назвіть принципові відміни випробувань ґрунту на компресію і консолідацію?

3. Яке рівняння використовується для описання фільтраційної консолідації у випадку одномірної задачі?

4. Що характеризує коефіцієнт консолідації в рівнянні фільтраційної консолідації?

5. Опишіть залежність від , , ?

6. Як визначити час консолідації шару ґрунту за результатами лабораторних випробувань ґрунту на консолідацію?

7. Як визначити початок та закінчення процесу фільтраційної консолідації за результатами досліду в лабораторних умовах?

8. Де практично застосовується теорія фільтраційної консолідації?

1.9 Визначення характеристик деформованості ґрунтів в польових умовах

При розрахунку осідань фундаментів використовують характеристику деформованості, яка називається модулем деформації Е. Вона може бути визначена в польових та лабораторних умовах. Перевагу віддають польовим умовам, враховуючи, що їх результати мають більш достовірний характер, оскільки такий тип випробувань краще моделює роботу ґрунтів в основі фундаментів будівель і споруд.

Модуль деформації ґрунтів є узагальненою характеристикою, яка відображає як пружні, так і пластичні деформації основи. Він залежить від величини тиску, швидкості прикладення навантаження, форми та розмірів штампу, стану ґрунту (головним чином від його щільності та вологості).

Випробування ґрунтів в польових умовах виконують за допомогою дослідних фундаментів, що мають стандартні розміри і називаються штампами. Випробування ґрунтів штампами виконуються в котлованах, шурфах, штольнях.

В залежності від ґрунтових умов рекомендується застосовувати наступні типорозміри штампів:

· штамп площею F = 5000 см² (діаметр 798 мм) – при використанні у відкритих виробітках (шурфи, котловани) піщаних ґрунтів пухких, глин і суглинків з показником текучості 0, 25< I_L ≤ 1, супісків при 0< I_L ≤ 1;

· штамп площею F = 2500 см² (діаметр 562 мм) – при випробуваннях у відкритих виробітках щільних та середньої щільності пісків, глин і суглинків з показником текучості I_L ≤ 0, 25, супісків при I_L < 0.

Допускається також проводити випробування ґрунтів квадратними штампами площею F = 5000 см² (в = 71 см).

Навантаження штампів виконують, як правило, гідравлічними домкратами, рідше використовують таровані вантажі.

Реактивні навантаження при випробовуванні штампів домкратами можуть бути сприйняті анкерними палями, або вантажною платформою. Репери, що служать для установки прогиномірів, занурюються в ґрунт на відстані 1, 5 м від зовнішньої сторони штампу. При цьому звертають увагу на забезпечення нерухомості реперної системи. Осадки штампів вимірюють прогиномірами ПМ-3 (прогиномір Максимова) з ціною поділки 0, 1 мм та ПАО-6 (прогиномір Аістова) з ціною поділки 0, 01 мм. Мінімальна товщина шару ґрунту, що призначений для випробування штампом, повинна бути не менше двох діаметрів штампу.

В склад установки для випробування ґрунтів статичними навантаженнями входить наступне обладнання: штамп, пристрій для навантаження штампу, анкерний пристрій, вимірювальна система для вимірювань величин навантажень і осадок штампу.

При проходці шурфу залишається захисний шар 0, 3 – 0, 4 м вище відмітки підошви штампу для захисту випробовуваного ґрунту від додаткового зволоження або висихання. Для досягнення щільного контакту підошви штампу з ґрунтом виконують не менше двох поворотів штампу навколо його вертикальної вісі, змінюючи направлення повороту. При труднощах в плануванні ґрунту влаштовують підсипку із піску дрібного або середньої крупності товщиною 1 – 2 см. Після влаштування штампу потрібно перевірити горизонтальність його положення.

Навантаження штампів статичним навантаженням виконують у відповідності до ГОСТ 20276-85 ступенями, розмір яких залежить від типу ґрунту та його складу. Для пісків середньої щільності і глинистих ґрунтів ( < 0, 25) Δ р = 50 кПа.

Кожен ступінь навантаження витримують у часі до умовної стабілізації осідання. За умовну стабілізацію осідання приймають приріст осідання штампу, що не перевищує 0, 1 мм за час t, вказаний в таблицях 2 – 4 ГОСТ 20276-85. Для піщаних ґрунтів час стабілізації складає 0, 5; 1, 0 год., для глинистих – 1, 0; 2, 0 години.

Для визначення модуля деформації Е будують графік залежності “осідання-навантаження” (рис. 1.11). Через нанесені на графік чотири дослідні точки проводять пряму, рівняння якої визначається методом найменших квадратів. Для побудови усередненої кривої допускається використання графічних методів.

Рисунок 1.11 - Графік дослідження ґрунту штампом

За початкові значення p₀ і s₀ (перша точка, що включається в усереднення) приймають тиск, що дорівнює природному σ _zg на глибині, де проводиться випробування, і відповідну йому осадку; за кінцеві значення і - значення і , що відповідають четвертій точці графіка на прямолінійній ділянці.

Якщо при тиску виконуються умови , а при , то за кінцеві значення і приймаються і , де - приріст осадки від прикладення навантаження . Кількість точок для усереднення повинна бути не менше трьох.

Модуль деформації Е, МПа, визначають для прямолінійної ділянки графіку за формулою

, (1.13)

де: коефіцієнт Пуассона, приймається рівним 0, 27 – для великоуламкових ґрунтів; 0, 30 – для пісків та супісків; 0, 35 – для суглинків і 0, 42 – для глин;

безрозмірний коефіцієнт, що враховує форму підошви штампу і приймається рівним 0, 79 (круглий штамп), 0, 88 (квадратний штамп) і 0, 87 (прямокутний штамп l/b=1, 5);

приріст тиску на штамп, що дорівнює ;

приріст осадки штампу, що відповідає , який визначається на усередненій кривій.