Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!
МегаЛекции

Обработка результатов испытания

Кубанский государственный

технологический университет

 

Кафедра кадастра и геоинженерии

Механика грунтов

Методические указания и задания для освоения

“Метода определения характеристик упругости глинистых грунтов

в компрессионном приборе”

для специальностей 270102, 270104, 270105, 270106, 270115, 270205

 

 

 

Краснодар

 

Общие положения

В процессе эксплуатации сооружений, общая масса которых изменяется от минимальной до максимальной и наоборот (вертикальные емкости для сыпучих и жидких материалов, опоры мостов и др.), нагрузка на грунты, служащие их основанием, то увеличивается, то уменьшается, а грунты основания то уплотняются, то раз-уплотняются. При этом в грунтах проявляются остаточные (пластические) и упругие деформации, от величины которых зависит сохранность монолитности и соответственно срок службы таких сооружений. Поэтому знание характеристик упругости грунтов, на которых возводятся сооружения с изменяющейся массой в процессе эксплуатации, имеет большое практическое значение.

 

Определение характеристик упругости грунтов производят как непосредственно в горном массиве – п о л е в ы е (натурные) и с п ы т а н и я, так и на отдельных образцах грунтов с ненарушенной (природной) структурой, взятых из горного массива – л а б о р а т о р н ы е и с п ы т а н и я.

 

М е т о д и к а о п р е д е л е н и я характеристик упругости грунтов при полевых и лабораторных испытаниях одинакова и заключается в многократном приложении и снятии с грунта вертикального давления (многоцикловое «нагружение-раз-грузка») до достижения грунтом упругоуплотненного состояния, измерении вертикальной деформации грунта при многоцикловом «нагружении-разгрузке» и расчете характеристик упругости грунтов.

Многоцикловое «нагружение-разгрузку» испытываемого грунта осуществляют отдельными ступенями вертикального давления, выдерживаемыми до стабилизации вертикальной деформации грунта (до консолидации грунта), или с постоянной скоростью, обеспечивающей консолидацию грунта в процессе его нагружения и разгрузки.

Конечное значение вертикального давления, прикладываемого на испытываемый грунт, определяют из задания проектировщиков или принимают в пределах полуторной величины проектных вертикальных давлений на грунты (для глинистых грунтов, мелких и пылеватых песков).

 

У п р у г о у п л о т н е н н ы м состоянием грунта называется состояние грунта после многоциклового «нагружения-разгрузки», при котором вертикальные деформации грунта при нагружении и разгрузке в одних и тех же диапазонах вертикального давления имеют одинаковую величину.

В диапазоне вертикального давления, в котором грунты доведены до упругоуплотненного состояния, сжатие грунтов происходит как сжатие упругого тела (по линейному закону) и характеризуется постоянством упругих свойств.

 

В е р т и к а л ь н ы м (нормальным) д а в л е н и е м на образец грунта называется отношение сжимающей нагрузки, приложенной на образец грунта, к площади его поперечного сечения.

 

К о н с о л и д а ц и е й грунта называется процесс его уплотнения при постоянном вертикальном давлении до стабилизации вертикальной деформации.

 

У с л о в н о й с т а б и л и з а ц и е й в е р т и к а л ь н о й д е ф о р м а ц и и грунта называется вертикальная деформация со скоростью равной нулю или меньше допускаемой при постоянном вертикальном давлении.

За критерий условной стабилизации вертикальной деформации образца грунта принимают скорость деформации, не превышающую 0,01 мм за последние 4 ч наблюдений для песков, 16 ч – для глинистых и 24 ч – для органоминеральных и органических грунтов.

 

Лабораторное определение характеристик упругости грунтов в компрессионных приборах (без возможности бокового расширения образца) наиболее доступные, дешевые и распространенные испытания грунтов (рисунки 1-2).

