Руководство к выполнению лабораторных работ по курсу «Механика грунтов, основания и фундаменты»
Скачать 2.17 Mb.
|
Вопросы для самопроверки:
Лабораторная работа №7 Определение показателей деформируемости грунта при сжатии в компрессионном приборе. Сжимаемостью грунтов называют способность их уменьшаться в объеме под действием внешних нагрузок. Основными особенностями грунтов, определяющими отличие процессов их деформирования под действием внешних давлений от деформирования других тел, является: малая прочность связей между частицами, наличие между минеральными частицами пор заполненных в различной степени водой и газами, а также неоднородность грунта по глубине и простиранию в условиях природного залегания. При сжатии грунтов возникает ряд физических процессов, которые определяют величину деформации грунтов при загрузке и последующей разгрузке. Деформация твёрдых и минеральных частиц грунта при давлениях на основание наиболее часто встречаемых в строительной практике 0,2-0,5 МПа (2-5кг/см2) весьма не значительны и составляют очень малую долю от общих деформаций грунта. Эти деформации являются упругими, т.е. после снятия нагрузки они мгновенно и полностью восстанавливаются. Воздух находящийся в защемлённом состоянии в порах грунта будет значительно менее влиять на его сжимаемость. Если в процессе сжатия не произойдёт удаление из грунта части воды или воздуха, то рассмотренные деформации полностью восстановятся после разгрузки. При свободном сообщении воздуха с атмосферой он не будет влиять на сжимаемость грунта, а сжимаемость воды будет ничтожной по сравнению с общими деформациями грунта. В грунтах при сравнительно не больших внешних давлениях возникают значительные деформации в результате взаимного перемещения твёрдых частиц, сопровождающихся уменьшением объема пор, и в ряде случаев оттоком воды из пор. Эти деформации носят необратимый характер и являются наибольшими по величине определяющей в основном сжимаемость грунтов, в отличие от сжимаемости твёрдых тел. Сжимаемость песчаных грунтов невелика и зависит от их гранулометрического состава, происхождения и плотности сложения. Сжатие песчаных грунтов связано с возникновением местных сдвигов и соскальзыванием более мелких частиц в поры, а при больших внешних давлениях в местах концентрации напряжений может наблюдаться дробление отдельных частиц и их агрегатов на более мелкие. Сжатие песчаных грунтов протекает быстро и как правило не зависит от влажности, т.к. пески являются хорошими проводниками воды. Сжимаемость глинистых пород зависит от минералогического состава, степени дисперсности, пористости, состояния породы и условий сжатия. Наиболее гидрофильные монтмориллонитовые глины отличаются большей сжимаемостью, чем каолинитовые. Чем больше дисперсность глинистых пор тем больше их сжимаемость при одинаковых условиях опытов. Абсолютная величина сжатия как правило тем выше чем больше пористость грунтов. Сжимаемость одной и той же глины может быть резко различна в зависимости от степени нарушенности природной структуры. При равной начальной пористости и влажности сжимаемость глины с нарушенной структурой будет выше. Значительное влияние на сжимаемость оказывает скорость нарастания нагрузки и размеры её ступеней. Опыты показывают, что сжатие глинистых грунтов увеличивается с увеличением по скорости нарастания нагрузок. При лабораторных и полевых испытаниях грунтов нарастание нагрузок происходит значительно быстрее, чем в реальных условиях возведения зданий или сооружений различного назначения. Следовательно получаемые опытным путём показатели сжатия оказываются заниженными, это в некоторой мере объясняет тот факт, что действительные осадки фундаментов часто оказываются ниже расчётных. При сжатии глинистых пород помимо факторов определяющую общую величину сжатия рассмотренных для песчаных грунтов, большую роль играют гидратные оболочки вокруг глинистых минеральных частичек, притягивающих диполи воды силами молекулярного порядка (силами Ван-дер-вальса). Напряжения вызванные действием внешнего давления на грунт, концентрируются в местах контакта частиц, которые осуществляются через плёнки связанной воды. Эти напряжения могут оказаться больше, чем прочность плёнок связанной воды в наружном слое, т.