Устройство компрессионного сжатия

2.1. Нагружение испытываемого образца проводят равномерно, без ударов ступенями нагрузки. Управление установкой во время эксперимента проводится с помощью программного продукта АСИС, подробное описание приведено в «Геотек АСИС 3.2. Руководство пользователя».

2.2. Первую ступень давления р₁ при испытании песков принимают в зависимости от коэффициента пористости е по таблице 5.1, а последующие ступени давления р, принимают равными 0,0125; 0,025; 0,05; 0,1 МПа и далее с интервалом 0,1 МПа до заданного значения нагрузки.

Таблица 5.1 – Ступени давления р₁ при испытании песков

2.3. При испытании глинистых грунтов, для определения их структурной прочности на сжатие р_str, первую и последующие ступени давления принимают равными 0,0025 МПа до момента начала сжатия образца грунта. Начало сжатия следует считать при относительной вертикальной деформации образца грунта e >0,005. При дальнейшем нагружении за очередную ступень давления принимают ближайшее большее значение 0,0125; 0,025; 0,05; 0,1 МПа и далее с интервалом 0,1 МПа.

2.4. На каждой ступени нагружения образца грунта снимают отсчеты по датчику вертикальных деформаций в следующей последовательности: первый отсчет – сразу после приложения нагрузки, затем через 0,25; 0,5; 1; 2; 5; 10; 20; 30 мин и далее с интервалом 1 ч в течение рабочего дня, а затем в начале и конце рабочего дня до условной стабилизации деформации образца. За критерий условной стабилизации деформации принимают скорость деформации образца, не превышающую 0,01 мм за последние 4 ч наблюдений для песков, 16 ч – для глинистых и 24 ч – для органо-минеральных и органических грунтов.

2.5. После окончания испытания образца грунта необходимо удалить воду сверху образца и из трубки для водонасыщения, снять нагрузку, вынуть и разобрать одометр, взвесить рабочее кольцо с грунтом, определить влажность и массу сухого грунта.

2.6. В процессе испытания ведут журнал, форма которого приведена в табл. 5.2.

Обработка результатов

3.1. Для определения характеристик т_о, Е и р_str по результатам испытания для каждой ступени нагружения вычисляют:

– абсолютную вертикальную стабилизированную деформацию образца грунта Dh, мм, как среднее арифметическое показаний измерительных приборов за вычетом поправки на деформацию компрессионного прибора D;

– относительную вертикальную деформацию образца грунта по формуле

, (9)

где h – начальная высота образца, мм.

3.2. По вычисленным значениям строят график зависимости e = f(p) (прил. 4).

Через точки графика проводят осредняющую плавную кривую.

Значение давления, соответствующее точке пересечения кривой (рис.1 прил. 4) с осью давления р, равно значению структурной прочности на сжатие р_str. В случае частичного разуплотнения грунта (рис. 2 прил. 4) за р_str принимают абсциссу точки А графика e=f(p) с ординатой e_i=Dh_н/h.

3.3. Вычисляют коэффициенты пористости е_i грунта при давлениях p_i по формуле

. (10)

3.4. Коэффициент сжимаемости т_o, МПа -1 , в заданном интервале давлений р_i и p_i+1 вычисляют с точностью 0,001 МПа -1 по формуле

, (11)

3.5. Модуль деформации Е, МПа, в интервале давлений р_i и p_i+1 вычисляют с точностью 0,1 МПа по формуле

, (12)

m_o – коэффициент сжимаемости, соответствующий интервалу давления от p_i до p_i+1;

b – коэффициент, учитывающий отсутствие поперечного расширения грунта в компрессионном приборе и вычисляемый по формуле

, (13)

где v – коэффициент поперечной деформации (коэффициент Пуассона), принимаемый равным:

0,30–0,35 – для песков и супесей;

0,35–0,37 – для суглинков;

Дата добавления: 2017-02-25 ; просмотров: 466 | Нарушение авторских прав

Устройство компрессионного сжатия

5.4.3 Подготовка к испытанию

5.4.3.1 Образец грунта изготавливают с учетом требований 5.4.1.4.