 

   
1 – верхний подвижный штамп; 2 – рабочее кольцо; 3 – образец грунта; 4 – нижний неподвижный штамп; 5 – стол прибора   Рисунок 2 – Схема сжатия образца грунта в рабочей камере (одометре) компрессионного прибора  
Рисунок 1 – Схема компрессионного прибора и приложения вертикального (сжимающего) давления на образец грунта  
 

 

Х а р а к т е р и с т и к а м и у п р у г о с т и грунтов при компрессионных испытаниях являются:

– остаточная относительная вертикальная деформация eост;

– упругая относительная вертикальная деформация eупр;

– модуль упругости Еу.

 

О с т а т о ч н о й (пластической) в е р т и к а л ь н о й д е ф о р м а ц и е й грунта называется деформация, которая после снятия вертикального давления не восстанавливается.

 

У п р у г о й в е р т и к а л ь н о й д е ф о р м а ц и е й грунта называется деформация, которая после снятия вертикального давления восстанавливается.

 

М о д у л е м у п р у г о с т и грунта называется отношение величины уменьшения вертикального давления к величине упругой вертикальной деформации, вызванной этим уменьшением вертикального давления.

 

О т н о с и т е л ь н ой в е р т и к а л ь н о й д е ф о р м а ц и е й образца грунта называется отношение абсолютной вертикальной деформации к начальной высоте образца.

 

Для обеспечения сходимости значений модулей деформации грунта, полученных при компрессионных и полевых натурных испытаниях, модуль деформации при компрессионных испытаниях рассчитывается с коэффициентом, учитывающим отсутствие поперечного расширения грунта.

 

К о э ф ф и ц и е н т о м п о п е р е ч н о г о р а с ш и р е н и я грунтов называется показатель деформируемости, характеризующий отношение поперечных и продольных деформаций грунтов.

Цель работы

1.1 Определить число циклов «нагружения-разгрузки» для доведения грунта до упругоуплотненного состояния.

1.2 Определить остаточную и упругую деформацию при разгрузке образца грунта во всех циклах «нагружения-разгрузки».

1.3 Определить модуль упругости грунта в упругоуплотненном состоянии и в заданном интервале вертикального давления во всех циклах «нагружения-разгрузки».

1.4 Установить зависимость остаточной и упругой вертикальной деформации грунта от числа циклов «нагружения-разгрузки».

1.5 Установить зависимость модуля деформации и модуля упругости грунта от числа циклов «нагружения-разгрузки».

1.6 Установить зависимость модуля упругости грунта в упругоуплотненном состоянии от вертикального давления при разгрузке грунта.

 

Оборудование

Компрессионный прибор (далее КП), имеющий рабочее кольцо одометра высотой 25 мм и площадью поперечного сечения проходного отверстия 60 см2 (рисунки 1-2).

Проведение испытания

3.1 Приложить на образец грунта первую ступень вертикального давления 0,1 МПа, выдержать её до условной стабилизации вертикальной деформации образца грунта и произвести регистрацию значения стабилизированной вертикальной деформации образца (показаний измерителя вертикальной деформации образца).

3.2 Увеличить вертикальное давление на образец грунта до 0,2 МПа путем приложения второй ступени вертикального давления 0,1 МПа и повторить действия по п.3.1.

3.3 Аналогичным образом произвести увеличение вертикального давления на образец грунта (нагружение образца) до конечного значения ступенями по 0,1 МПа и регистрацию вертикальной деформации образца грунта.

3.4 Разгрузить с образца грунта последнюю ступень вертикального давления 0,1 МПа, выдержать образец грунта до условной стабилизации его вертикальной деформации и произвести регистрацию значения стабилизированной вертикальной деформации образца.

3.5 Аналогичным образом произвести разгрузку образца грунта до 0,1 МПа ступенями по 0,1 МПа и регистрацию его вертикальной деформации.

3.6 Повторяя операции по пп.3.1-3.5 произвести многоцикловое «нагружение-разгрузку» и регистрацию вертикальной деформации образца грунта до тех пор пока величины абсолютной вертикальной деформации образца его при нагружении и разгрузке при одинаковых вертикальных давлениях совпадут.

3.7 Разгрузить образец грунта до 0 МПа, выдержать его до условной стабилизации вертикальной деформации и произвести регистрацию значения стабилизированной вертикальной деформации образца.

