Определение модуля общей деформации грунта.

ХАРАКТЕР РАЗВИТИЯ ДЕФОРМАЦИЙ ГРУНТОВ ВО ВРЕМЕНИ

Модуль общей деформации является обобщенной характеристикой деформативных свойств грунта. Он аналогичен модулю упругости твердых тел, но, в отличие от последнего, учитывает как упругие, так и остаточные деформации грунта.

Модуль общей деформации используется в расчетах осадок фундаментов. Он определяется как в полевых условиях испытаниями грунтов в шурфах и скважинах штампами, так и в лабораторных условиях – компрессионными испытаниями. В последнем случае по компрессионной кривой определяется коэффициент сжимаемости в интервале напряжений, которые будут наблюдаться под подошвой фундамента, а затем вычисляется модуль общей деформации по формуле

или , (кПа),

где β – безразмерный коэффициент, зависящий от коэффициента бокового расширения грунта ν₀ (аналогично коэффициенту Пуассона)

,

где ν₀=0,25 – для песка, ν₀=0,35 – для глины;

m_v – коэффициент относительной сжимаемости, определяемый выражением

,

где е₀ – начальный коэффициент пористости (задан).

Компрессионные кривые для грунтов водопроницаемых (например, песков) не могут быть построены по изменению влажности (как это показано в лабораторной работе №9), т.к. при разгрузке влажность их восстанавливается практически мгновенно.

Поэтому в заданной работе компрессионные кривые строятся по общепринятому методу, при котором коэффициент пористости определяется по деформациям образца грунта в компрессионном приборе.

Если обозначить через:

е_i – коэффициент пористости грунта при любой ступени напряжения;

Δh_i – полную деформацию образца при напряжении σ_i, измеренную от начала загружения;

h – начальную высоту образца грунта, то формула для определения коэффициентов пористости, соответствующих ступеням напряжений, будет иметь вид

В этой работе также изучается характер развития осадки песчаного и пылевато-глинистого грунта во времени.

Деформации образца песчаного грунта происходят очень быстро и завершаются, т.е. стабилизируются, в течение нескольких минут.

В образце пылевато-глинистого грунта деформации развиваются медленно и заканчиваются через несколько часов – суток. Аналогично в природных условиях осадка зданий на песчаных грунтах завершается за период строительства, а на пылевато-глинистых продолжается в течение нескольких лет.

Необходимое оборудование и материалы:

o компрессионный прибор (одометр) системы И.М. Литвинова – 2 шт (с пылевато-глинистым и песчаным грунтами);

o индикаторы ИЧ-10 для измерения деформаций – 2 шт;

o секундомер или часы с секундовой стрелкой.

Подготовительные работы

Грунтоотборными кольцами одометров (принципиальная схема одометра приведена на рис. 8, а) были отобраны из монолитов образцы пылевато-глинистого и песчаного грунтов ненарушенной структуры. Площадь образцов 25 см², высота 20 мм. Каждый одометр помещен под рычажную систему уплотняющей нагрузки с соотношением плеч 1:25. Для сохранения влажности грунта в процессе испытания в полость под пористое днище одометра залита вода, а на штамп – поршень помещена вата, смоченная водой. До приложения нагрузки (σ₀=0) поставлены индикаторы и записаны начальные отсчеты по ним. Затем к каждому образцу была приложена первая ступень уплотняющего напряжения σ₁=50 кПа. Под этим напряжением образцы уплотнялись в течение суток (Т=24 часа) до полного прекращения деформаций.

До начала работы необходимо научиться быстро и правильно брать отсчеты по индикаторам и заготовить формы таблиц 10 и 11.

Индикатор часового типа ИЧ-10 с пределом измерения 0-10 мм имеет два циферблата: малый, по которому отсчитываются целые миллиметры, и большой – для отсчета долей миллиметра, с ценой деления 0,01 мм. Отсчеты по индикатору берутся с точностью до тысячной доли, которые определяются на глаз.

Ход работы

1. Перенести показания индикаторов при σ₀=0 в таблице 10 из карточки у приборов.

2. При напряжении σ₁=50 кПа перед приложением второй ступени нагрузки берется отсчет по индикатору и записывается в таблицу. Этот же отсчет дублируется в следующей строке таблицы при σ₂=200 кПа.

3. К образцу с пылевато-глинистым грунтом прикладывается вторая ступень нагрузки. Для этого на подвеску рычажной системы плавно опускается груз весом 15 Н, т.е. напряжение доводится до σ₂=200 кПа и в этот же момент замечается время по секундомеру или часам.