5.4.3.2 При испытании для определения характеристик суффозионной сжимаемости дополнительно к физическим характеристикам должны быть определены: коэффициент фильтрации по ГОСТ 25584, количество легко- и среднерастворимых солей (степень засоленности) и их качественный состав (по результатам анализа водной и соляно-кислой вытяжек). По специальному заданию для засоленных глинистых грунтов определяют емкость поглощения и состав обменных катионов.

5.4.3.3 Образец грунта в рабочем кольце взвешивают, покрывают с торцов влажными фильтрами и помещают в компрессионный прибор.

5.4.3.4 После помещения образца проводят следующие операции:

– устанавливают образец на перфорированный штамп;

– регулируют механизм нагружения образца;

– устанавливают приборы для измерения вертикальных деформаций образца;

– записывают начальные показания приборов.

5.4.3.5 При необходимости водонасыщение образца проводят путем фильтрации воды снизу вверх под арретиром. Для этого заполняют поддон водой. Водонасыщение проводят для глинистых грунтов в течение 2 – 5 сут, для песков – до момента появления воды над штампом.

5.4.4 Проведение испытания для определения характеристик m₀, Е и р_str.

5.4.4.1 Нагружение испытываемого образца проводят равномерно, без ударов, ступенями нагрузки.

5.4.4.2 Первую ступень давления р₁ при испытании песков, в том числе заторфованных, принимают в зависимости от коэффициента пористости е по таблице 5.8, а последующие ступени давления р₁принимают равными 0,0125; 0,025; 0,05; 0,1 МПа и далее с интервалом 0,1 МПа до заданного значения нагрузки (5.4.1.3).

Коэффициент пористости е

Первая ступень давления p₁,МПа

Примечание- В отдельных случаях, предусмотренных заданием, могут быть приняты более дробные ступени давления р₁, исходя из особенностей деформируемости грунта, условий отсыпки и условий возведения сооружения.

5.4.4.3 При испытании глинистых грунтов, в том числе органо-минеральных, для определения их структурной прочности на сжатие р_str первую и последующие ступени давления принимают равными 0,0025 МПа до момента начала сжатия образца грунта. Начало сжатия следует считать при относительной вертикальной деформации образца грунта e > 0,005. При дальнейшем нагружении за очередную ступень давления принимают ближайшее большее значение по 5.4.4.2.

5.4.4.4 Для глинистых водонасыщенных грунтов в случае их частичного разуплотнения после отбора и подъема образца на поверхность для определения р_str следует вычислять относительное разуплотнение e₁ по формуле

(5.23)

где Dh_н – увеличение высоты образца при разуплотнении, см;

h – высота образца до испытания, см;

е₀ – начальный коэффициент пористости грунта после подъема образца на поверхность;

S_r – коэффициент водонасыщения грунта после подъема образца на поверхность.

5.4.4.5 На каждой ступени нагружения образца грунта снимают отсчеты по приборам для измерения вертикальных деформаций в следующей последовательности: первый отсчет – сразу после приложения нагрузки, затем через 0,25; 0,5; 1; 2; 5; 10; 20; 30 мин и далее с интервалом 1 ч в течение рабочего дня, а затем в начале и конце рабочего дня до условной стабилизации деформации образца.

5.4.4.6 За критерий условной стабилизации деформации принимают скорость деформации образца, не превышающую 0,01 мм за последние 4 ч наблюдений для песков, 16 ч – для глинистых и 24 ч – для органо-минеральных и органических грунтов.

5.4.4.7 При испытании насыпных грунтов с заданными плотностью и влажностью ступени давления и время их выдержки принимают по 5.4.4.2, 5.4.4.3, 5.4.4.5 и 5.4.4.6 или в соответствии с программой испытаний в зависимости от начального коэффициента увлажнения грунта К_w по таблице 5.9.

