Метод суффозионного сжатия

 

Сущность метода

 

5.5.1.1 Испытание грунта методом суффозионного сжатия в результате растворения и выноса солей при фильтрации воды проводят для определения следующих характеристик засоленных (содержащих легко- и среднерастворимые соли) песков (кроме гравелистых), супесей и суглинков: относительного суффозионного сжатия  и начального давления суффозионного сжатия .

5.5.1.2 Эти характеристики определяют по результатам испытаний образцов грунта в компрессионно-фильтрационных приборах, исключающих возможность бокового расширения образца грунта при его нагружении вертикальной нагрузкой.

Результаты испытаний должны быть оформлены в виде графиков зависимостей деформаций образца от нагрузки.

5.5.1.3 Для испытаний используют образцы грунта по 5.4.1.4.

 

Оборудование и приборы

 

5.5.2.1 В состав установки для испытания грунта на суффозионное сжатие должны входить:

- компрессионно-фильтрационный прибор с рабочим кольцом с внутренними размерами по 5.4.1.4;

- механизм для вертикального нагружения образца грунта;

- устройства для измерения вертикальных деформаций образца грунта.

Конструкция компрессионно-фильтрационного прибора приведена в приложении М, раздел М.1.

5.5.2.2 Конструкция компрессионно-фильтрационного прибора должна обеспечивать:

- подачу воды к образцу грунта снизу (схема восходящего потока) или сверху (схема нисходящего потока);

- отвод воды, профильтровавшейся через образец грунта, и накопление ее в мерном сосуде;

- непрерывную на протяжении всего испытания фильтрацию воды, герметичность основных деталей прибора;

- первоначальную нагрузку на образец от штампа и закрепленных на нем измерительных приборов по 5.4.2.2.

5.5.2.3 Компрессионно-фильтрационные приборы тарируют на сжатие с помощью металлического вкладыша по 5.4.2.3.

 

Подготовка к испытанию

 

5.5.3.1 Образец грунта изготавливают с учетом требований 5.4.1.4.

5.5.3.2 Дополнительно к физическим характеристикам (см. раздел 4.4) должны быть определены: коэффициент фильтрации по ГОСТ 25584, количество легко- и среднерастворимых солей (степень засоленности) и их качественный состав (по результатам анализа водной и солянокислой вытяжек). По специальному заданию для засоленных глинистых грунтов определяют емкость поглощения и состав обменных катионов.

5.5.3.3 Подготовку к испытанию проводят в соответствии с 5.4.3.2 и 5.4.3.3.

 

Проведение испытания

 

5.5.4.1 Испытания засоленных грунтов в компрессионно-фильтрационном приборе проводят 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.

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

5.5.4.3 При испытании по схеме "одной кривой" нагрузку на образец грунта природной влажности передают ступенями нагружения до заданного давления р аналогично компрессионному испытанию (см. 5.4.4.2, 5.4.4.4, 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 (см. 5.5.4.6).

5.5.4.4 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 , 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 прикладывают ступенями нагружения до заданного давления р в соответствии с 5.4.4.2.

Второй образец надлежит перед нагружением замочить (без применения арретира) до полного водонасыщения (см. 5.4.3.4) и затем прикладывать нагрузку на образец ступенями до заданного давления в соответствии с 5.4.4.2, 5.4.4.4, 5.4.4.6.

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 проводить выщелачивание солей (рассоление грунта) путем непрерывной фильтрации воды или жидкости заданного состава через образец. После условного рассоления грунта прикладывают нагрузку на образец ступенями до заданного давления р в соответствии с 5.4.4.2, 5.4.4.4, 5.4.4.6, поддерживая образец в водонасыщенном состоянии.

5.5.4.5 За критерий условного рассоления грунта при выщелачивании солей без нагрузки (при испытании по схеме "трех кривых") следует принимать значения степени выщелачивания солей , приведенные в таблице 5.11.

 

Таблица 5.11 - Значения степени выщелачивания солей

 

Содержание водорастворимых солей,%	Значения  в зависимости от вида грунта, не менее
	Песок	Супесь	Суглинок
До 5	0,80	0,65	0,60
5-10	0,85	0,70	0,65
11-20	0,90	0,80	0,75
21-30	0,95	0,90	0,85
Св. 30	1,00	0,95	0,90

 

5.5.4.6 За критерий условной стабилизации суффозионного сжатия грунта при заданном давлении р принимают приращение относительной деформации , не превышающее 0,001 при приращении степени выщелачивания солей =0,1, а также при условии, что степень выщелачивания солей  (см. 5.5.5.11) составляет не менее 0,6.

