Д. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ КОНСОЛИДАЦИИ (схема 2)

2. Подготовку пробы грунта для проведения испытания надлежит произвести в соответствии с требованиями пп.1.3.1-1.3.4 настоящего Руководства.

3. После приложения ступени давления наблюдение и регистрацию деформаций следует производить через 0,25; 0,5; 1; 2; 5; 10; 20; 30; 60 мин, далее через каждый час в течение первых 7-8 часов испытаний (в течение рабочего дня) и в начале и в конце рабочего дня в последующие сутки испытаний до достижения условной стабилизации деформаций. Результаты измерений необходимо занести в журнал испытаний (приложение 1, форма 13).

За критерий условной стабилизации деформаций грунта следует принять величину перемещения, не превышающую 0,01 мм за сутки.

4. После достижения условной стабилизации деформаций необходимо завершить испытание, произведя разгрузку прибора. Для этого надлежит убрать воду из поддона и верхнего штампа. Снять вертикальное давление до нуля и освободить одометр из-под траверсы нагрузочного устройства. Записать показания индикаторов и регистрировать их изменение через 1 мин в течение 3-7 минут. За практическое прекращение деформаций разуплотнения следует считать деформацию 0,02 мм в минуту. Далее быстро разобрать одометр, снять влажные фильтры, удалить остатки влаги сухим бумажным фильтром и рабочее кольцо без промедления взвесить. Сразу после взвешивания произвести контрольное измерение высоты грунта в рабочем кольце.

5. Испытание завершается определением влажности после опыта в соответствии с ГОСТ 5180-84. Определение влажности по отдельным пробам, отобранным из испытанного образца, не рекомендуется, так как в расчетах необходимо знать точное количество сухого грунта.

Величины ступеней давления, при которых определяются параметры консолидации грунта, задаются программой исследований и должны соответствовать удельному давлению на грунт в основании сооружения на период строительства или эксплуатации сооружения.

По результатам измерений, занесенных в журнал испытаний грунта, следует вычислить:

- величину абсолютной деформации грунта на любой момент времени как среднее арифметическое значение показаний индикаторов (n_i) за вычетом тарировочной поправки (m) при данной ступени давления

h_i = (n_i – n₀) - m; (7)

- по величинам абсолютной деформации на каждый момент времени в полулогарифмических координатах следует построить график зависимости h = f (lg t) (рис. 7.15), при этом время t по оси абсцисс необходимо исчислять в минутах;

- произвести обработку графика зависимости h = f (lg t);

- найти точку 1 пересечения графика с осью ординат, отвечающую началу фильтрационной консолидации грунта (u = 0);

- проводя касательные (как показано на рис. 7.15) к участкам графика первичной и вторичной консолидации, найти точку 2, условно разделяющую график и соответствующую концу фильтрационной консолидации (u = 100%).

Коэффициент консолидации определяется по формуле:

где K - коэффициент фильтрации, см/с; m_V - коэффициент относительной сжимаемости (см²/Н), определяемый из соотношений:

где e_i и e₀ - соответственно коэффициенты пористости на данной ступени давления и начальный; p - ступень давления, соответствующая изменению пористости; _W - плотность воды, г/см³.

- нагружение образца с выжиданием стабилизации деформаций на каждой ступени давления и регистрацией их через 0,5; 1; 2; 5; 10; 20; 30; 60 мин и далее через час до конца рабочего дня до достижения условного критерия стабилизации;

- нагружение образца с выжиданием стабилизации деформаций на каждой ступени давления до условного критерия, но без проведения регистрации промежуточных отсчетов в течение действия каждой ступени;

- нагружение пробы равными ступенями давления через равные промежутки времени с выжиданием условной стабилизации деформаций на конечной ступени.

Начальные ступени давления должны быть 0,0125; 0,025; 0,05; 0,1 МПа; далее с интервалом в 0,1 МПа до конечной ступени, определяемой программой проведения испытаний. При ускоренном способе испытаний конечные ступени давлений принято брать в пределах 0,8-1,2 МПа. Программой испытаний могут быть предусмотрены более дробные или более крупные ступени давления, исходя из особенностей грунтов, их структуры и характера деформируемости при испытаниях.