 

Примечание – Конечное значение вертикального давления на образец грунта для всех циклов «нагружения-разгрузки» и результаты измерений по пп.3.1-3.7 принять из таблицы 2 по своему варианту задания и занести в таблицу 1.

 

 

Обработка результатов испытания

 

Таблица 1 – Данные наблюдения за вертикальной деформацией образца грунта при

многоцикловом «нагружении-разгрузке»

 

Давление на образец, Р, МПа Вертикальная деформация образца грунта Модули
абсолютная, ∆ h, мм относительная, e остаточная, e ост упругая, e упр деформации, Е 0, МПа упругости, Еу, МПа
1-й цикл
0,1 4,19 0,168  
0,2 4,34 0,173  
0,3 4,49 0,180  
0,4 4,64 0,186  
0,5 4,79 0,192  
0,6 4,94 0,198  
0,5 4,87 0,195 0,003 0,003  
0,4 4,80 0,192 0,006 0,006  
0,3 4,73 0,189 0,009 0,009  
0,2 4,66 0,186 0,013 0,012  
0,1 4,59 0,184 0,016 0,014  
2-й цикл  
0,1 4,59 0,184 ­- -   -
0,2 4,72 0,189 - -   -
0,3 4,85 0,194 - -   -
0,4 4,98 0,199 - -   -
0,5 5,11 0,204 - -   -
0,6 5,24 0,210 - -   -
0,5 5,17 0,207 0,003 0,003 -  
0,4 5,10 0,204 0,005 0,006 -  
0,3 5,03 0,201 0,007 0,009 -  
0,2 4,96 0,198 0,009 0,012 -  
0,1 4,89 0,196 0,012 0,014 -  
      3-й цикл      
0,1 4,89 0,196 - -   -
0,2 5,00 0,2 - -   -
0,3 5,11 0,204 - -   -
0,4 5,22 0,209 - -   -
0,5 5,33 0,213 - -   -
0,6 5,44 0,218 - -   -
0,5 5,38 0,215 0,002 0,003 -  
0,4 5,32 0,213 0,004 0,005 -  
0,3 5,26 0,210 0,006 0,008 -  
0,2 5,20 0,208 0,008 0,01 -  
0,1 5,14 0,206 0,01 0,012 -  
      4-й цикл      
0,1 5,14 0,206 - -   -
0,2 5,21 0,208 - -   -
0,3 5,28 0,211 - -   -
0,4 5,35 0,214 - -   -
0,5 5,42 0,217 - -   -
0,6 5,49 0,220 - -   -
0,5 5,42 0,217 0 0,003 -  
0,4 5,35 0,214 0 0,006 -  
0,3 5,28 0,212 0 0,008 -  
0,2 5,21 0,208 0 0,012 -  
0,1 5,14 0,206 0 0,014 -  
  5,01 0,200 0,200 0,02    
П р и м е ч а н и е – Циклы «нагружение-разгрузка» образца грунта производят до тех пор пока величины абсолютной вертикальной деформации образца при нагружении и разгрузке при одинаковых вертикальных давлениях совпадут
                 

 

4.1 Рассчитать относительную вертикальную деформацию образца грунта e i, д.е., с точностью 0,001 д.е. по данным таблицы 1 во всех точках ее регистрации на всех ступенях вертикального давления во всех циклах «нагружения-разгрузки» образца грунта по формуле

, (1)

где ∆ hi – осадка образца грунта соответственно в i -ой точке наблюдения, мм;

h – начальная высота образца грунта, равная высоте рабочего кольца КП, мм.

Результаты вычислений занести в таблицу 1.

4.2 Построить график e = f(Р) для всех циклов «нагружения-разгрузки» образца грунта до упругоуплотненного состояния (рисунок 3).