Примечание- Последняя ступень нагрузки выдерживается до условной стабилизации деформации в соответствии с 5.4.4.6.

5.4.4.8 В необходимых случаях по специальному заданию может быть произведена разгрузка образца грунта в последовательности, обратной порядку нагружения, а также повторное испытание грунта на сжимаемость, последовательность которого аналогична последовательности первого нагружения.

При разгрузке последняя ступень должна соответствовать давлению, создаваемому весом штампа и смонтированного на нем измерительного оборудования (5.4.2.2).

Регистрацию деформации образца при разгрузке следует вести через интервалы времени, указанные в 5.4.4.5, а критерий условной стабилизации деформации принимать по 5.4.4.6.

5.4.4.9 После окончания испытания образца грунта необходимо удалить воду сверху образца и из поддона, опустить арретир, снять нагрузку, взвесить рабочее кольцо с грунтом, определить влажность и массу сухого грунта.

5.4.4.10 В процессе испытания ведут журнал, форма которого приведена в приложении А.

5.4.5 Проведение испытания для определения характеристик консолидации с_v и с_a

5.4.5.1 Испытание проводят при постоянном давлении, равном проектному давлению на грунт или другому заданному давлению. Давление на образец грунта передают сразу после приведения разуплотнившегося грунта к природному состоянию (5.4.4.4) или после предварительного уплотнения грунта заданной нагрузкой. Деформации образца регистрируют через промежутки времени, указанные в 5.4.4.5, до момента достижения условной стабилизации деформации в соответствии с 5.4.4.6.

5.4.5.2 При определении с_v и с_aнасыпных глинистых грунтов с заданными плотностью и влажностью учитывают при необходимости реальный градиент напора поровой жидкости, значение которого задается в программе испытаний.

Давление на образец грунта р, МПа, при котором будет создан заданный градиент напора, определяется по формуле

где I – заданный градиент напора, МПа/см;

l – длина пути фильтрации воды из образца, см.

5.4.5.3 После окончания испытания проводят операции по 5.4.4.9.

5.4.5.4 В процессе испытания ведут журнал, форма которого приведена в приложении А.

5.4.6 Проведение испытания для определения характеристик суффозионной сжимаемости s_sfи p_sf

5.4.6.1 Испытания засоленных грунтов в компрессионно-фильтрационном приборе следует выполнять по схемам:

– «одной кривой» (при испытании одного образца грунта) – для определения характеристик сжимаемости грунта природной влажности при различных давлениях, относительной просадочности и относительного суффозионного сжатия при одном заданном значении давления;

– «трех кривых» (при испытании трех образцов грунта) – для определения при различных давлениях характеристик сжимаемости грунта природной влажности, относительной просадочности и относительного суффозионного сжатия.

5.4.6.2 Компрессионно-фильтрационные испытания грунтов выполняют по схеме нисходящего или восходящего потока фильтрующей жидкости, а также при любых значениях градиента напора I при условии отсутствия механической суффозии.

5.4.6.3 При испытании по схеме «одной кривой» нагрузку на образец грунта природной влажности производят ступенями нагружения до заданного давления р, аналогично компрессионному испытанию (5.4.4.2 – 5.4.4.6). После условной стабилизации деформации образца грунта при давлении р его необходимо замочить водой, продолжая замачивание до условной стабилизации просадки по ГОСТ 23161. После окончания просадочных деформаций или в случае их отсутствия следует начать непрерывную фильтрацию воды через образец (при заданном давлении р) до условной стабилизации суффозионного сжатия (5.4.6.6).

5.4.6.4 Испытание по схеме «трех кривых» проводят на трех образцах грунта ненарушенного сложения, отобранных из одного монолита и отличающихся по плотности сухого грунта не более чем на 0,05 г/см 3 , или на трех образцах нарушенного сложения, имеющих одинаковые (заданные) степень засоленности и плотность сухого грунта.

Один образец испытывают при природной влажности. При этом нагрузку на образец грунта производят ступенями нагружения до заданного давления р в соответствии с 5.4.4.2 и 5.4.4.3.

