Лабораторная работа №8

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СЖИМАЕМОСТИ ГРУНТА

Цель работы: определение характеристик сжимаемости грунта на приборе компрессионного сжатия.

Основные понятия

При расчете величины осадки грунта в основаниях сооружений различного рода используют показатели, характеризующие сжимаемость грунта. Сжимаемость грунта определяется его способностью уменьшаться в объеме под воздействием вертикальной нагрузки.

Определение сжимаемости, согласно ГОСТ 23 908 79^x [2] производится на образцах грунта либо с природной плотностью и влажностью, либо с их заданными начальными значениями.

Первая схема ближе для естественных грунтовых оснований сооружений, вторая применяется для пылеватых и глинистых грунтов при изменении их свойств в процессе строительства, что характерно для земляного полотна автомобильных дорог.

Для образцов с заданными параметрами приняты следующие условия испытаний [2] :

- степень влажности S_r = 1, что соответствует полному насыщению пор водой;

- показатель текучести J_L > 0,5, что соответствует консистенции грунта от мягкопластичной до текучей.

Поэтому S_r всегда задается равным 1, а J_L зависит от расчетной влажности грунта, определяемой типом грунта и дорожно-климатической зоной [1,2].

По заданным S_r и J_L рассчитывают начальные значения влажности W₃:

W₃ = W_p + J_L×J_p

где: W₃ – заданная влажность испытуемого грунта;

W_p – граница раскатывания грунта;

J_L – показатель текучести грунта;

J_p – число пластичности грунта.

J_p = W_L - W_p,

где W_L – граница текучести грунта.

Характеристики W₃, W_p, W_L, J_L выражают в долях единицы.

Начальную плотность грунта ( ρ ) определяют по величине коэффициента пористости

( е₀ ) в следующей последовательности:

; (1)

; (2)

где: ρ_s–плотность частиц грунта (г/см³);

ρ – начальная плотность грунта (г/см³).

Таким образом, до начала испытания грунта на сжатие, определяют лабораторным путем характеристики: ρ_s, W_p, W_L, J_p, и тип грунта по существующей классификации [4].

Характеристики сжимаемости грунтов определяют по величине относительной деформации (), полученной в результате испытаний образцов в условиях одноосного статического ступенчатого нагружения без возможности бокового расширения.

При этом:

где: h_i – абсолютная деформация образца грунта (мм);

h – высота образца грунта до испытания (мм).

Показателями, характеризующими сжимаемость грунтов являются:

- коэффициент уплотнения ( ):

(мПа^-1);

где: е_i – первоначальное значение коэффициента пористости, соответствующее

сжимаемому давлению P (МПа);

е_i+1 – коэффициент пористости, соответствующий данной ступени сжимающего

давления i +1 (МПа);

- модуль деформации грунта (Е_g):

где: β – поправка, учитывающая отсутствие поперечного расширения грунта в компрессионном приборе. Принимается для пылеватых и мелких:

песков – 0,8;

супесей – 0,7;

суглинков – 0;,5

глин – 0,4;

- структурная прочность Р_стр (МПа), определяемая по кривой деформирования (рис.1), т.е.

 = f (Р_стр)

рис.1

Для определения коэффициента пористости грунта при данной ступени нагрузки используют зависимость:

е_р = е_о ± _р (1 + е_о),

где: е_р – коэффициент пористости, соответствующий сжимающему давлению Р_Р;

е_о – начальный коэффициент пористости;

_р - относительная деформация сжатия образца для данной ступени нагрузки, считая от начала опыта.

В незначительном диапазоне изменения сжимающего давления сжимаемость грунтов характеризуется компрессионной кривой (рис.2)

Коэффициент уплотнения (а), являясь параметром компрессионной кривой (а = tg ), уменьшается с ростом сжимающей нагрузки (Р). Таким образом, величина коэффициента уплотнения является показателем сжимаемости грунтов (таблица 1)

Таблица 1 Разновидности грунтов по степени сжимаемости.

Изменение деформации уплотнения (∆h) при постоянной сжимающей нагрузке (P) зависят от времени действия (t).

Графически данная зависимость выражается кривой консолидации: h = f (t); (рис.3).

Рис.3

Наибольшая деформация (∆h_стаб) называется стабилизировавшейся осадкой, а время действия нагрузки ей соответствующее (t_ст), временем стабилизации осадки. Кривая консолидации, построенная по результатам лабораторных испытаний, позволяет определить осадку слоя основания сооружения мощностью (H) в любой момент времени (Т), используя следующее выражение:

,

где: n – показатель консолидации, зависящий от числа пластичности J₀ и показателя текучести J_L (определяют по номограмме, предложенной профессором Масловым Н.Н.