При дослідженні деформаційних властивостей піщаних і глинистих порід найбільш часто проводять їх випробування на компресію, при якому відбувається деформація ущільнення порід без можливості бокового розширення. Сутність цих випробувань полягає в тому, що породу піддають ущільненню ступенями навантаження (# 963; 1. # 963; 2. # 963; 3 і т. Д.) В робочому кільці спеціального компресійного або компресійного-фільтраційного приладу і спостерігають за зміною її пористості або коефіцієнта пористості. В результаті отримують характерну залежність, яку висловлюють зазвичай у вигляді компресійної кривої (рис. 5.1).
На малій ділянці компресійної кривої від М1 до М2 її можна вважати прямою. Тангенс кута нахилу цієї ділянки кривої характеризує стисливість породи на даному інтервалі тиску:
Мал. 5.1 Компресійна крива: 1 - крива ущільнення; 2 - крива разуплотнения.
Тангенс кута нахилу компресійної кривої, т. Е. Tg # 945 ;, прийнято позначати через m0 і називати коефіцієнтом стисливості. Чим більше величина tg # 945 ;, тим порода слабкіше, так як вона більш податлива, сильніше ущільнюється в межах заданого інтервалу тисків.
Вибір точок на компресійної кривої при визначенні коефіцієнта стисливості не може бути випадковим. Координати початкової точки повинні відповідати природному навантаженню на породу і природному коефіцієнту пористості. Координати кінцевої точки повинні відповідати кінцевої навантаженні на породу після зведення споруди.
Коефіцієнт відносної стисливості m # 957; . виражає відносну деформацію породи, т. е. що представляє собою величину стиснення шару породи від навантаження # 963 ;, віднесену до первісної потужності шару.
Устаткування і матеріали
Для визначення коефіцієнта стисливості і коефіцієнта відносної стисливості піщаних і глинистих порід необхідно мати компресійний або компресійного-фільтраційний прилад. Існує кілька типів компресійних приладів різних конструкцій, проте принципова схема всіх приладів майже однакова. Кожен прилад має відповідний набір гир, що дозволяє вести ущільнення породи певними ступенями навантаження.
Мал. 5.2. Принципові схеми компресійно-фільтраційних приладів: а - для випробувань за схемою низхідного потоку води; б - для випробувань за схемою висхідного потоку води;
1 - корпус; 2 - піддон корпусу; 3 - підстава корпусу; 4 - робоче кільце; 5 - направляє кільце; 6 - перфорований вкладиш; 7 - перфорований штамп; 8 - кришка; 9 - втулка; 10 - шток; 11 - спускна пробка; 12 - штуцер; 13 - гумова прокладка; 14 - заглушка; 15 - притискний кільце верхнє; 16 - притискний кільце нижнє; 17 - гайка; 18 - стійка; 19 - шланг; 20 - скляна трубка; 21 - індикатор; 22 - тримач індикатора; 23 - опорна п'ята індикатора; 24 - кулька; 25 - зразок грунту, який випробовується
Діапазон тисків, при яких проводять випробування, визначається у програмі випробувань або приймається в межах полуторного значення проектного тиску на грунт.
Для випробувань використовують зразки грунту ненарушенного складу з природною вологістю або водонасичені або зразки порушеного складу з заданими значеннями густини і вологості.
Зразок повинен мати форму циліндра діаметром не менше 71 мм і відношенням висоти до діаметра 1: 3,5.
Компресійні і компресійного-фільтраційні прилади тарують на стиск за допомогою металевого вкладиша. Максимальний тиск при тарировке приймають рівним 1,0 МПа, навантаження ступенями тиску - 0,05 МПа з витримкою по 2 хв.
1. Зразок грунту в робочому кільці зважують, покривають з торців вологими фільтрами і поміщають в компресійний прилад.
2. Після поміщення зразка проводять такі операції:
- встановлюють зразок на перфорований штамп;
- регулюють механізм навантажування зразка;
- встановлюють прилади для вимірювання вертикальних деформацій зразка;
- записують початкові показання приладів.
3. При необхідності водонасичення зразка проводять шляхом фільтрації води знизу вгору під аретиром. Для цього заповнюють піддон водою. Водонасичення проводять для глинистих ґрунтів протягом 2-5 діб, для пісків - до моменту появи води над штампом.
4. Hагруженіе випробуваного зразка проводять рівномірно, без ударів, ступенями навантаження.
5 Першу ступінь тиску при випробуванні пісків, в тому числі заторфованних, приймають в залежності від коефіцієнта пористості e по таблиці 5.1, а наступні ступені тиску приймають рівними 0,0125; 0,025; 0,05; 0,1 МПа і далі з інтервалом 0,1 МПа до заданого значення навантаження.
Коефіцієнт пористості, e
В окремих випадках, передбачених завданням, можуть бути прийняті більш дробові ступені тиску виходячи з особливостей деформованості грунту, умов відсипання і умов зведення споруди.
