и консолидационных характеристик

Методика определения сдвиговых характеристик

Сопротивляемость грунта сдвигу S_pw (МПа, кгс/см²) рассчитывают по формуле

где р - вертикальная нагрузка, МПа (кгс/см²);

(_w и С_с - связность и структурное сцепление грунта, МПа (кгс/см²).

Испытания проводят по методике быстрого сдвига на образцах с искусственной структурой (насыпи) и естественной (выемки). Скорость сдвига подбирают с таким расчетом, чтобы весь опыт длился не более 2 мин.

Величину нормальных напряжений необходимо подбирать таким образом, чтобы при проведении испытаний они не были меньше сопротивляемости грунта сдвигу при этих напряжениях. Рекомендуются следующие напряжения (нагрузки): 0,15, 0,25, 0,35 МПа (1,5; 2,5; 3,5 кгс/см²).

Начальные плотность и влажность грунта должны охватывать диапазон изменения его плотности и влажности в различных конструктивных элементах земляного полотна.

Довести грунт до заданной плотности при одинаковой начальной влажности или до заданных плотности и влажности можно путем выдерживания образцов перед испытанием под различными нагрузками либо под одной нагрузкой, но разное время в приборе предварительного уплотнения.

После сдвигового испытания образца из зоны сдвига отбирают часть грунта для определения контрольной влажности.

Для разделения полного сцепления С_w на восстанавливающуюся ((_w) и невосстанавливающуюся (С_с) части испытывают идентичные образцы методом "плашек".

Для этой цели образцы после сдвиговых испытаний разрезают на две половины (плашки) в зоне сдвига, соединяют их в сдвиговом приборе, прикладывают ту же нормальную нагрузку, которая была принята при предшествующем испытании, и производят сдвиг образца по фиксированной поверхности. Начальные плотность и влажность образцов грунта и нагрузка на них должны быть такие же, что и при основных испытаниях.

Результаты обрабатывают по методике плотности - влажности проф. Н. Н. Маслова.

Методика определения компрессионных характеристик

Перед установкой в прибор рабочего кольца его торцевую поверхность с двух сторон покрывают кружками фильтровальной бумаги для обеспечения двусторонней фильтрации или с одной стороны - резиновой прокладкой, с другой - фильтрационной бумагой для создания условий одномерной фильтрации.

Загружение образца грунта необходимо осуществлять ступенями: 0,05; 0,1; 0,2; 0,4; 0,6 МПа (0,5; 1; 2; 4; 6 кгс/см²). Каждую нагрузку выдерживают до условной стабилизации деформации образца, равной 0,02 мм/сут.

Деформацию образца замеряют мессурами - индикаторами часового типа с ценой деления 0,01 мм.

При методике испытаний, предусматривающей взвешивание образца после стабилизации деформации грунта под каждой ступенью нагрузки, из прибора быстро извлекают рабочее кольцо с образцом и взвешивают его, определяя изменение массы (или массу отжатой воды). Затем образец вновь помещают в компрессионный прибор и уплотняют той же нагрузкой, после чего прикладывают следующую ступень нагрузки и выдерживают ее до завершения деформации, снова определяют деформацию образца и потерю массы и т.д.

Во время опыта следует одновременно регистрировать деформацию образца и время ее достижения для определения компрессионных и консолидационных характеристик испытываемого грунта.

По опытным данным рассчитывают относительную деформацию образца под каждой ступенью нагрузки и строят график зависимости ( = f (р) и ( = f (lg t). Для определения пороговой нагрузки рассчитывают коэффициент пористости (и строят график зависимости (= f (lg Р). Величина нагрузки, соответствующая точке перелома указанной зависимости, является начальной (пороговой).

Для возможности оценки величины и характера доуплотнения глинистых грунтов в насыпи (или в расчетных слоях) значения ступеней нагрузки в компрессионных испытаниях необходимо пересчитать на соответствующие толщины слоев насыпи по формуле h = Р / (_w, где Р - нагрузка, МПа (кгс/см²).