Время действия единичной ступени давления определяется критерием стабилизации, за который принимается деформация не более 0,01 мм: для глинистых грунтов за 16 часов; для пылеватых и мелких песков за 4 часа.

При испытании по ускоренной методике время действия единичной ступени давления следует выбирать в пределах от 0,5 до 1 часа. Более продолжительные промежутки времени следует предусматривать для грунтов с высоким показателем текучести. Для всех ступеней давления выбранный промежуток времени должен быть одинаковым. Допускается выбирать интервалы времени нагружения более 1 часа при условии проведения испытания до конечной ступени давления без перерыва.

2. Процесс испытания начинается с регистрации начальных показаний индикаторов, дается первая ступень давления, затем выжидается выбранный интервал времени действия ступени, по истечении которого регистрируются показания индикаторов и так далее повторяются все операции, включая последнюю ступень давления. На последней ступени давления достигается условная стабилизация деформаций.

3. Величину структурной прочности следует определять путем нагружения образца ступенями давления до начала сжатия.

За начало сжатия следует считать относительную деформацию (), превышающую 0,005. Величина структурной прочности определяется с точностью 0,0125 МПа. Более точно значение величины структурной прочности в пределах 0-0,0125 МПа может быть определено при проведении специальных исследований с нагружением образца грунта ступенями давления менее 0,0125 МПа.

После достижения условной стабилизации деформаций грунта на конечной ступени давления испытание считается законченным. Разгрузка прибора производится в соответствии с п.4 раздела Д. Определяются характеристики грунта после опыта по результатам измерений, а при определении влажности грунта надлежит высушить весь испытательный образец. Определение влажности по пробам, отбираемым из испытываемого образца, не допускается.

Расчет параметров грунта (плотности, влажности, коэффициента пористости) после опыта надлежит производить для конечной ступени давления. Контроль качества (правильности) проведения испытания следует производить по величине плотности сухого грунта. Сравниваются две величины, одна из которых получена по результатам измерений при сжатии, а другая - по результатам взвешивания пробы сухого грунта после опыта и конечного объема на последней ступени давления.

Все результаты измерений, занесенные в журнал испытаний (приложение 1, форма 13) являются исходным материалом для обработки и получения искомых параметров деформируемости грунта.

По результатам измерений следует определить:

- величину абсолютной деформации грунта на конечной ступени давления (h_к) как среднее арифметическое значение показаний индикаторов (h_к) за вычетом поправки на деформацию фильтров и одометра на данной ступени давления (m_к)

h_к = (n_к – n₀) - m_к, (10)

- величину абсолютной деформации грунта на каждой ступени давления (h_i) как среднее арифметическое значение показаний индикаторов (h_i) за вычетом поправки на деформацию фильтров и одометра на соответствующей ступени давления (m_i)

h_i = (n_i – n₀) - m_i, (11)

- величину поправки на деформацию на каждой ступени давления при проведении испытаний по ускоренной методике по формуле:

, (12)

где h_к - величина абсолютной деформации на конечной ступени давления в стабилизированном состоянии; h_t - величина абсолютной деформации на конечной ступени давления в нестабилизированном состоянии; p_к - конечное давление на образец, МПа; p_i - ступень давления, для которой находится поправка h_ti;

- величину относительной деформации испытываемого образца грунта (_i) на каждой ступени давления (p_i) с точностью 0,001 по формуле:

_i = (h_i + h_t) / h. (13)

По величинам относительной деформации надлежит построить график зависимости  = f (p) (таблица 7.2, схема 3). Экспериментальные точки на графике  = f (p) следует аппроксимировать одной линейной функцией (в случае одной прямой) или ломаной линией, состоящей из линейных участков. Принимается, что между деформациями и напряжениями существует линейная зависимость.

Величину давления, соответствующую точке пересечения графика  = f (p) с осью абсцисс (p), следует считать величиной структурной прочности грунта (p_стр).