4.3 Рассчитать величину остаточной относительной вертикальной деформации образца грунта e iост, д.е., с точностью 0,001 д.е. во всех точках ее регистрации на всех ступенях разгрузки вертикального давления во всех циклах «нагружения-раз-грузки» образца грунта по формуле

e iост = e i р - e iн, (2)

где e iр и e iн – величина относительной вертикальной деформации образца при i -ой ступени вертикального давления соответственно при разгрузке и нагружении в i -ом цикле «нагружения-разгрузки» образца грунта, д.е.

Результаты вычислений занести в таблицу 1.

4.4 Рассчитать величину упругой относительной вертикальной деформации образца грунта e iупр, д.е., с точностью 0,001 д.е. во всех точках ее регистрации на всех ступенях разгрузки вертикального давления во всех циклах «нагружения-раз-грузки» образца грунта по формуле

e i упр = e к - e iр, (3)

где e к – величина относительной вертикальной деформации образца при конечном вертикальном давлении при нагружении на i -ом цикле «нагружения-разгрузки», д.е.

Результаты вычислений занести в таблицу 1.

Рисунок 3 – Образец оформления графика зависимости относительной вертикальной деформации образца грунта от числа циклов «нагружения-разгрузки» до упругоуплотненного состояния

 

4.5 Отметить на графике e = f(Р) на первом цикле «нагружения-разгрузки» при давлении 0,1 МПа остаточную и упругую относительные вертикальные деформации образца грунта (рисунок 3).

4.6 Рассчитать модуль деформации грунта Е 0, МПа, с точностью 0,1 МПа при нагружении образца во всех циклах «нагружения-разгрузки» образца грунта в интервале вертикального давления 0,1-0,2 МПа по формуле

, (4)

где εi и εi- 1 – значения относительной вертикальной деформации образца грунта, соответствующие вертикальным давлениям Рi и Рi-1, д.е.;

β – коэффициент, учитывающий отсутствие поперечного расширения образца грунта в приборе КП и вычисляемый по формуле

, (5)

где μ – коэффициент поперечной деформации, д.е.

 

μ равен:

- для песков и супесей – 0,30-0,35;

- для суглинков – 0,35-0,37;

- для глин: при показателе текучести IL < 0 – 0,2-0,3;

при показателе текучести 0 ≤ IL ≤ 0,25 – 0,3-0,38;

при показателе текучести 0,25 < IL ≤ 1,0 – 0,38-0,45.

При определении μ принять его меньшее значение при большей плотности грунта, а показатель текучести IL принять в зависимости от разновидности грунта из таблицы 3 по своему варианту задания.

Результаты вычислений занести в таблицу 1.

4.7 Рассчитать модуль упругости грунта Еу,МПа, с точностью 0,1 МПа при разгрузке образца во всех интервалах вертикального давления в последнем цикле «нагружения-разгрузки» и во всех циклах «нагружения-разгрузки» в интервале давления 0,2-0,1 МПа по формуле

, (6)

где εРi и εРi- 1 – значения относительной вертикальной деформации образца грунта при разгрузке, соответствующие вертикальным давлениям PРi и PРi -1, д.е.

Результаты вычислений занести в таблицу 1.

4.8 Построить графики e ост= f(i) и e упр= f(i) при вертикальном давлении 0,1 МПа, где i – число циклов «нагружения-разгрузки» образца грунта до упругоуплотненного состояния (рисунок 4).

4.9 Построить графики Е(0,1-0,2)= f(i) и Ey(0,2-0,1)= f(i) в интервале вертикального давления 0,1-0,2 МПа во всех циклах «нагружения-разгрузки», где i – число циклов «нагружения-разгрузки» (рисунок 5) и график Ey= f(Р) во всех интервалах вертикального давленияпри разгрузке образца грунта в упругоуплотненном состоянии (рисунок 6).