к. силы связанности быстро уменьшаются по мере удаления от поверхности частицы. В результате часть связанной воды будет отжата от места концентрации напряжений и в зависимости от сил связанности перейдёт в свободное состояние или переместится в другую область плёнки, испытывающую меньшее давление, а твёрдые частицы сблизятся и займут более компактное положение. После снятия внешней нагрузки контактные напряжения уменьшаться и при наличии свободной воды гравитационные оболочки во времени восстановят свою толщину. Следовально структурно-адсорбционные деформации являются обратимыми. Как видно из природы описанных деформаций на их развитие и завершение требуется значительное время, из описанного следует, что сжимаемость грунта определяется способностью пор в грунте уменьшаться в объеме под нагрузкой. Общая деформация сжатия грунта складывается из деформаций восстанавливающихся после снятия нагрузок (упругих) и невосстанавливающихся (остаточных). Невосстанавливающиеся остаточные деформации составляют наибольшую долю в общей величине деформаций сжатия основания под нагрузкой. И получили назван название деформаций уплотнения. Скорость сжатия грунтов до известной степени определяется их водонепроницаемостью. При полном водонасыщении грунта малых значениях коэффициента фильтрации и большой мощности сжимаемого слоя процесс сжатия может длиться многие годы. При этом сжатие происходит до наступления состояния гидростатического равновесия, т.е. когда паровая вода не воспринимает давления и вся внешняя нагрузка передаётся на скелет грунта. Следует представлять себе, что скорость сжатия полностью водонасыщенного грунта значительно замедляется во времени, так как в процессе уплотнения размер пор постепенно уменьшается и следовательно значительно возрастает сопротивление движению воды из них. В трёх фазном состоянии когда в порах глинистого грунта, кроме воды, находится воздух, имеющий возможность свободно выходить из грунта, сжатие происходит более быстро и не зависит от водопроницаемости. После отжатия из пор грунта всего воздуха сжатие его определяется как скорость фильтрации воды из пор. При наличии между частицами грунта жёстких структурных связей процесс уплотнения его под действием внешних нагрузок будет происходить только после преодоления их прочности. Для практики проектирования и строительства зданий является очень важным определить деформацию грунтового основания и по ним определить совместность работы и возможность нормальной эксплуатации здания и технологического оборудования. Для прогноза деформации грунтов в основании под воздействием приложенных к ним нагрузок помимо величины напряжений необходимо знать показатели, характеризующие сжимаемость грунта. Наиболее точно установить осадку фундаментов здания или сооружения позволяют полевые испытания грунтов штампами. Сущность метода заключается в установке плоского штампа с размером предполагаемого фундамента или инвентарного с рекомендуемыми размерами на испытуемый грунт; создание на него определённых нагрузок и измерение соответствующих им деформаций осадок. По результатам испытаний определяют модуль общей деформации грунта. К недостаткам метода относится: большая трудоёмкость, громоздкость оборудования, дороговизна опыта. Для определения модуля деформации в полевых условиях были разработаны менее трудоёмкие и более дешевые методы: прессометрические испытания и зондирование грунтов. Однако, несмотря на простоту, эти методы в силу особенностей грунтов, как раздробленных тел, имеющих различную историю образования, дают менее надёжные результаты. Исторически сложилось так, что первоначально лабораторные методы были применены для определения характеристик сжимаемости грунтов в основании наиболее широко. И в настоящее время лабораторные испытания сжимаемости грунтов применяются на ровне с полевыми, а во многих случаях при изысканиях под строительство имеют преобладающее применение. Как показывают наблюдения за построенными зданиями, характеристики сжимаемости определённые в лабораторных условиях позволяют с достаточной для практических целей точностью оценить осадки фундаментов. Показатели, определяющие меру сжимаемости грунтов определённые в лабораторных условиях путем сжатия образцов грунта без возможности бокового расширения называются компрессионными характеристиками. Советским учёным Н. М. Герсевановым предложено выражать сжатие грунта, при испытании образцов в одометрах – приборах одноосного сжатия(рис. 13) в виде зависимости измерения коэффициента пористости e (от приложенного давления Р), при этом деформации сжатия принимаются как уплотнение грунта. Построенная графически, такая зависимость называется компрессионной кривой (рис. 14).