Второй образец надлежит перед нагружением замочить (без применения арретира) до полного водонасыщения и затем прикладывать нагрузку на образец ступенями нагружения до заданного давления в соответствии с 5.4.4.2 – 5.4.4.6. Водонасыщение следует производить в соответствии с 5.4.3.5.

После условной стабилизации сжатия водонасыщенного грунта необходимо начать непрерывную фильтрацию воды через образец (при неизменном заданном давлении р) до условной стабилизации суффозионного сжатия.

Третий образец следует замочить до полного водонасыщения (без передачи нагрузки на образец грунта и без применения арретира) и затем производить выщелачивание солей (рассоление грунта) путем непрерывной фильтрации воды иди жидкости заданного состава через образец. После условного рассоления грунта необходимо прикладывать нагрузку на образец ступенями до заданного давления р (в соответствии с 5.4.4.2 – 5.4.4.6), поддерживая образец в водонасыщенном состоянии.

5.4.6.5 За критерий условного расселения грунта b₁ при выщелачивании солей без нагрузки (при испытании по схеме «трех кривых») следует принимать значения b₁, приведенные в таблице 5.10.

Содержание водорастворимых солей, %

Значение b₁ в зависимости от вида грунта, д.е.

Устройство компрессионного сжатия

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ГРУНТОВ

Испытание мерзлых грунтов: Компрессионное сжатие

Установка компрессионного сжатия ГТ-0.1.2

Назначение

Для испытания образцов мерзлого грунта методом компрессионного сжатия в составе комплекса измерительно-вычислительного «АСИС-Криология».

Описание

Установка обеспечивает испытание мерзлого грунта методом компрессионного сжатия для определения следующих характеристик деформируемости: коэффициента сжимаемости пластичномерзлых грунтов, коэффициента оттаивания и сжимаемости при оттаивании для песков и глинистых грунтов (кроме песков гравелистых и крупных), а также заторфованных, засоленных и сыпучемерзлых разностей указанных грунтов.

Назначение

Описание

Установка обеспечивает:
испытание мерзлого грунта методом одноосного сжатия, для определения характеристик прочности и деформируемости: предела прочности на одноосное сжатие, модуля линейной деформации, коэффициента поперечного расширения, коэффициента нелинейной деформации, коэффициента вязкости сильнольдистых грунтов для песков (кроме гравелистых и крупных) и глинистых грунтов, кроме заторфованных, засоленных и сыпучемерзлых разностей указанных грунтов.

Установка для испытаний шариковым штампом ГТ 0.6.2

Назначение

Описание

Установка обеспечивает испытание мерзлого грунта шариковым штампом для определения предельно длительного значения эквивалентного сцепления мелких и пылеватых песков и глинистых грунтов, кроме заторфованных засоленных и сыпучемерзлых разностей этих грунтов.

Установка одноплоскостного среза ГТ 0.2.2

Назначение

Описание

Установка обеспечивает испытание мерзлого грунта методом одноплоскостного среза по поверхности смерзания для определения следующих характеристик прочности: сопротивления срезу мерзлого грунта; грунтового раствора и льда по поверхности их смерзания с материалом фундамента или другим твердым материалом, сопротивления срезу мерзлого грунта по поверхности смерзания с другим грунтом или грунтовым раствором; сопротивления срезу льда по поверхности смерзания с грунтом или грунтовым раствором

Приспособление для смораживания образцов

Для смораживания образцов грунта перед испытанием методом одноплоскостного среза по поверхности смерзания по ГОСТ 12248-96 в установке ГТ 0.2.2

Приспособление сосотоит из плексигласовых колец, скреплающихся металлическими шпильками.

В приспособление помещается кольцо ГТ 3.2.3 с образцом грунта, материала фундамента, строительных материалов и др., на него устанавливается кольцо ГТ 3.2.2 с образцом грунта или грунтового раствора. Собранное приспособление устанавливается в помещение или холодильный шкаф с заданной отрицательной температурой воздуха.

