Определение характеристик просадочности

Лёссовой (макропористой) породой называют особый петрографический тип континентальных глинистых пород, образовавшихся при определённых условиях изменения рыхлых осадков в климатических условиях недостаточного увлажнения, развития степной растительности. Важнейшим обязательным диагностическим признаком лёссовых пород является их макропористость. Они обладают видимыми невооружённым глазом пустотами (макропорами), значительно превосходящими размер частиц породы, имеющими форму канальцев, пронизывающих породу в вертикальном направлении. Лёссовые породы при замачивании без увеличения нагрузки нередко дают значительные дополнительные осадки (просадки). Основная причина просадочности лёссовых пород состоит в том, что под воздействием воды в них разрушаются структурные связи, происходит оплывание макропор и нарушается естественное строение и сложение.

Характеристики просадочности при замачивании грунта водой (относительную просадочность и начальное просадочное давления) определяем согласно ГОСТ 23161-78.

Характеристики следует определять по относительной деформации, полученной по результатам испытаний образцов грунта ненарушенного сложения в компрессионных приборах.

Испытания надлежит проводить на образцах грунта с замачиванием их водой при давлении, последовательно увеличиваемом ступенями.

Испытания просадочных грунтов в компрессионных приборах следует выполнять по схемам:

“одной кривой” - для определения относительной просадочности при одной заданной величине давления;

“двух кривых” - для определения относительной просадочности при различных давлениях и начальном просадочном давлении.

Образцы грунтов (монолиты) для испытаний следует отбирать из открытых выработок - шурфов, котлованов, расчисток и т.д.

Начальное просадочное давление – минимальное давление, при котором проявляются просадочные свойства грунта при его полном водонасыщении.

Относительная просадочность – отношение дополнительного уменьшения высоты образца грунта в результате его замачивания при определенном вертикальном давлении к высоте образца с природной влажностью при природном давлении на глубине отбора образца.

Оборудование и материалы

Для испытаний просадочных грунтов надлежит применять компрессионные приборы, состоящие из следующих основных узлов и деталей. Конструкция компрессионного прибора должна обеспечивать: подачу воды к образцу снизу и отвод ее; центрированную передачу нагрузки на штамп (образец грунта); возможность нагрузки на штамп ступенями давления от 0,01 до 0,05 МПа; постоянство каждой ступени давления; неподвижность рабочего кольца при испытаниях; измерение вертикальных деформаций образцов грунта с точностью 0,01 мм.

Компрессионные приборы необходимо тарировать не реже одного раза в год для учета из собственных упругих деформаций при определении деформаций образцов грунта. Для тарировки прибора в рабочее кольцо следует заложить специальный металлический вкладыш с двумя бумажными фильтрами, смоченными водой, и производить нагрузку ступенями давления 0,05 МПа, выдерживая их по 2 мин, до максимального давления на вкладыш 0,8 МПа, измеряя по индикаторам упругие деформации прибора.

По результатам тарировки следует составить таблицу величин упругих деформаций прибора при различных давлениях (r).

Последовательность определения

1. Образцы грунта для испытаний следует отбирать из монолита рабочим кольцом компрессионного прибора методом режущего кольца по ГОСТ 5180-84 с учетом выполнения следующего требования: подготовленные образцы грунта при испытании должны иметь по отношению к направлению нагрузки ориентировку, соответствующую залеганию грунта в массиве. Подготовленный образец грунта в рабочем кольце следует сразу же взвесить с точностью 0,01 г и поместить в компрессионный прибор.

2. Для испытываемых образцов грунта необходимо определить физические характеристики: влажность, плотность, плотность скелета, влажность на границах раскатывания и текучести - по ГОСТ 5180-84, а также вычислить коэффициент пористости, степень влажности и число пластичности.

3. Рабочее кольцо с образцом грунта следует поместить на крышку поддона компрессионного прибора острым краем вверх (предварительно торцы образца покрыть бумажным фильтром) и затем произвести сборку компрессионного прибора: завинтить соединительную муфту и установить штамп. К собранному прибору необходимо присоединить механизм нагрузки, далее следует укрепить индикаторы и записать их начальные показания в рабочем журнале.

4. При испытаниях по схеме “одной кривой” нагрузку штампа на образец грунта с природной влажностью следует производить ступенями до заданного давления Р₃. Величину Р₃ следует принимать равной (с погрешностью ±10%) суммарному давлению от собственной массы грунта в водонасыщенном состоянии и от проектируемого фундамента или только от массы грунта (в зависимости от вида просадочных деформаций, для расчета которых определяются характеристики просадочности) на глубине отбора образца.

После условной стабилизации осадки образца грунта на последней ступени давления, соответствующей Р₃, образец грунта необходимо замочить водой, продолжая замачивание до условной стабилизации просадки.