Определение коэффициента пористости (eр) при заданном давлении(Р) производится по величине относительного измерения высоты образца грунта ( ) по формуле ; Где -осадка образца грунта при давлении Р, мм; h-первоначальная высота образца грунта, мм; е0-начальная величина коэффициента пористости грунта (до опыта). Меру сжатия грунта предложено выражать через коэффициент уплотнения (а), что базируется на допустимости спрямления комплексной кривой (ер=f(P)) на некотором её участке при достаточно большом интервале измерения давлений, (рис.14). Величина коэффициента уплотнения определяется по формуле В зависимости от величины коэффициента уплотнения можно приблизительно характеризовать степень сжимаемости грунтов: Коэффициент уплотнения ,см2/кг(Ч10МПа-1)Сжимаемость грунта<0,001 0,001-0,005 0,005-0,01 0,01-0,10 >0,10практически не сжимаемый слабо сжимаемый средне сжимаемый повышенной сжимаемости сильно сжимаемыйПо результатам компрессионных испытаний вычисляют модуль общей деформации грунта (Ел), который называют лабораторным В общем случае нагружения в грунте основания возникают вертикальные и поперечные деформации, которые увеличивают величину осадок основания. С учётом внешних поперечных деформаций модуль деформации (компрессионный) определяется по формуле где -коэффициент учитывающий отсутствие поперечного расширения образца грунта в компрессионных приборах одноосного сжатия принимаемы для пылевых и мелких песков -0,8; супесей -0,7; суглинков -0,5; глин -0,4; -коэффициент относительного уплотнения: Несмотря на бесспорные преимущества метод коэффициента уплотнения имеет недостатки и является приближённым, т.к. из компрессионной зависимости видно, что каждому давлению соответствует своё значение коэффициента уплотнения (а). Н.М. Маслов предложил по данным компрессионных испытаний вычислять так называемы модуль осадки ( ) ; Все промежуточные операции по вычислению коэффициента пористости при этом отпадают. Модуль осадки для удобства пользования для практических расчётов выражают в промилях, при этом он не отражает величину сжатия в миллиметрах столба грунта высотой в 1м при действии равномерно распределенной нагрузки интенсивностью Р . По результатам испытаний строят график зависимости (рис.14). Модуль общей деформации грунта с учётом отсутствия составляющих бокового расширения в условиях одноосного сжатия в компрессионных приборах определяется в случае если определён в промилях При наличии перекрывающей толщи ее влияния при определении модуля общей деформации учитывается величиной давления (Рн) и величиной модуля осадки ( ) В табл. 20 приведены результаты по которым построены кривые компрессионных испытаний на рис. 14. Приведены результаты вычислений модулей общей деформации, которые вычислены по методу коэффициента уплотнения грунта, в предположении, что начальное давление на грунт составляет Рн=0,5кг/см2, а =0,8 (0,05МПа) и по методике через модуль осадок . Таблица 20 №п/пНагрузка Р кг/см2 (0,1МПа)Модуль осадки мм/м Коэф. пористости еКоэф. уплотнения а см2/кг(Ч10МПа)Модуль общей деформации Е= (Ч0,1МПа)Модуль общей деформации кг/см2 (Ч0,1Мпа)10-0,86620,514,00,84031,025,80,8180,044033,833,842,047,20,7780,041435,935,953,062,60,7500,096041,441,464,075,30,7260,032645,645,675,088,20,7020,030748,548,5Из таблицы видно что модуль деформации гораздо проще определить через модуль осадки. В лабораторных условиях для определения компрессионных характеристик применяются различные конструкции приборов одноосного сжатия без возможности бокового расширения грунта – одометров. В данной работе рассмотрена