   
Рисунок 4 – Образец оформления графиков зависимости остаточной (кривая 1) и упругой (кривая 2) относительной вертикальной деформации образца грунта при вертикальном давлении 0,1 МПа от числа циклов «нагружения-разгрузки» Рисунок 5 – Образец оформления графиков зависимости модуля деформации (кривая 1) и модуля упругости (кривая 2) грунта в интервале вертикального давления 0,1-0,2 МПа от числа циклов «нагружения-разгрузки» Рисунок 6 – Образец оформления графика зависимости модуля упругости грунта от вертикального давления при разгрузке в упругоуплотненном состоянии

Выводы

Сделать выводы: об изменении величины вертикальной относительной e, остаточной и упругую деформации, модулей деформации Е 0и упругости Еу образцагрунта в зависимости от числа циклов «нагружения-разгрузки»; о числе циклов «нагружения-разгрузки», необходимых для доведения грунта до упругоуплотненного состояния.

 

 

Таблица 2 – Результаты компрессионных испытаний образцов глинистых грунтов

многоцикловым «нагружением-разгрузкой» до упругоуплотненного состояния

 

Вари­ант Режим сжатия образца Абсолютная вертикальная деформация образцов грунтов ∆ h, мм, при вертикальном давлении на грунт, МПа
  0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6
1, 7, 13, 19, Нагружение   1,61 1,76 1,91 2,06 2,21 2,36
Разгрузка   2,01 2,08 2,15 2,22 2,29
Нагружение   2,14 2,27 2,40 2,53 2,66
Разгрузка   2,31 2,38 2,45 2,52 2,59
Нагружение   2,42 2,53 2,64 2,75 2,86
Разгрузка   2,56 2,62 2,68 2,74 2,80
Нагружение   2,63 2,70 2,77 2,84 2,91
Разгрузка 2,41 2,56 2,63 2,70 2,77 2,84
2, 8, 14, 20, Нагружение   3,65 3,80 3,95 4,10 4,25 4,40
Разгрузка   4,05 4,12 4,19 4,26 4,33
Нагружение   4,18 4,31 4,44 4,57 4,70
Разгрузка   4,35 4,42 4,49 4,56 4,63
Нагружение   4,46 4,57 4,68 4,79 4,90
Разгрузка   4,60 4,66 4,72 4,78 4,84
Нагружение   4,71 4,82 4,93 5,04 5,15
Разгрузка 4,39 4,60 4,71 4,82 4,93 5,04
3, 9, 15, 21, Нагружение   2,41 2,56 2,71 2,86 3,01 3,16
Разгрузка   2,81 2,88 2,95 3,02 3,09
Нагружение   2,94 3,07 3,20 3,33 3,46
Разгрузка   3,11 3,18 3,25 3,32 3,39
Нагружение   3,22 3,33 3,44 3,55 3,66
Разгрузка   3,36 3,42 3.48 3,54 3,60
Нагружение   3,43 3,50 3,57 3,64 3,71
Разгрузка 3,24 3,36 3,43 3,50 3,57 3,64

Продолжение таблицы 2

Вари­ант Режим сжатия образца Абсолютная вертикальная деформация образцов грунтов ∆ h, мм, при вертикальном давлении на грунт, МПа
  0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6
4, 10, 16, 22, Нагружение   2,16 2,31 2,46 2,61 2,76 2,91
Разгрузка   2,56 2,63 2,70 2,77 2,84
Нагружение   2,69 2,82 2,95 3,08 3,21
Разгрузка   2,86 2,93 3,00 3,07 3,14
Нагружение   2,97 3,08 3,19 3,30 3,41
Разгрузка   3,11 3,17 3,23 3,29 3,35
Нагружение   3,18 3,25 3,32 3,39 3,46
Разгрузка 2,98 3,11 3,18 3,25 3,32 3,39
5, 11, 17, 23, 29 Нагружение   4,07 4,22 4,37 4,52 4,67 4,82
Разгрузка   4,47 4,54 4,61 4,68 4,75
Нагружение   4,60 4,73 4,86 4,99 5,12
Разгрузка   4,77 4,84 4,91 4,98 5,05
Нагружение   4,88 4,99 5,10 5,21 5,32
Разгрузка   5,02 5,08 5,14 5,20 5,26
Нагружение   5,09 5,16 5,23 5,30 5,37
Разгрузка 4,87 5,02 5,09 5,16 5,23 5,30
6, 12, 18, 24, 30 Нагружение   4,19 4,34 4,49 4,64 4,79 4,94
Разгрузка   4,59 4,66 4,73 4,80 4,87
Нагружение   4,72 4,85 4,98 5,11 5,24
Разгрузка   4,89 4,96 5,03 5,10 5,17
Нагружение   5,00 5,11 5,22 5,33 5,44
Разгрузка   5,14 5,20 5,26 5,32 5,38
Нагружение   5,21 5,28 5,35 5,42 5,49
Разгрузка 5,01 5,14 5,21 5,28 5,35 5,42

