Работа установки компрессионного сжатия

По команде ПК с блока электронных преобразователей БЭП по кабелю поступает сигнал на подающий пневматический клапан блока клапанов механизма создания вертикальной нагрузки устройства статического нагружения УСН. Пневматический клапан переходит в состояние «открыто» и воздух из пневмосети поступает в пневмоцилиндр. Давление, созданное в пневмоцилиндре, воздействуя на поршень, вызывает перемещение штока со столиком и установленным на столике одометром. Создаваемое усилие измеряется датчиком силы SBA-500L.

Шток одометра и перфорированный поршень внутри одометра остаются неподвижными, вследствие этого происходит вертикальное сжатие грунта в кольце одометра (см. рисунок 5.2).

Вертикальную деформацию образца грунта измеряет датчик линейных перемещений ДЛП-10. Датчик устанавливается в кронштейн, шток датчика подпружинен и упирается в крышку одометра (см. рисунок 5.1). В процессе сжатия шток задвигается в корпус датчика.

Подробное описание установки приведено в Руководстве по эксплуатации ГТЯН.441179.001РЭ.

Одометр фильтрационный ГТ 2.1.1 предназначен для передачи нагрузки, создаваемой УСН, на испытываемый образец грунта при проведении испытаний образцов грунта методом компрессионного сжатия.

Конструкция прибора обеспечивает:

- испытание образцов грунта высотой 25мм и диаметром 87 мм;

- герметичность основных деталей прибора;

- подачу воды к образцу грунта сверху (схема нисходящего потока) и снизу (схема восходящего потока);

- отвод воды и непрерывную на протяжении всего испытания фильтрацию воды.

Одометр устанавливается на опорный столик УСН и фиксируется винтом, установленным в корпусе датчика силы (см. рисунок 5.1).

Внешний вид одометра приведен на рисунке 5.2.

Одометр состоит из:

- основания,

- гайки зажимной,

- поршня перфорированного;

- верхнего и нижнего ниппелей;

- штока;

- винтов - 3 шт.;

- крышки;

- уплотнительного кольца;

- перфорированного вкладыша;

- кронштейна.

Кронштейн предназначен для установки датчика линейных перемещений ДЛП-10, датчик фиксируется винтом.

1 – винт крепления кронштейна; 2, 13 – верхний и нижний ниппели; 3 – кронштейн; 4 – финт фиксации датчика; 5 – основание; 6 – поршень перфорированный; 7 – шток; 8 – винт; 9 – крышка; 10 – кольцо уплотнительное; 11 – кольцо режущее; 12 – гайка.

Рисунок 5.2 – Одометр фильтрационный ГТ 2.1.1

Порядок выполнения работы

Подготовка к испытаниям

1.1. Образец грунта должен иметь форму цилиндра диаметром не менее 87 мм и высотой не менее 25 мм.

1.2. Ознакомиться с конструкцией приспособления для подготовки образцов ГТ 4.0.1 согласно Руководства по эксплуатации ГТЯН.441513.005РЭ. Вырезать из монолита режущим кольцом образец диаметром 87 и высотой 25 мм.

1.3.Подготовить одометр для проведения испытаний, для этого:

– зафиксировать шток одометра винтом (рисунок 5.2, элемент 8) в крайнем верхнем положении;

– открутить зажимную гайку и снять крышку;

– снять резиновое уплотнительное кольцо;

– извлечь из одометра режущее кольцо;

– извлечь из одометра нижний перфорированный штамп;

– при помощи режущего кольца вырезать образец грунта из монолита;

– покрыть торцы образца грунта влажными бумажными салфетками;

– вложить нижний перфорированный штамп в основание одометра;

– взвесить кольцо с образцом грунта и вставить его в основание одометра;

– уложить на основание одометра уплотнительное кольцо;

– установить крышку на основание одометра и зафиксировать зажимной гайкой;

– ослабить винт, фиксирующий шток одометра, и довести перфорированный поршень до касания с образцом грунта.