При наличии структурной прочности (p_стр) величину поправки на деформацию за критерий стабилизации (h_ti) для каждой ступени давления следует рассчитывать по формуле:

. (14)

4. Для построения компрессионной кривой в координатах e = f (p) необходимо по осредненным значениям относительных деформаций ('), взятых с графика  = f (p), при любом давлении p_i рассчитать коэффициент пористости (e) по формуле:

где e₀ - начальный коэффициент пористости грунта.

Коэффициент уплотнения (a) и модуль деформации (E) в интервалах давления за пределами участка структурной прочности грунта надлежит вычислять по формулам, соответственно:

; ; или , (16)

где e_i и e_i+1, _i и _i+1 - величины коэффициентов пористости и относительного сжатия, соответствующие давлениям p_i и p_i+1;  - 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. В случае возможности бокового расширения  = 1.

При получении графика зависимости  = f (p) или e = f (p) в виде ломаной линии величины (a) и (E) следует рассчитывать для каждого участка графика, выражаемого отрезком прямой.

5. Контроль качества проведения испытаний по схеме 3 необходимо производить по величинам плотности сухого грунта на последней ступени давления и влажности.

Величина контрольной плотности сухого грунта рассчитывается по формуле:

_d = m_d / V = m_d / [S (H - h_к)], (17)

где m_d - масса пробы сухого грунта, определенная после испытания путем взвешивания после ее высушивания в термостате при температуре 105 °С; V - объем грунта после стабилизации деформаций на последней ступени давления; H - высота образца до испытания; h_к - абсолютная деформация образца на последней ступени давления в стабилизированном состоянии; S - площадь штампа, см².

Другой величиной контрольной плотности является величина, вычисленная по результатам измерений деформаций образца в процессе его разгрузки и рассчитанная по формуле:

_d = m_d / V = m_d / [S (H_к - h_sw - m)], (18)

где m_d - масса пробы грунта после испытания, высушенная в термостате при температуре 105 °С; H_к - высота образца в кольце при измерении на приборе Виденеева; h_sw - абсолютная деформация образца грунта, замеренная при разгрузке прибора в течение 3-7 минут наблюдений; S - площадь штампа в см².

Влажность после опыта определяется высушиванием всего образца в термостате при температуре 105 °С. Однако необходимо обращать внимание на случай, когда рассчитанный коэффициент водонасыщения образца на последней ступени давления после опыта получается больше единицы. В этом случае влажность, полученную после опыта, рекомендуется рассчитать из условия полного водонасыщения образца на последней ступени давления по формуле:

W = (e · Q) / ( · S), (19)

где e - коэффициент пористости, рассчитанный с учетом плотности сухого грунта после опыта на последней ступени давления.

Подготовку грунта для испытания следует производить в соответствии с п.3 раздела В настоящего приложения.

Нагружение пробы грунта до заданного давления следует производить ступенями 0,05 или 0,1 МПа через равные промежутки времени. Программой испытаний могут быть предусмотрены более дробные или более крупные ступени давления, исходя из особенностей структуры грунтов и характера их деформируемости при испытании.

Время действия единичной ступени следует выбирать в пределах от 0,5 до 1 часа и для каждой последующей ступени этот интервал времени должен быть одинаков. Допускается выбирать интервалы времени нагружения более часа.

За критерий стабилизации деформаций принимается величина перемещений не более 0,01 мм за 4 часа для пылеватых грунтов и мелких песков.

После достижения условной стабилизации деформации на заданной ступени давления грунт необходимо замочить, залив воду в поддон прибора, и производить водонасыщение при неизменном градиенте напора около 1-1,1. Допускается заливать воду по площади верхнего штампа.

После подачи в образец воды регистрацию деформаций грунта следует производить через 5, 10, 30, 60 мин и далее через час до конца рабочего дня, в начале и конце рабочего дня в течение последующих суток испытаний до достижения условного критерия стабилизации деформаций, за который принимается величина перемещения не более 0,01 мм за 16 часов для глинистых грунтов и за 4 часа - для пылеватых и мелких песков.