 

 

Таблица 3 – Данные для определения коэффициента поперечной деформации

образцов грунтов

 

Вариант Разновидность грунта Показатель текучести, IL, д.е.
1, 11, 21 Супесь  
2, 12, 22 Суглинок  
3, 13, 23 Глина -0,15
4, 14,24 Глина -0,10
5, 15, 25 Глина  
6, 16, 26 Глина 0,10
7, 17, 27 Глина 0,20
8, 18, 28 Глина 0,25
9, 19, 29 Глина 0,50
10, 20, 30 Глина 1,00

Вопросы для усвоения и защиты работы

1 Какие деформации происходят в грунтах при снятии вертикального давления?

2 Какие вертикальные деформации в грунтах называются остаточными?

3 Какие вертикальные деформации в грунтах называются упругими?

4 Характеристики упругости грунтов?

5 Что называется модулем упругости грунтов? Как рассчитывается модуль упругости грунтов?

6 Как зависит величина модуля упругости грунтов от количества циклов «нагружение-разгрузка»?

7 Какое состояние грунтов называется упругоуплотненным?

8 Как определяется количество циклов «нагружение-разгрузка» для достижения упругоуплотненного состояния грунтов?

9 По какому закону сжимаются грунты в упругоуплотненном состоянии?

10 В чем заключается методика испытаний грунтов при определении характеристик упругости?

11 Как определяется необходимый диапазон вертикальных давлений при определении характеристик упругости грунтов?

12 Как зависит величина остаточной деформации грунтов от количества циклов «нагружение-разгрузка»?

13 Как зависит величина упругой деформации грунтов от количества циклов «нагружение-разгрузка»?

14 Что называется вертикальным (нормальным) давлением?

15 Что называется модулем деформации грунтов? Как рассчитывается модуль деформации грунтов?

16 Как зависит величина модуля деформации грунтов от количества циклов «нагружение-разгрузка»?

17 Что называется стабилизацией деформации сжатия грунтов при приложении и снятии вертикального давления?

18 Что называется относительной вертикальной деформацией образца грунта?

19 Какие испытания по определении характеристик упругости грунтов называются полевыми?

20 Какие испытания по определении характеристик упругости грунтов называются лабораторными?

21 Имеется ли возможность поперечного расширения грунтов при полевых определениях характеристик упругости грунтов?

22 Имеется ли возможность поперечного расширения грунтов при компрессионных испытаниях?

23 Как учитывается отсутствие поперечного расширения грунтов при компрессионных испытаниях?

24 Методика компрессионных определений характеристик упругости грунтов?

25 Какие параметры регистрируются при компрессионных определениях характеристик упругости грунтов?

26 Как изменяется коэффициент пористости грунтов при увеличении и уменьшении вертикального давления?

27 Как изменяется модуль деформации грунтов при увеличении вертикального давления?

28 Показать на графике зависимости деформации сжатия грунтов от вертикального давления в любом цикле «нагружения-разгрузки» при любом вертикальном давлении остаточную и упругую деформации.

Механика грунтов

Методические указания и задания для освоения

“Метода определения характеристик упругости глинистых грунтов

в компрессионном приборе”

для специальностей 270102, 270104, 270105, 270106, 270115, 270205

 

Составитель: Денисенко Виктор Викторович

 

Подписано в печать 15.02.08 г. Формат 60х84/16
Бумага оберточная Офсетная печать
Печ.л. 0,75 Тираж 100 экз.
Усл.печ.л. 0,65 Изд. №16
Уч.-изд.л. 0,48  

 

 

Поделиться:





Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...