Сжимаемость грунтов. Компрессионные испытания на приборе конструкции Гидропроекта. №9 (ПГС ЧИТАТЬ)

Пылевато-глинистые грунты - наиболее распространенные основания различных зданий и сооружений. Их особенностью является большая сжимаемость под нагрузкой и изменение объема во времени за счет уменьшения пор. Из пор в начале отжимается воздух, затем вода, грунт постепенно уплотняется - дает осадку.

В песчаных и пылевато-глинистых грунтах твердой консистенции осадка заканчивается за период строительства, а в водонасыщенных пластичных и текучепластичных глинистых грунтах осадка под нагрузкой может протекать десятки и сотни лет, и достигать нескольких метров.

Сжимаемостью грунтов называют их способность уменьшаться в объеме (давать осадку) под действием внешнего давления.

В лабораторных условиях сжимаемость грунта можно исследовать на основе компрессионных испытаний, при которых происходит деформационное уплотнение пород без возможности бокового расширения. Сущность этого испытания заключается в том, что грунт подвергают уплотнению ступенями нагрузки (F₁, F₂, F₃, и т.д.) в рабочем кольце специального компрессионного прибора (одометра) и наблюдают за изменением его коэффициента пористости. В результате получают характерную зависимость в виде компрессионной кривой (рис. 1).

Компрессионная кривая, построенная по результатам испытаний, используется для определения коэффициента сжимаемости грунта m₀, который равен тангенсу угла наклона касательной к кривой е = ¦(p) и является величиной переменной.

При небольших изменениях давления (1 - 3 кгс/см²) кривая заменяется секущей и коэффициент сжимаемости вычисляется по формуле:

; МПа^-1 (1)

где е₁ие₂ - коэффициенты пористости, соответствующие напряжениям p₁ и p₂.

Чем больше величина m₀, тем грунт слабее, т.к. он более податлив, сильнее уплотняется в пределах заданного интервала давлений.

По величине коэффициента сжимаемости m₀ грунты разделяются на:

1. Сильно сжимаемые m_o > 0,1 см²/кгс

2. Средне сжимаемые 0,1³ m_o ³ 0,01 см²/кгс

3. Мало сжимаемые m_o < 0,01 см²/кгс

Выбор точек М₁ и М₂ для определения коэффициента сжимаемости m_o не случаен. Координаты точки М₁ должны соответствовать естественному природному давлению на грунт р₁ и естественному коэффициенту пористости е₁. Координаты точки М₂ должны соответствовать конечному давлению на грунт р₂ после возведения сооружения.

Мерой компрессионной способности грунта является коэффициент относительной сжимаемости m_v, выражающий относительную деформацию грунта, т. е. Представляющий величину сжатия слоя грунта от давления р, отнесённую к первоначальной мощности слоя:

см²/кгс, (2)

где Dh - величина, на которую изменилась высота образца грунта при полной стабилизации осадки её уплотнения от давления р;

h - первоначальная высота испытуемого образца.

Коэффициент относительной сжимаемости можно определить по формуле:

см²/кгс (3)

Одним из показателей сжимаемости грунта является модуль общей деформации Е₀, который используется в расчетах осадок фундаментов. Он аналогичен модулю упругости для твердых тел, но в отличие от последнего, учитывает как упругие, так и остаточные деформации.

Модуль общей деформации определяется в полевых условиях испытанием грунта в шурфах и скважинах с помощью штампов, а в лабораторных условиях по результатам компрессионных испытаний. В последнем случае по компрессионной кривой определяют коэффициент сжимаемости m₀, а затем вычисляем модуль общей деформации Е₀:

, кгс/см², (4)

где b - коэффициент перехода от сжатия без возможности бокового расширения при компрессионных испытаниях к сжатию, имеющему место в натуре. Численно его можно принять равным:

0,26 - для песков 0,57 - для суглинков

0,72 - для супесей 0,42 - для глин

Величина b определяется по коэффициенту поперечного расширения m или по коэффициенту бокового давления x по одной из следующих формул:

, (5)

. (6)

Изменение объема под нагрузкой у глинистых грунтов происходит медленно. Пористость и влажность их может уменьшаться во времени при постоянной нагрузке. Кривая, характеризующая уменьшением коэффициента пористости (или осадки) грунта во времени при неизменной нагрузке, называется кривой сжатия или кривой консолидации (рис.2).

Осадка грунтов во времени зависит от водопроницаемости грунтов, ползучести скелета и деформируемости всех компонентов грунтов. В зависимости от преобладания того или иного фактора, консолидация может быть фильтрационной или пластической. При фильтрационной консолидации интенсивность осадки грунта под нагрузкой зависит от скорости вытеснения воды из пор грунта под воздействием нагрузки. При пластической консолидации скорость развития осадки зависит от характера вязкопластических деформаций грунтового скелета под нагрузкой.