Если Вы затрудняетесь с выбором, звоните (495) 781-52-81, наши специалисты помогут подобрать нужн ое Вам оборудование .

/ Права защищены / ©2006-2016 LABO Лабораторное оборудование

Закон сжимаемость грунтов

Отличительной особенностью (свойством) грунтов как дисперсных тел является их значительная сжимаемость при уплотняющей нагрузке, коагуляции (от лат. свертывание, сгущение) коллоидов (от греч. клей + вид) и др. Таким образом, сжимаемостью грунта называется его способность уменьшаться в объеме (деформироваться) от внешней нагрузки.

Грунт состоит из твердых частиц и пор, которые частично или полностью заполнены водой. Поскольку напряжения сжатия, возникающие обычно в основаниях зданий и сооружений, сравнительно небольшие, так как объемные деформации твердых частиц (кварца, полевого шпата и др.) ничтожно малы и их не учитывают, то можно считать, что изменение объема грунта при сжатии происходит только из-за изменения объема его пор.

Сжимаемость грунта зависит от его пористости, гранулометрического и минералогического составов, природы внутренних структурных связей и характера нагрузки.

Сжимаемость грунтов обусловливается следующими причинами:

· уменьшением пористости грунтов под воздействием внешних нагрузок вследствие переупаковки твердых частиц;

· уменьшением толщины водно-коллоидных оболочек минеральных частиц под влиянием увеличивающегося внешнего давления;

· изменением физического состояния.

Сжатие грунтов под нагрузкой называется осадкой, или деформацией, грунтов.

Деформации грунтов имеют упругий и пластический характер. Упругие деформации возникают под действием нагрузок, не превышающих структурной прочности грунта. При снятии таких нагрузок происходит восстановление деформаций.

Если нагрузки превышают структурную прочность грунта, то связи между частицами (скелет грунта) разрушаются. Возникают так называемые пластические деформации, которые вызваны относительным перемещением частиц. Скорость развития пластических деформаций зависит от вида грунта, например, в песках крупных и средней крупности, крупнообломочных и трещиноватых скальных грунтах она на несколько порядков выше, чем в глинистых.

В свою очередь пластические деформации в грунтах можно разделить на объемные и сдвиговые. Объемные деформации приводят к изменению объема пор в грунте, т.е. его уплотнению, а сдвиговые — к изменению его первоначальной формы и могут вызывать разрушение грунта.

Основными характеристиками сжимаемости грунтов являются модуль общей деформации Е или коэффициент относительной сжимаемости m_v, коэффициент поперечного расширения (коэффициент Пуассона) v и коэффициент бокового давления ξ грунта.

Испытание грунтов на сжатие производится следующими видами:

· одноосное сжатие образцов;

и формулируется так: отношение приращений коэффициента пористости и давления есть величина постоянная, равная коэффициенту сжимаемости с обратным знаком.

Коэффициент сжимаемости — расчетная характеристика деформируемости фунтов, которая используется при определении осадок сооружений. С помощью этого коэффициента можно производить качественную оценку грунта как основания зданий и сооружений:

при m₀≤0,1 Мпа -1 – грунт мало сжимаемый,

0,1≤m₀≤1,0 Мпа -1 – средней сжимаемости,

m₀>1,0 Мпа -1 – сильно сжимаемый.

Для установления основных показателей сжимаемости грунтов производятся их испытания на уплотнение под нагрузкой, когда деформации грунта могут развиваться только в одном направлении и никакие другие силы, кроме внешней нагрузки, не действуют.

Испытания образцов на одноосное сжатие являются простейшими и применяются для прочных скальных, полускальных, мерзлых и плотных глинистых грунтов, из которых можно вырезать образец цилиндрической и призматической формы с диаметром или стороной поперечного сечения 40-45 мм (рис.). Особенностью такого испытания является отсутствие боковых напряжений (σ_х=σ_у=0), т.е. возможность свободных боковых деформаций грунта (ε_х=ε_у-∞).