Испытание следует завершить разгрузкой прибора с соблюдением п.4 раздела Д и определением плотности и влажности грунта после опыта. Результаты измерений в процессе испытаний надлежит заносить в журнал испытаний (приложение 1, форма 13).

По результатам измерений необходимо определить:

- величину деформации образца на каждой ступени давления

h_к = (n_к – n₀) - m_к; (20)

- величину деформации грунта на заданной ступени давления

h_i = (n_i – n₀) – m_i; (21)

- величину поправки на деформацию за критерий стабилизации для каждой ступени давления

- величину деформации образца грунта при заданной ступени давления после замачивания как среднее арифметическое значение показаний индикаторов до и после замачивания и поправки на деформацию фильтров и прибора при заданной ступени давления

h_sl = (n_i+зам - n_i) – m₃. (23)

По величинам относительной деформации на каждой ступени давления следует построить график зависимости  = f (p), (табл. 7.2, схема 4).

Относительную просадочность грунта _cl при заданном давлении следует определять как дополнительное относительное сжатие образца грунта в результате замачивания по формуле:

, (24)

где h_sl - дополнительное сжатие (просадка грунта в результате замачивания); h' - высота образца грунта с природной влажностью при заданном давлении; h_sl - высота образца грунта после дополнительного сжатия (просадки) в результате замачивания

Начальное просадочное давление p_sl следует определять по графику зависимости относительной просадочности от давления  = f (p), принимая за величину p_sl то давление, при котором относительная просадочность составляет 0,01 (рис. 7.16).

Подготовку грунта для испытания следует производить в соответствии с п.3 раздела В настоящего приложения.

Испытание начинается замачиванием грунта путем подачи воды в поддон прибора и предоставлением возможности грунту свободного набухания при просадке. Насыщение грунта производится при неизменном напоре, равном 1-1,1. Допускается заливка воды по площади верхнего штампа.

Наблюдения за деформациями образца производят до полного водонасыщения и стабилизации деформаций. За условный критерий стабилизации деформаций следует принять перемещение не более 0,01 мм: для глинистых грунтов за 16 часов; для пылеватых и мелких песков за 4 часа.

Регистрацию деформаций в процессе замачивания следует производить через 5, 10, 30, 60 мин и далее через час до конца рабочего дня, в начале и конце рабочего дня в течение последующих суток испытаний до стабилизации деформаций.

После достижения стабилизации деформаций набухания или просадки испытания следует производить в соответствии с п.Е настоящего приложения.

Испытание следует завершить разгрузкой прибора с соблюдением указаний п.4 раздела Д и определением плотности и влажности грунта после опыта. Результаты измерений в процессе испытаний надлежит заносить в журнал испытаний (приложение 1, форма 13).

По результатам измерений следует определить:

- величину абсолютной деформации грунта при водонасыщении грунта, если она имеет место:

при набухании h_sw = n_i – n₀; (26)

при просадке h_sl = n₀ - n_i, (27)

где n₀, n_i - среднее арифметическое значение показаний индикаторов начальное, при набухании или просадке соответственно;

- величину абсолютной деформации грунта на конечной ступени давления:

h_к = (n_к – n₀) - m_к; (28)

- величину абсолютной деформации грунта на каждой ступени давления:

h_i = (n_i – n₀) – m_i; (29)

- величину поправки деформации (h_ti) за критерий стабилизации для каждой ступени давления:

; (30)

а при наличии структурной прочности:

- величину относительной деформации грунта с точностью 0,001 при водонасыщении:

при набухании _sw = h_sw / h; (32)

при просадке _sl = h_sl / h; (33)

и на каждой ступени давления _i = (h_i + h_ti) / h. (34)

По величинам относительной деформации необходимо построить график зависимости  = f (p) (см. табл. 7.2, схема 5).

По осредненным значениям относительной деформации ('), снятым с графика, следует рассчитать величины коэффициента пористости (e_i), коэффициента уплотнения (a) и модуля деформации (E) в соответствии с п.2 раздела Е.

Контроль правильности проведения испытаний произвести в соответствии с п.3 раздела Е.