4. Первый отсчет при напряжении σ₂ берется через 1 мин после приложения нагрузки. При этом первые две цифры отсчета готовятся заранее, а в момент отсчета уточняются последние две цифры (сотые и тысячные). Точно такие берутся последующие отсчеты в моменты времени, указанные в таблице 10. Время отсчитывается от начала приложения второй ступени нагрузки.

К образцу с песчаным грунтом вторая ступень нагрузки прикладывается после снятия десятиминутного отсчета у образца с пылевато-глинистым грунтом.

5. Одновременно с занесением в таблицу 10 отсчетов по индикатору заполняются все остальные ее графы. Величина деформации во времени от второй ступени напряжения (графа 4) определяется вычитанием из отсчета по индикатору при Т=0 последовательных отсчетов для каждого момента времени Т=1,2,3 мин и т.д. При Т=0 деформация S=0. Для получения полной деформации при каждой величине напряжения (графа 5) нужно из значения отсчета по индикатору при σ₀=0 последовательно вычесть отсчеты при σ₁=50 кПа и при σ₂=200 кПа в момент окончания опыта. В таблице 10 приведен пример ее заполнения.

Следует отметить, что деформация пылевато-глинистого грунта второй ступени напряжения к моменту окончания опыта не успевает завершиться и принимается условно за полную деформацию.

6. По данным таблицы 10 (графы 1 и 5) заполняется таблица 11. При этом начальные коэффициенты пористости (при σ₀=0) принимаются для глины е₀=1,100, а для песка е₀=0,700.

Все вычисления производятся с точностью до тысячного знака.

7. По данным таблицы 11 строятся компрессионные кривые для песчаного и пылевато-глинистого грунтов (рекомендуемые масштабы по работе №9), определяются коэффициенты сжимаемости m₀, и модуля общей деформации Е₀ в интервале напряжений от σ₁ до σ₂.

Результат:

a) компрессионные кривые (график);

b) коэффициент сжимаемости:

песчаного грунта: m₀=________кПа^-1,

пылевато-глинистого грунта: m₀=________кПа^-1;

c) коэффициент относительной сжимаемости:

песчаного грунта: m_v=________кПа^-1,

пылевато-глинистого грунта: m_v=_______кПа^-1;

d) модуль общей деформации по результатам компрессионных испытаний:

песчаного грунта: Е₀=_______кПа,

пылевато-глинистого грунта: Е₀=_______кПа.

8. По данным таблицы 10 (графы 2 и 4) строятся графики затухания осадок во времени (кривые нарастания деформаций во времени от второй ступени напряжения) рис. 11.

Рекомендуемые масштабы:

· для деформаций – 0,1 мм=1 см;

· для времени – 2 мин=1 см.

Таблица 10. Форма записи результатов определения деформации грунта

(с примером ее заполнения)

Напряжение σ, кПа	Время от начала приложения данной ступени напряжений Т	Отсчет по индикатору мм	Нарастание деформаций от 2-й ступени напряжения S, мм	Полная деформация при данном напряжении Δhi, мм
Глинистый грунт
σ0=0 σ1=50 σ2=200 −//−//− −//−//− −//−//− −//−//− −//−//− −//−//− −//−//− −//−//−	0 24 часа 0 1 мин 2 −//−//− 3 −//−//− 5 −//−//− 10 −//−//− 20 −//−//− 30 −//−//− 60 −//−//−	9,000 8,177 8,177 7,930 7,835 7,774 7,692 7,587 7,445 7,305 7,250	− − 0,000 0,247 0,342 0,403 0,485 0,590 0,732 0,872 0,927	0,000 0,827   1,750
Песчаный грунт
σ0=0 σ1=50 σ2=200 −//−//− −//−//− −//−//− −//−//− −//−//− −//−//−	0 24 часа 0 1 мин 2 −//−//− 3 −//−//− 5 −//−//− 10 −//−//− 20 −//−//−	8,505 8,163 8,163 8,067 8,025 8,016 8,004 8,002 8,000	− − 0,000 0,096 0,138 0,147 0,159 0,161 0,163	0,000 0,342   0,505

Таблица 11. Результаты компрессионных испытаний грунтов

Грунт	Интенсивность напряжения σ, кПа	Полная деформация при данном напряжении Δhi, мм	Изменение коэффициента пористости	Коэффициент пористости
Пылевато-глинистый	0 50 200	0,000	0,000	е0=1,100 е1= е2=
Песчаный	0 50 200	0,000	0,000	е0=0,700 е1= е2=

Рис. 11.График затухания осадок во времени.

Вывод о характере затухания деформаций песчаного и глинистого грунтов:______.