Деякі методи визначення характеристик деформованості і міцності грунтів

Польові випробування пробної статичним навантаженням

Польові випробування пробної статичним навантаженням використовуються для визначення як деформаційних, так і міцності в тих випадках, коли виявляється важко або навіть неможливо відібрати зразки грунту без порушення їх природного стану. Крім того, польові випробування є основним методом дослідження тріщинуватих скельних грунтів.

Випробування пробної статичним навантаженням для визначення модуля деформації грунтів проводяться в шурфах або свердловинах інвентарними жорсткими штампами в першому випадку площею 5000 ... 10000 см2, у другому - 600 см2.

                            

5                       

pi              

а) б)

         

p       

                                                                   

s              

Рис. 1. Схема (а) та результати (б) польових випробувань грунту на стиск.

Схема досвіду показана на рис. 1, а. На дно шурфу або свердловини 1 встановлюється щільно притертою до основи штамп 2, з'єднаний стійкою 3 з навантажувальною платформою 4. До платформи прикладається зростаюча ступенями навантаження 5 (у виробничих умовах часто створюється фундаментними блоками). Знаючи тиск , що створюється у підставі штампу навантаженням, і вимірюючи стабілізовану осідання від кожного ступеня, можна побудувати дослідну залежність , показану на рис. 1, б. Початковий ділянка цієї кривої відповідає моделі лінійного деформування грунту. Тоді модуль деформації грунту визначається за формулою:

, (1)

де - коефіцієнт, що залежить від форми жорсткого штампу і приймає для круглого штампа рівним 0,78; для квадратного - 0,88; - ширина або діаметр штампа; -- коефіцієнт Пуассона грунту; , - тиск і осаду штампа в межах лінійної залежності кривої на рис. 1, б.

Модуль деформації ізотропних грунтів можна визначати за допомогою прессіометра. У результаті випробувань отримують графік залежності збільшення радіусу свердловини від тиску на її стінки. Модуль деформації визначають на лінійний ділянку і розраховують за формулою: , де - коефіцієнт, приймається рівним 3 при глибині , 2 при глибині і 1,5 при глибині ; - початковий радіус свердловини; - збільшення радіусу, відповідне .

Визначення міцності в польових умовах

Випробування проводяться у шурфах, котлованах та інших виробках. Для отримання характеристик і визначають опір зрізу не менш ніж трьох ціликів при різних вертикальних навантаженнях. Схеми випробувань приймаються ті ж, що і в лабораторних умовах. Значення і знаходять на основі побудови залежності опору зрізу грунту від нормального напруги .

Рис. 2. Схеми випробувань грунту в свердловинах на зріз.

а) -- кільцевої; б) - поступальний; в) - обертальний крильчаткою:

1 - лопаті; 2 - Розпірні штампи; 3 - свердловини; 4 - штанги; 5 - пристрої для створення і вимірювання зусилля.

Польове визначення характеристик і у стінах бурової свердловини проводиться методами кільцевого і поступального зрізу. Схеми випробувань наведено на рис. 2. Ці методи застосовуються для випробувань грунтів на глибинах до 10 м (кільцевий зріз) і до 20 м (поступальний зріз). У методі кільцевого зрізу використовується розпірний штамп з поздовжніми лопатями, у методі поступального зрізу - з поперечними лопатями. За допомогою розпірною штампа лопаті вдавлюються в стінки свердловини, і створюється нормальний тиск на стінки. У методі кільцевого зрізу грунт зрізається внаслідок програми крутного моменту, а у методі поступального зрізу - висмикує сили. Для отримання характеристик і необхідно провести не менше трьох зрізів при різних нормальних тисках на стінки свердловини і побудувати залежність .

Метод обертального зрізу за допомогою крильчатки, вдавлює в масив грунту або в забій свердловини (див. рис. 2, б) дозволяє визначити опір зрізу , тому його рекомендується застосовувати при слабких пилуватого-глинистих грунтах, мулах, заторфованних грунтах і торфу, тому що для них кут внутрішнього тертя практично дорівнює нулю і можна прийняти . Випробування крильчаткою проводять на глибинах до 20 м.

Для визначення характеристик міцності в польових умовах застосовують методи випирання і обвалення грунту в гірничих виробках. Значення і обчислюють з умов граничної рівноваги випираючого і обрушаемого масиву грунту.

Для визначення питомої зчеплення зв'язкових грунтів у польових умовах Н.А. Цытовичем був запропонований і широко використовується в практиці досліджень метод кульковою проби. Істота методу полягає в тому, що за допомогою кульки діаметром на грунт передається зусилля і вимірюється осаду штампа (рис.3). Тоді в Відповідно до рішення академіка А.Ю. Ішлінського зчеплення можна визначити за формулою

. (2)

При проведенні випробувань необхідно, щоб ставлення опади штампа до його діаметру знаходилося в межах .

                   

c       

         F        а) б)

                   

s       

         

c0       

                                                                  

t                                  

Рис. 3. Схема випробувань кульковим штампом (а) і крива тривалої міцності грунту (б).

Отримане таким чином значення зчеплення відповідає визначеному в зсувних випробуваннях для в'язких дуже малоуплотняющіхся грунтів при (жирні глинисті грунти , мерзлі грунти і т.п.). При більшому значенні кута внутрішнього тертя грунту В.Г. Березанцев рекомендує в праву частина формули (2) вводити понижуючий коефіцієнт . Так, наприклад, при ; при ; при .

Метод кульковою проби зручний для визначення зміни міцнісних властивостей грунтів у залежності від часу дії навантаження. Оскільки осаду з часом збільшується, відповідно до формули (2) кулькові зчеплення буде зменшуватися. Це дозволяє ввести поняття миттєвої міцності , міцності, що відповідає деякому часу - і межі тривалої міцності , до якого буде прагнути зчеплення при дуже тривалого часу дії навантаження.

Деформаційні і міцнісні характеристики грунтів можуть бути визначені за допомогою статичного і динамічного зондування. Зондування засноване на визначенні опору занурення в грунт наконечника-зонда на глибину, що перевищує його розміри.

Статичний зондування полягає в повільному задавліваніі в грунт за допомогою домкратів стандартного зонда - конічного наконечника з кутом при вершині 600.

У найпростішому випадку вимірюють питомий опір занурення конуса зонда і будують графік зміни цієї величини по глибині досліджуваної товщі грунту. Знаючи величину можна визначити модуль деформації:

для пилуватого-глинистих грунтів ;

для піщаних грунтів .

Характеристики опору зсуву пилуватого-глинистих грунтів за даними статичного зондування визначають за емпіричними формулами:

; .

Динамічне зондування проводиться шляхом забивання або ударно-обертального занурення в грунт зонда з колонки штанг з конічним наконечником. При цьому визначається показник зондування , що дорівнює числу ударів, необхідних для занурення зонда на 10 см. Результати відображаються на графіці. Знаючи з досвіду величину , питому енергію зондування, що залежить від параметрів установки, і ряд коефіцієнтів, що враховують динамічний процес зондування, можна визначити динамич?? ське опір грунту . У свою чергу, величина дозволяє судити про щільності піщаних грунтів, значення їх міцності та деформаційних показників, а також про орієнтовний значенні модуля деформації суглинків та глин.

Список літератури

Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://www.shpora-zon.narod.ru/