5.5.4.7 После начала фильтрации воды через образец показания индикаторов деформаций регистрируют в первый час через 15 мин, далее через час (но не менее пяти раз) в течение рабочего дня, затем один раз в день при испытании грунтов, содержащих легкорастворимые соли, и один раз в два-три дня при испытании грунтов, содержащих среднерастворимые соли.

5.5.4.8 В процессе выщелачивания солей необходимо отбирать фильтраты для определения в них количества солей по массе плотного остатка: первый фильтрат - после сбора 50 мл жидкости, второй - через двое-трое суток, далее - один раз в неделю при испытании грунтов, содержащих легкорастворимые соли, и один раз в две недели - при испытании грунтов, содержащих среднерастворимые соли.

5.5.4.9 После завершения испытания рабочее кольцо с влажным грунтом взвешивают, проводят контрольное измерение высоты образца грунта в кольце, определяют влажность грунта и массу сухого грунта, а также количественный и качественный состав солей.

 

Обработка результатов

 

5.5.5.1 По результатам опыта вычисляют на каждой ступени нагружения абсолютную вертикальную стабилизированную деформацию образца грунта , мм, и относительную вертикальную деформацию образца , где  - высота образца при давлении, равном напряжению от собственного веса грунта на глубине отбора образца, и строят график зависимости относительных деформаций от вертикального давления  (см. приложение М, раздел М.2).

5.5.5.2 В случае набухания засоленного грунта при испытании по схеме "трех кривых" необходимо определить свободное относительное набухание  по 5.6, а точку, соответствующую , включить в график , откладывая ее на оси ординат вверх от оси абсцисс.

5.5.5.3 При испытании по схемам "одной кривой" и "трех кривых" характеристики сжатия засоленного грунта природной влажности определяют в соответствии с 5.4.6.3 и 5.4.6.4.

5.5.5.4 При испытании по схеме "одной кривой" относительную просадочность засоленного грунта  определяют по ГОСТ 23161.

5.5.5.5 Относительное суффозионное сжатие грунта  при испытании по схеме "одной кривой" и при наличии просадочных деформаций определяют как дополнительное относительное сжатие образца грунта при заданном давлении и непрерывной фильтрации воды по формуле

 

, (5.37)

 

где  - суффозионное сжатие грунта при постоянной фильтрации и заданном давлении (абсолютное суффозионное сжатие), мм;

 - высота образца замоченного грунта при заданном давлении, мм;

 - высота образца после сжатия в условиях постоянной фильтрации жидкости при заданном давлении, мм.

5.5.5.6 Относительное суффозионное сжатие грунта  при испытании по схеме "одной кривой" и при отсутствии просадочных деформаций определяют по формуле

 

, (5.38)

 

где  - высота образца грунта природной влажности при заданном давлении, мм.

5.5.5.7 Относительную просадочность  для различных давлений при испытаниях по схеме "трех кривых" определяют как разность значений относительного сжатия образцов в водонасыщенном состоянии  и при природной влажности  или разность ординат соответствующих кривых графиков .

5.5.5.8 Относительное суффозионное сжатие  для различных давлений при испытании по схеме "трех кривых" определяют как разность значений относительного сжатия образцов выщелоченного грунта и в водонасыщенном состоянии или разность ординат соответствующих кривых графика . По значениям  строят график зависимости  (см. приложение М, раздел М.2).

5.5.5.9 Начальное давление суффозионного сжатия  определяют по графику , принимая за  давление, при котором относительное суффозионное сжатие равно 0,01 МПа.

5.5.5.10 Относительное суффозионное сжатие вычисляют с точностью 0,001 МПа, начальное давление суффозионного сжатия - с точностью 0,02 МПа.

5.5.5.11 В процессе компрессионно-фильтрационного испытания грунта при непрерывной фильтрации воды и заданном давлении р следует строить график зависимости относительного суффозионного сжатия  от степени выщелачивания солей  (см. приложение М, раздел М.2), определяемой по формуле

 

, (5.39)

 

где k - число определений плотного остатка фильтрации за время испытаний;

 - объем воды, профильтровавшейся через образец грунта за период между двумя последующими определениями плотного остатка, л;

 - среднеарифметическое значение двух последующих определений плотного остатка фильтратов за вычетом плотного остатка фильтрующей жидкости, г/л;

 - степень засоленности грунта (принимают по результатам определений средней степени засоленности монолита, из которого вырезают образец грунта), д.е.;

 - масса сухого образца грунта перед началом испытаний, г.

5.5.5.12 После окончания компрессионно-фильтрационного испытания, а также после выщелачивания солей без нагрузки и последующего загружения образца следует произвести корректировку графика , подставляя в формулу (5.39) вместо значения  значение начальной степени засоленности образца грунта  определяемой по формуле

 

, (5.40)

 

где  - масса сухого образца грунта после окончания испытания, г;

 - степень засоленности образца грунта после окончания испытания, д.е.