1.4. Установить собранный одометр на столик УСН. На шток одометра надеть кронштейн и зафиксировать его винтом. Вставить в кронштейн датчик перемещений ДЛП-10 и зафиксировать в кронштейне винтом.

1.5. Зафиксировать балку УСН в горизонтальном положении, закрутив сначала нижние, а затем верхние гайки. Выкручивая винт датчика силы SBA-500L, довести его до легкого касания с шариком на штоке поршня одометра.

1.6. Установить кран «СБРОС ВЕРТИКАЛЬНОЙ НАГРУЗКИ» в положение «ЗАКР».

1.7. Выставить датчик линейных перемещений ДЛП-10 в начальное положение в диапазоне от 1 до 2 мм.

1.8. Водонасыщение образцов грунта можно производить через верхний или через нижний ниппели одометра (см. рисунок 5.2). При подаче жидкости к образцу грунта через верхний ниппель в крышке одометра замачивание будет происходить нисходящим потоком, а при подаче жидкости к образцу грунта через нижний ниппель в основании одометра замачивание будет производиться восходящим потоком.

1.9. Провести водонасыщение образца грунта в одометре, для этого:

– перекрыть краны для подачи воды, расположенные на колбах УСН;

– затянуть зажимную гайку на одометре для обеспечения его герметичности;

– подсоединить трубки, идущие от колб к ниппелям одометра в соответствии с рисунком 5.1;

– залить жидкость в колбы;

– открыть на колбах соответствующий кран для подачи воды.

Водонасыщение проводят для глинистых грунтов в течение 2-5 сут., для песков – до момента появления воды над штампом.

1.10. Подготовить установку к испытаниям согласно пп.3.2, 3.3 Руководства по эксплуатации ГТЯН.441179.001РЭ.

2. Проведение испытания

2.1. Нагружение испытываемого образца проводят равномерно, без ударов ступенями нагрузки. Управление установкой во время эксперимента проводится с помощью программного продукта АСИС, подробное описание приведено в «Геотек АСИС 3.2. Руководство пользователя».

2.2. Первую ступень давления р₁ при испытании песков принимают в зависимости от коэффициента пористости е по таблице 5.1, а последующие ступени давления р, принимают равными 0,0125; 0,025; 0,05; 0,1 МПа и далее с интервалом 0,1 МПа до заданного значения нагрузки.

Таблица 5.1 - Ступени давления р₁ при испытании песков

Коэффициент пористости е	е ³ 0,75	0,75 > e > 0,6	e £ 0,6
Первая ступень давления p1,МПа	0,0125	0,025	0,05

2.3. При испытании глинистых грунтов, для определения их структурной прочности на сжатие р_str, первую и последующие ступени давления принимают равными 0,0025 МПа до момента начала сжатия образца грунта. Начало сжатия следует считать при относительной вертикальной деформации образца грунта e >0,005. При дальнейшем нагружении за очередную ступень давления принимают ближайшее большее значение 0,0125; 0,025; 0,05; 0,1 МПа и далее с интервалом 0,1 МПа.

2.4. На каждой ступени нагружения образца грунта снимают отсчеты по датчику вертикальных деформаций в следующей последовательности: первый отсчет – сразу после приложения нагрузки, затем через 0,25; 0,5; 1; 2; 5; 10; 20; 30 мин и далее с интервалом 1 ч в течение рабочего дня, а затем в начале и конце рабочего дня до условной стабилизации деформации образца. За критерий условной стабилизации деформации принимают скорость деформации образца, не превышающую 0,01 мм за последние 4 ч наблюдений для песков, 16 ч – для глинистых и 24 ч – для органо-минеральных и органических грунтов.

2.5. После окончания испытания образца грунта необходимо удалить воду сверху образца и из трубки для водонасыщения, снять нагрузку, вынуть и разобрать одометр, взвесить рабочее кольцо с грунтом, определить влажность и массу сухого грунта.

2.6. В процессе испытания ведут журнал, форма которого приведена в табл. 5.2.