Слабкі породи відчувають при навантаженнях 0,025; 0,05; 0,075; 0,1; 0,2; 0,3 МПа, а більш щільні при навантаженнях 0,05; 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,6 МПа.
Величину вантажу, який необхідно прикласти на важіль преса при заданої питомої навантаженні на породу, обчислюють за формулою
P = (# 963; F - g) × L, де
P - загальне навантаження, прикладена до важеля преса (Н);
# 963; - задана питоме навантаження на породу (МПа);
F - площа зразка, (см 2);
L - передавальне число системи важеля.
6. Hа кожному ступені навантажування зразка грунту знімають відліки за приладами для вимірювання вертикальних деформацій в наступній послідовності: перший відлік - відразу після прикладення навантаження, потім через 0,25; 0,5; 1; 2; 5; 10; 20; 30 хв і далі з інтервалом 1 год протягом робочого дня, а потім - на початку і в кінці робочого дня до умовної стабілізації деформації зразка.
7. За критерій умовної стабілізації деформації приймають швидкість деформації зразка, що не перевищує 0,01 мм за останні 4 год спостережень для пісків, 16 год - для глинистих і 24 год - для органо і органічних грунтів.
8. Якщо при компресійних випробуваннях породи необхідно отримати криву разуплотнения, то після досягнення стабілізації осідання від максимальної ступеня навантаження виробляють розвантаження ступенями в зворотному порядку. Після стабілізації разуплотнения від кожного ступеня навантаження визначають відповідні значення коефіцієнта пористості.
9. Після визначення коефіцієнта пористості породи, відповідного останньому щаблі навантаження, прилад звільняють від породи, ретельно протирають і змащують тонким шаром вазеліну.
10. Обробка результатів випробування повинна включати: побудова компресійної кривої, обчислення коефіцієнта стисливості і коефіцієнта відносної стисливості і модуля загальної деформації.
11. компресійний криву будують за кінцевими значеннями коефіцієнта пористості породи після стабілізації її ущільнення від кожного ступеня навантаження. Компресійну криву можна будувати також в іншій системі координат, т. Е. В системі, коли на осі ординат замість значень коефіцієнта пористості показують значення відносної деформації, а на осі абцісс, як і в першому випадку, - навантаження. Така система побудови компресійної кривої дуже зручна при використанні її для прогнозу осад споруд.
12. Висновок за результатами проведених випробувань має складатися з оцінки ступеня деформованості - стисливості порід, визначення структурної міцності і оцінки стану в умовах природного залягання.
Температура випробування ° С
Час зняття відліку ч
13. Для визначення характеристик m0 і E за результатами випробування для кожного ступеня навантажування обчислюють:
- абсолютну вертикальну стабілізовану деформацію зразка грунту h мм, як середнє арифметичне показань вимірювальних приладів за вирахуванням поправки на деформацію компресійного приладу;
- відносну вертикальну деформацію зразка грунту за формулою
14. За обчисленими значеннями будують графік залежності.
Через точки графіка проводять осереднену плавну криву або апроксимують ці точки монотонною залежністю.
Значення тиску, відповідне точці перетину кривої з віссю тиску дорівнює значенню структурної міцності на стиск.
15. Обчислюють коефіцієнти пористості грунту при тисках за формулою:
16. Коефіцієнт стисливості МПа. в заданому інтервалі тисків і обчислюють з точністю 0,001 МПа за формулою:
де і - коефіцієнти пористості, відповідні тискам і.
17. Модуль деформації МПа, в інтервалі тисків і обчислюють з точністю 0,1 МПа за формулами:
де і - значення відносного стиснення, відповідні тискам і;
- коефіцієнт стисливості, відповідний інтервалу тиску від до;
- коефіцієнт, що враховує відсутність поперечного розширення ґрунту в компресійному приладі і обчислюється за формулою:
де - коефіцієнт поперечної деформації, що визначається за результатами випробувань в приладах тривісного стиску.
При відсутності експериментальних даних допускається приймати рівним: 0,30-0,35 - для пісків і супісків; 0,35-0,37 - для суглинків; 0,2-0,3 при <0; 0,3-0,38 при 0 0,25; 0,38-0,45 при 0,25<1,0 - для глин. При этом меньшие значения принимают при большей плотности грунта.
Наближено можна вважати, що якщо при невеликих навантаженнях - 0,05 - 0,5 МПа (0,5 - 5 кг / см 2) на піщані та глинисті породи коефіцієнт виражається одиницями і десятими частками одиниці, породи є надмірно сільносжімаемимі і сільносжімаемимі, якщо складає соті частки одиниці, - среднесжімаемимі, і якщо виражається тисячними частками одиниці, - слабосжімаемимі.
Лабораторна робота № 6