Согласно рис. относительная деформация образца грунта

Рис. Испытание грунта на одноосное сжатие: а — схема испытания; б — диаграмма деформаций

Связь между напряжением и деформацией устанавливается согласно известному из сопротивления материалов закону Гука σ = εЕ, где Е – модуль упругости грунта.

Таким образом, испытание грунта на одноосное сжатие в наименьшей степени соответствует действительным условиям деформирования грунта в массиве, так как не учитывает реакции окружающего его грунта, который ограничивает боковые перемещения.

Компрессионные испытания – наиболее распространенный вид лабораторных исследований для определения деформационных характеристик (свойств) грунтов. Компрессия – это процесс сжатия фунта без возможности бокового расширения (εх = εy = 0), т.е. уплотнение образца без его разрушения.

Компрессионные испытания грунтов в лабораторных условиях проводятся в компрессионных приборах (одометрах).

Одометр − прибор, служащий для определения сжимаемости грунта. Деформации в одометре возможны только в вертикальном направлении, горизонтальные деформации отсутствуют. Вертикальное напряжение изменяется ступенями и является известным, боковые напряжения реактивные и остаются неизвестными.

Конструкции их бывают различные, в зависимости от способа приложения нагрузки и целей исследования.

На компрессионное сжатие образец грунта испытывается в металлическом кольце, и на него через жесткий штамп передается сила F, вызывающая в образце сжимающее напряжение σ = F/A, где А – площадь поперечного сечения образца. Таким образом, под действием вертикальной нагрузки происходит вертикальное перемещение штампа, вызывающее осадку образца.

Нагрузку на поверхность грунта прикладывают отдельными возрастающими ступенями. Каждому приращению внешнего давления соответствует определенное изменение влажности w. Зависимость между влажностью и давлением можно изобразить в виде графика: график носит название компрессионной кривой (илл.).

Исследования показали, что компрессионные кривые применимы для оценки сжимаемости любых связных материалов, но для материалов водопроницаемых (например, песков) не могут быть построены по изменению влажности, так как при прекращении нагрузки первоначальная влажность восстанавливается почти мгновенно.

Более общий метод построения компрессионных кривых – метод определения коэффициента пористости по осадкам образцов грунта при уплотнении их в компрессионном приборе.

Сложное напряженное состояние грунта с помощью компрессионных испытаний оценить невозможно. В этом случае для определения напряженно-деформированного состояния (НДС) образца в массиве используют трехосное сжатие в стабилометре.

Испытание грунта в стабилометре (рис.) производится следующим образом: на поверхность грунтового образца 7, боковая поверхность которого закрыта тонкой резиновой оболочкой 2, могут действовать нормальные напряжения. Напряжения по боковой поверхности цилиндра создаются за счет давления в рабочей камере 3 прибора, заполненной жидкостью (вода, глицерин) или газом. Напряжения по торцам цилиндра создаются либо давлением жидкости, либо передачей усилия F через шток 4 на штамп 5.

Рис. Схема рабочей камеры стабилометра (а) и цилиндрический образец грунта в трехосном приборе (б)

Процесс испытания в трехосном приборе обычно состоит в изменении по заданной программе напряжений σ₁ и σ₂ = σ₃ посредством увеличения или уменьшения давления в рабочей камере и усилия в штоке. При этом измеряются вертикальное сжатие и увеличение диаметра (рис.б).

В стабилометрах можно создавать широкий диапазон видов НДС грунта, например, при постоянном боковом сжатии, т.е. σ₂ = σ₃и возрастании σ₁ наблюдается, как и в случае одноосного сжатия развитие продольных деформаций; при всестороннем сжатии σ₁ = σ₂ = σ₃ как и в случае компрессионного испытания, наблюдается затухание деформации.

Оценка сжимаемости грунтов в стабилометрах производится по объемной деформации грунта

где ?V – изменение объема образца,

V – его начальный объем.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

• шарик от подшипника купить
• наперсток для шитья
• биокор таблетки