Обработка результатов

3.1. Для определения характеристик т_о, Е и р_str по результатам испытания для каждой ступени нагружения вычисляют:

– абсолютную вертикальную стабилизированную деформацию образца грунта Dh, мм, как среднее арифметическое показаний измерительных приборов за вычетом поправки на деформацию компрессионного прибора D;

– относительную вертикальную деформацию образца грунта по формуле

, (9)

где h – начальная высота образца, мм.

3.2. По вычисленным значениям строят график зависимости e = f(p) (прил. 4).

Через точки графика проводят осредняющую плавную кривую.

Значение давления, соответствующее точке пересечения кривой (рис.1 прил. 4) с осью давления р, равно значению структурной прочности на сжатие р_str. В случае частичного разуплотнения грунта (рис. 2 прил. 4) за р_str принимают абсциссу точки А графика e=f(p) с ординатой e_i=Dh_н/h.

3.3. Вычисляют коэффициенты пористости е_i грунта при давлениях p_i по формуле

. (10)

3.4. Коэффициент сжимаемости т_o, МПа^-1, в заданном интервале давлений р_i и p_i+1 вычисляют с точностью 0,001 МПа^-1 по формуле

, (11)

где e_i и e_i+1 – коэффициенты пористости, соответствующие давлениям р_i и p_i+1.

3.5. Модуль деформации Е, МПа, в интервале давлений р_i и p_i+1 вычисляют с точностью 0,1 МПа по формуле

, (12)

где e_i и e_i+1 – значения относительного сжатия, соответствующие давлениям p_i и p_i+1;

m_o – коэффициент сжимаемости, соответствующий интервалу давления от p_i до p_i+1;

b – коэффициент, учитывающий отсутствие поперечного расширения грунта в компрессионном приборе и вычисляемый по формуле

, (13)

где v – коэффициент поперечной деформации (коэффициент Пуассона), принимаемый равным:

0,30–0,35 – для песков и супесей;

0,35–0,37 – для суглинков;

0,2–0,3 при I_L < 0; 0,3–0,38 при 0 £ I_L £ 0,25; 0,38–0,45 при 0,25 < I_L £ 1,0 – для глин. При этом меньшие значения v принимают при большей плотности грунта.

3.6.Компрессионная кривая (рис. 5.4) изображается в координатах: коэффициент пористости е – давление р, МПа – абсолютная деформация ∆h_i, мм.

Рис. 5.4. Компрессионная кривая

Требования к отчету

1. Записать цель работы, описать оборудование, инструменты.

2. Изобразить схему компрессионного прибора.

3. Охарактеризовать методику испытания грунта методом компрессионного сжатия.

3. Заполнить журнал испытания грунта методом компрессионного сжатия, произвести обработку полученных результатов и сделать выводы по работе (табл. 5.2 и 5.3).

4. Графически оформить результаты испытания грунта (рис. 1, 2 прил. 4).

Таблица 5.2 - Журнал испытания грунта методом компрессионного сжатия Номер образца ___________ Дата проведения испытаний

Темпера­тура испытания, Т, °С	Время снятия отсчета (часы, минуты), ti, ч	Время от начала опыта, t, ч	Номер ступени нагружения	Вертикальное сжимающее усилие, кН	Давление на образец грунта pi, МПа	Показание датчика деформации, hi, мм	Абсолютная деформация образца, Dhi, мм	Поправка на деформацию прибора, D, мм	Абсолют­ная деформация с учетом поправки Dhi - D, мм	Относи­тельная деформа­ция образца, e

Таблица 5.3 - Обработка кривой консолидации

Давление pi, МПа	Высота образца h,мм	Общая деформация Dh, мм	Деформация за ступень нагрузки D.hi, мм	Относительная де­формация за сту­пень нагрузки ei	Время от начала приложения ступе­ни нагрузки t, мин

Контрольные вопросы

1. Чем обусловливается сжимаемость грунтов?

2. Для чего служит одометр? В каких направлениях развиваются деформации в одометре?

3. В каких координатах изображается компрессионная кривая?

4. Какие показатели сжимаемости грунтов определяются при проведении компрессионных испытаний грунтов?

Лабораторная работа 6