Методы определения характеристик прочности и деформируемости мерзлых грунтов

 

Метод испытания шариковым штампом

 

Сущность метода

 

6.1.1.1 Испытание мерзлого грунта шариковым штампом проводят для определения предельно длительного значения эквивалентного сцепления  мелких и пылеватых песков (кроме сыпучемерзлых) и глинистых грунтов с содержанием органического вещества для указанных видов грунтов не более 10%.

6.1.1.2 Предельную длительность эквивалентного сцепления определяют по глубине погружения шарикового штампа в образец грунта от заданной постоянной нагрузки при заданной температуре испытаний: для незаселенных грунтов от [( ]°С до минус 5°С; для засоленных от [( ]°С до минус 8°С, где  - температура начала замерзания грунта.

6.1.1.3 Для испытаний используют образцы мерзлого грунта ненарушенного сложения с природной влажностью и льдистостью. Толщина прослоек льда в образце должна быть не более 2 мм, а льдистость . При большей льдистости необходимо увеличение диаметра шарикового штампа и колец в соответствии с 4.5 ГОСТ 30416.

Образцы должны иметь форму цилиндра диаметром не менее 70 и высотой не менее 35 мм.

 

Оборудование и приборы

 

6.1.2.1 В состав установки для испытаний мерзлого грунта шариковым штампом входят:

- стержень с шариковым штампом диаметром (22 2) мм;

- опорная плита с подвижным столиком;

- плоский штамп для предварительного обжатия образца грунта;

- рабочее кольцо для отбора грунта;

- механизм для вертикального нагружения образца грунта;

- устройство для измерения глубины погружения шарикового штампа.

Принципиальная схема установки приведена в приложении П. Наряду с рычажным допускается применять прибор с одноштоковым загружением.

 

Подготовка к испытанию

 

6.1.3.1 Образец грунта изготавливают с учетом требований 6.1.1.3.

6.1.3.2 После выдерживания образца в рабочем кольце при температуре испытания в течение 12 ч проводят в течение 15 с обжатие образца плоским штампом, на который передают давление, равное напряжению от собственного веса грунта на глубине отбора образца. После обжатия образец разгружают.

6.1.3.3 Образец грунта в рабочем кольце помещают на подвижный столик установки и проводят следующие операции:

- покрывают образец защитным кружком из глянцевой парафинированной бумаги или полиэтиленовой пленки, в котором должно быть вырезано отверстие диаметром, на 2-3 мм превышающим диаметр шарикового штампа;

- устанавливают на образец грунта шариковый штамп и центрируют его, фиксируя момент касания шариком поверхности грунта по показаниям устройств для измерения деформаций образца грунта;

- закрепляют стержень штампа стопорным винтом;

- записывают начальные показания устройств или включают автоматическую запись.

 

Проведение испытания

 

6.1.4.1 К образцу грунта плавно, не допуская ударов, прикладывают постоянную нагрузку. Ориентировочную нагрузку принимают в зависимости от состояния грунта в соответствии с таблицей 6.1.

 

Таблица 6.1 - Ориентировочные значения нагрузки на шариковый штамп

 

Вид грунта	Состояние мерзлого грунта	Нагрузка, Н
Мелкие пески и супеси	Пластичномерзлый	40
	Твердомерзлый	50
Глины и суглинки	Пластичномерзлый	20
	Твердомерзлый	30

 

6.1.4.2 Значение нагрузки на шариковый штамп уточняют из условия

 

, (6.1)

 

где  - диаметр шарикового штампа, см;

 - глубина погружения шарикового штампа в образец грунта через 15 мин после приложения нагрузки, см.

При несоблюдении условия выражения (6.1) следует провести корректировку нагрузки. Если осадка превышает рекомендуемое значение или не достигает его, то нагрузку следует соответственно уменьшить или увеличить и опыт повторить заново с учетом 6.1.4.6.

6.1.4.3 Испытание проводят в ускоренном и длительном режиме. Показания приборов для измерения вертикальной деформации образца при испытании в ускоренном режиме (8 ч) снимают через 1; 5; 10; 15; 20; 30 и 60 мин после приложения нагрузки, затем не реже чем через 2 ч - в течение 8 ч, далее при длительном испытании - два раза в сутки (в начале и конце рабочего дня) до условной стабилизации деформации или ведется автоматическая запись с интервалами не реже чем перечисленные.

6.1.4.4 Для каждого вида грунта рекомендуется провести серию, состоящую не менее чем из шести восьмичасовых опытов (для одного значения температуры). Один, а при обосновании два-четыре опыта из каждой серии оставляют в качестве длительных.

6.1.4.5 Испытание заканчивают через 8 ч после начала опыта (при ускоренных испытаниях) или после достижения условной стабилизации глубины погружения шарикового штампа при длительных испытаниях. За критерий условной стабилизации деформации принимают приращение вертикальной деформации, не превышающее 0,01 мм за 12 ч.

6.1.4.6 Испытания на том же образце могут быть проведены при соблюдении следующего условия: центр места нового погружения шарикового штампа должен отстоять от границ предыдущих отпечатков шарика и края образца не менее чем на половину диаметра шарика.

6.1.4.7 В процессе испытания фиксируют глубину погружения в грунт шарикового штампа при заданной нагрузке во времени, а также температуру испытаний.

 

Обработка результатов

 

6.1.5.1 По показаниям устройств для измерения деформаций определяют глубину погружения шарикового штампа в грунте конце испытания (через 8 ч при ускоренном режиме испытания или по достижении условной стабилизации деформации).

6.1.5.2 Предельно длительное значение эквивалентного сцепления мерзлого грунта , МПа, определяют с точностью 0,01 МПа по формуле

 

, (6.2)

 

где F - нагрузка на шариковый штамп, кН;

 - диаметр шарикового штампа, см;

 - глубина погружения в грунт шарикового штампа в конце испытания, см;

k - безразмерный коэффициент, равный 1 при испытаниях до условной стабилизации деформации, и 0,8 - при ускоренном режиме.

6.1.5.3 Для практических расчетов предельно длительного значения эквивалентного сцепления по данным восьмичасовых испытаний допускается в формуле (6.2) пользоваться безразмерным переходным коэффициентом , получаемым из соотношения

 

, (6.3)

 

где  - предельно длительное значение эквивалентного сцепления, полученное по результатам длительных испытаний;

 - предельно длительное значение эквивалентного сцепления, полученное по результатам восьмичасовых испытаний.