методика компрессионных испытаний в приборе полевой лаборатории Литвинова и компрессионном приборе К-1М. Следует отметить, что в лабораторных условиях компрессионный прибор Литвинова применятся не часто в силу возможных погрешностей из-за малых размеров образца грунта. Однако для сравнительно однородных грунтов такой прибор позволяет получить удовлетворительные результаты, а для испытаний в учебных целях он представляет достаточные удобства благодаря своей компактности. Компрессионные испытания грунта в приборе Полевой лаборатории ПЛЛ-9. Описание прибора. Прибор полевой лаборатории Литвинова для проведения компрессионных испытаний грунта схематически представлен на рис. 15. Образец грунта 2 вырезается из монолита испытуемого грунта с помощью режущего кольца 1 площадью поперечного сечения внутренней плоскости 25см2. В случае испытания грунта нарушенной структуры он помещается в кольцо при заданных начальных характеристиках способом, зависящем от его состояния. Кольцо устанавливается на базу 3 с перфорированным днищем для обеспечения свободного оттока воды выжатой из образца грунта при испытании и замачивании грунта. На образец грунта с верху устанавливается перфорированный поршень со штоком 4. Для исключения попадания грунта в отверстия днища и поршня служат бумажные фильтры 5. сверху на кольцо устанавливается обойма 6, в которой устроено направляющее отверстие для штока и приспособление для крепления индикатора перемещений часового типа 7. Обойма 6 соединена с базой 3 с помощью 3х откидных винтов (на схеме не показаны), что обеспечивает общую жесткость прибора во время опыта. Прибор крепится к крышке стола 12 с помощью зажимного устройства 8, к которому металлической тяги крепится рычаг 9 для создания нагрузок на образец. Рычаг имеет накладку с углублением для опоры на шток поршня 4. для уменьшения габаритов прибора после испытания рычаг сделан телескопическим. Рычаг обеспечивает соотношение плеч для передачи нагрузки на поршень 1:25, т.е. величина груза 11 уложенного на подвеску рычага 10 будет численно соответствовать приросту давления на образец грунта. С обратной стороны рычага устроена подвеска 13 для грузов 14, которые служат для уравновешивания и исключения передачи нагрузок на образец от веса рычага и подвески 10. Подготовка к испытаниям.
Для испытуемого грунта должны быть определены удельный вес, удельный вес частиц, влажность. Для студентов задаются эти характеристики преподавателем, а удельный вес определяется ими самостоятельно по известному весу образца и объему рабочего кольца.
; где - плотность воды, 1 г/см3 -плотность частиц грунта, г/см3 испытание песчаных грунтов нарушенного сложения следует производить в условиях водонасыщенности. При этом первая ступень нагрузок на образец передаётся на грунт, с заданными характеристиками, а затем производится водонасыщение образца. При испытании глинистых грунтов нарушенной структуры необходимо задавать требуемые величины коэффициента пористости (е) и степени влажности ( =1) при этом задаваемая влажность(Wз) при консистенции 0,5 |
Похожие:
 | ... |  | ПМ02. Применение микропроцессорных систем, установка и настройка периферийного оборудования |
| Методические указания предназначены для студентов экономического факультета, изучающих курсы «Документирование управленческой деятельности»... | | Пособие к выполнению лабораторных работ по дисциплине "Информатика", часть IV. М.: Мгту га, 2001. 44 с |
| Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине информатика для студентов I курса специальности 080507 IV курса... | | М91 Моделирование: Пособие по выполнению лабораторных работ. – М.: Мгту га, 2007. – 52 с |
| Учебно-методическое пособие предназначенодля студентов 3 курса, обучающихся по профессии 23. 01. 03 Автомеханик. Пособие содержит... | | Объекты использования атомной энергии. Основания и фундаменты. Устройство «стены в грунте». Правила, контроль выполнения и требования... |
| Методы определения показателей физико-механических свойств (качества) тампонажного раствора и камня | | Руководство по выполнению и защите выпускных квалификационных работ по специальности 080105. 65 Финансы и кредит – Краснодар: Изд-во... |