5. Испытания по схеме “двух кривых” надлежит проводить на двух образцах грунта, отобранных из одного монолита. Один образец следует испытывать в соответствии с п. 4, второй образец необходимо до его нагрузки замочить (без применения арретира) до полного водонасыщения, начиная замачивание не менее чем за 3 ч до передачи первой ступени давления при испытаниях просадочных супесей и 6 ч - при испытаниях просадочных суглинков и глин. Затем следует производить нагрузку штампа на образец ступенями до заданного давления Р₃, продолжая замачивание.

Величину Р₃ в испытаниях по схеме «двух кривых» следует принимать в интервале 0,2—0,4 МПа с учетом предполагаемого суммарного давления в основании проектируемых фундаментов.

Образцы грунта, испытываемые по схеме «двух кривых», не должны отличаться по плотности скелета более чем на 0,03 г/см³ и по влажности — на 2% (0,02 долей единицы).

6. Ступени давления в испытаниях по пп. 4 и 5 следует принимать равными 0,05 МПа.

В отдельных случаях, при испытаниях по схеме «одной кривой» и Р₃ < 0,15 МПа, ступени давления должны составлять 0,025 МПа.

Каждую ступень давления необходимо выдерживать до условной стабилизации осадки образца грунта. За условную стабилизацию осадки и просадки надлежит принимать приращение деформации образца, не превышающее 0,01 мм за 3 ч.

7. После приложения каждой ступени давления или после замачивания образца грунта следует производить отсчеты по индикаторам, регистрирующим деформации образца: через 5, 10 и 30 мин от начала испытаний, затем через каждый час до конца рабочего дня, а в последующие дни через каждые 3 ч до условной стабилизации деформаций.

8. Замачивание образцов грунта водой следует производить снизу вверх в последовательности, определяемой схемой испытаний (пп. 4 и 5) при неизменном градиенте напора, равном 1—1,1. Воду необходимо залить в поддон компрессионного прибора через отводную трубку с воронкой и затем поддерживать уровень воды в воронке по верхнему торцу образца грунта до окончания испытаний.

Для замачивания образцов грунта надлежит использовать воду питьевого качества температурой 10—25°С.

9. После окончания испытаний необходимо слить воду из прибора, быстро разгрузить образец грунта, извлечь рабочее кольцо с образцом, удалить капли воды с его поверхности при помощи фильтровальной бумаги, взвесить рабочее кольцо с образцом для определения плотности скелета грунта после испытаний и отобрать две пробы для испытания на влажность.

10. По результатам испытаний просадочного грунта в компрессионном приборе следует определять с соответствующими записями в журнале испытаний:

а) величины абсолютного сжатия (осадки) образца грунта h_i в мм с точностью 0,01, вычисленные как средние арифметические значения показаний индикаторов;

б) величины относительного сжатия образцов грунта с точностью 0,001 при соответствующих значениях давления P_i и условно стабилизированных деформациях по формуле

,

где r — поправка на упругую деформацию прибора при давлении Р_i, определяемая по результатам тарировки, мм;

h₀ — высота образца грунта с природной влажностью при природном давлении (на глубине отбора образца), равная

где h_н — начальная высота образца грунта (высота рабочего кольца), мм;

— абсолютное сжатие образца грунта с природной влажностью при природном давлении, мм.

11. По величинам относительного сжатия образцов следует строить график зависимости с отображением просадочных деформаций.

В случаях набухания образца грунта, замачиваемого до нагрузки (при испытаниях по схеме “двух кривых”), необходимо определять свободное относительное набухание , как отношение увеличения высоты образца к его начальной высоте; точку, соответствующую , следует включать в график , откладывая ее на оси ординат вверх от оси абсцисс.

12. Относительную просадочность грунта при заданном давлении Р_з по испытаниям по схеме “одной кривой” следует определять как дополнительное относительное сжатие образца грунта в результате замачивания по формуле

где — дополнительное сжатие (просадка) грунта в результате замачивания;

— высота образца грунта с природной влажностью при заданном давлении;

— высота образца грунта после дополнительного сжатия (просадки) в результате замачивания.

Величины относительной просадочности для различных давлений при испытаниях по схеме “двух кривых” надлежит определять как разность значений относительного сжатия образцов в водонасыщенном состоянии и природной влажности или разности ординат соответствующих кривых графика . По значениям следует строить график зависимости относительной просадочности от давления .

13. Начальное просадочное давление Р_sl следует определять по графику зависимости относительной просадочности от давления , принимая за величину Р_sl то давление, при котором относительная просадочность составляет 0,01.

14. Результаты определения относительной просадочности необходимо выражать с точностью 0,001, начального просадочного давления - с точностью 0,01 МПа и регистрировать в журнале испытаний с указанием наименования вида грунта и значений его физических характеристик.

Лабораторный номер испытания	Дата	Время	Вес груза на подвеске рычага, кгс	Давление на образец, МПа	Поправка на деформацию прибора, мм

Показания индикаторов	Деформация образца, мм	Относительное сжатие (набухание) образца	Сведения о замачивании образца	Примечания
И1	И2	средние

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7