Физико-механические характеристики, определяемые в лабораторных условиях, необходимы для установления номенклатурных наименований грунтов и для расчетов оснований и фундаментов. Физико-механические характеристики грунтов должны устанавливаться в соответствии с действующими нормативными и инструктивными документами. Для определения основных механических характеристик грунтов применяют нижеследующие методы испытаний.
Компрессионные испытания — наиболее распространенный вид лабораторных исследований для определения деформационных характеристик (свойств) грунтов. Компрессия — это процесс сжатия фунта без возможности бокового расширения, т.е. уплотнение образца без его разрушения.
Компрессионные испытания проводятся для оценки сжимаемости грунтов в условиях невозможности бокового расширения и для определения модуля деформации грунтов. В результате эксперимента устанавливается зависимость между уплотняющим давлением p и коэффициентом пористости.
В лабораторных условиях компрессионные испытания грунтов проводятся в компрессионных приборах (одометрах). Конструкции их бывают различные, в зависимости от способа приложения нафузки и целей исследования. На компрессионное сжатие образец грунта испытывается в металлическом кольце, и на него через жесткий штамп передается сила, вызывающая в образце сжимающее напряжение. Таким образом, под действием вертикальной нагрузки происходит вертикальное перемещение штампа, вызывающее осадку образца.
При помощи компрессионных испытаний определяются такие характеристики грунта, как коэффициент сжимаемости m0 и модуль общей деформации Ek.
Вычислим значение модуля общей деформации по данным компрессионных испытаний. Исходные данные представлены в таблице 4.1.
Таблица 4.1 – Результаты компрессионных
испытаний
| Давление P, МПа | Коэффициент пористости е |
| 0,05 | 0.411 |
| 0,1 | 0,387 |
| 0,2 | 0,368 |
| 0,3 | 0,357 |
| 0,4 | 0,349 |
Испытанный грунт – песок средний. Коэффициент пористости е = 0,43.
Вычислим модуль деформации по компрессионным испытаниям с помощью формулы
| (4.1) |
где mk – безразмерный коэффициент;
mυ – коэффициент относительной сжимаемости.
Коэффициент β вычисляется по формуле
| (4.2) |
где υ – коэффициент Пуассона.
Коэффициент относительной сжимаемости mυ рассчитывается так
| (4.3) |
где m0 – коэффициент сжимаемости;
е0 – коэффициент пористости песка (е = 0,43).
Коэффициент сжимаемости вычислим по следующей формуле
| (4.4) |
где е1 – значения коэффициента пористости при Р =0,1 МПа;
е2 – значения коэффициента пористости при Р =0,2 МПа;
P1, P2 – значения давлений в интервале P =0,1…0,2 МПа.
Подставив исходные данные (mk =4; е0 =0,43; υ =0,3; е1 =0,387; е2 =0,368; P1 =0,1 МПа; P2 =0,2 МПа) в формулы (4,1), (4,2), (4,3) и (4,4) получим следующие значения:
 МПа–1
|
 МПа–1
|
|
 МПа.
|
Из приведенных вычислений следует, что коэффициент сжимаемости m0 =0,19 МПа–1, коэффициент относительной сжимаемости mυ =0,13 МПа–1, а модуль общей деформации E =22,8 МПа.
Компрессионная кривая представлена на рисунке 4.1.
Рисунок 4.1 – График компрессионной кривой