Далее но данным компрессионных испытаний определяют плотность сухого грунта по известной формуле . На основе полученных значений строят эпюру изменения плотности сухого грунта по высоте насыпи, т.е. плотность, которая достигается в результате доуплотнония под статической нагрузкой в зависимости от рабочей отметки. При необходимости рассчитывают коэффициент уплотнения К_у.

Для определения влияния степени влажности глинистого грунта на его деформативные свойства зависимости ( = f (Р), полученные для образцов грунта с различной начальной влажностью (различными коэффициентами увлажнения), следует перестроить, представив их в виде зависимости относительной деформации образца грунта от начального коэффициента увлажнения при различных нагрузках (или по высоте насыпи) ( = f (K_w).

При необходимости учета соотношения объемов компонентов (воды, воздуха) грунта в заданном объеме в зависимости от различных условий (степени влажности действующей нагрузки и т.д.) их рассчитывают по результатам компрессионных испытаний:

масса сухого грунта:

где V_r - объем грунта;

масса воды:

объем грунта:

объем воздуха:

где V_к - объем кольца;

V_в - объем воды.

Методика определения консолидационных характеристик

В тех случаях, когда недостаточно данных совмещенных компрессионных и консолидационных испытаний, проводится дополнительная серия испытаний грунта на консолидацию.

Испытывают идентичные образцы различной высоты (при этом необходимо соблюдать их геометрическое подобие) или одинаковой высоты, но при разных условиях дренирования. Уплотняющая нагрузка в опыте должна соответствовать расчетной для данного слоя.

Деформацию образца следует фиксировать через определенные промежутки времени: 0,15'; 0,30'; 0,45'; 1', 2', 3', 5', 10', 15', 20', 30', 60', 90', 120', 180', 360' и далее 3 раза в сутки до достижения условной стабилизации деформации образца.

В результате обработки опытных данных строят графики зависимости ( = f (lg t). По характеру получен н ы х консолидационных кривых и их взаимному расположению определяют закономерности процесса уплотнения для данного конкретного случая и факторы, влияющие на скорость этого процесса.

Условия независимости интенсивности уплотнения от высоты образца на фильтрационной и вторичной стадиях уплотнения считаются достигнутыми в следующих случаях:

кривые консолидации образцов различной высоты (или одинаковой, но при разных условиях дренирования) совпадают;

расхождение в относительной деформации за одно и то же время по кривым консолидации указанных образцов не превышает точности измерения деформации;

кривые консолидации образцов с различными путями фильтрации параллельны.

Исходя из указанных условий, на полученной консолидационной зависимости ( = f (lg t)следует выделить участки дофильтрационной, фильтрационной консолидации и консолидации ползучести.

Переход первой стадии во вторую выражается в том, что экспериментальные точки выходят на криволинейный участок, при испытании образцов различной высоты кривые консолидации начинают расходиться. Переход второй стадии в последнюю характеризуется тем, что экспериментальные точки устойчиво ложатся на прямую линию (см. рис. 5.5).

За консолидационный параметр на стадии дофильтрационной консолидации и консолидации ползучести принимают угловой коэффициент т_р, на стадии фильтрационной консолидации - показатель степени консолидации п.

 

 

Рис. 1. Зависимость относительной осадки от нагрузки при K_w = 1,4 (((() и

K_w = 1,2 (----): 1 - K_у = 0,75; 2 - K_у = 0,8; 3 - K_у = 0,85; 4 - K_у = 0,9; 5 - K_у = 0,95

 

В качестве примера результатов обработки экспериментальных данных приведены компрессионные и консолидационные зависимости, полученные при испытании грунта с участка автомобильной дороги Серпухов-Тула с различными начальными значениями плотности и влажности (рис. 1, 2).

а), б)

в)

 

Рис. 2. Зависимость относительной деформации от времени при Р_упл = 5 МПа:

а - K_w = 1,4; (_d/(_{d макс} = 0,9; б - K_w = 1,4; (_d/(_{d макс} = 0,95; в - K_w = 1,2;

(_d/(_{d макс} = 0,9; 1 - h_обр = 2 см; h_ф = 1 см; 2 - h_обр = 2,5 см; h_ф = 2,5 см