Сдам Сам

ПОЛЕЗНОЕ


КАТЕГОРИИ







Испытания прессиометром поступательного сдвига ППС





Прессиометр поступательного сдвига ППС, разработанный Уральским политехническим институтом (В.В. Лушников, О.Н. Жидков), предназначен для определения прочностных свойств грунтов и позволяет проводить испытания в скважинах на глубинах до 20 метров. ППС позволяет получать информацию о свойствах грунтов в пределах практически всей сжимаемой толщи большинства зданий и сооружений. Это существенно повышает точность расчетов оснований и надежность технических решений в фундаментостроении.

Установка выгодно отличается от известных установок для радиального определения прочностных характеристик нескальных грунтов четкостью схемы загружения и сдвига грунтов, широким диапазоном использования по глубине, климатическим условиям, видам исследуемых грунтов, а в ряде случаев (при испытании обводненных грунтов) на глубине более 7-10 метров является единственной работоспособной установкой.

Испытания грунтов оснований зданий и сооружений проводятся в буровых скважинах диаметром 89 (108) мм на глубине от 1 до 20 м путем сдвига грунтового цилиндра вдоль оси скважины при трех существенно различных значениях нормального к поверхности среза давления.

Испытаниям подвергаются слои литологически однородного грунта мощностью не менее 1,5 м при проведении трех опытов на различных глубинах и мощностью не менее 0,5 м при проведении трех опытов на одной глубине методом повторных сдвигов.

Прочностные испытания грунтов могут проводиться по методике «быстрого» (неконсолидированного) или «медленного» (консолидированного) сдвигов в зависимости от скорости приложения нормального и сдвигающего напряжений.

Прессиометр поступательного сдвига (ППС) включает следующие элементы: рабочий орган, упорно-вытяжной механизм, систему создания давления и устройство для измерения деформаций (см. рис. 5.5).

Рис. 5.5. Прессиометр поступательного сдвига ППС

Рабочий орган включает внутреннюю трубу с отверстиями для подачи сжатого воздуха, по концам которой закреплена эластичная оболочка. Оболочка окружена секторными продольными элементами с поперечными лопастями, подвижно соединенными на фланцах с возможностью радиального расширения при создании внутреннего давления. Между лопастями продольных элементов размещены фиксирующие эластичные кольца, служащие для возвращения элементов в исходное положение после опыта. Рабочий орган связан тросом с упорно-вытяжным механизмом и шлангом – с источником давления.

Система создания давления включает источник давления (автомобильный насос, баллон), головку, соединенную с рабочим органом шлангом. Головка снабжена образцовым манометром с пределом измерений до 6 кг/см2.

Система измерений деформаций включает два размещенных внутри рабочего органа потенциометрических датчика и электрический прибор, которые соединены проводами, проходящими внутри шланга и манометрической головки. Стыки шлангов и проводов выполнены с применением стандартных разъемов, герметически соединяемых в строго фиксированном положении.



Электрический измерительный прибор, питаемый сухими батареями типа «Марс» с общим напряжением 6 В, позволяет осуществить снятие показаний каждого датчика отдельно с предварительной калибровкой тока.

Техническая характеристика установки ППС-89(108)

- диаметр рабочего органа:

минимальный, мм 87(102);

максимальный, мм 124(150);

- длина рабочего органа, мм 280;

- размеры лопастей:

толщина, мм 0,5(0,1);

высота, мм 10;

интервал, мм 40;

- площадь обжатия и среза

минимальная, см2 870(1050);

максимальная, см2 1100(1320);

- система создания давления – пневматическая (источник – насос, баллон);

- система создания сдвигового усилия – механическая (от червячного домкрата);

- максимальное нормальное давление на грунт, кг/см2 5-6;

- максимальное усилие, кг 3000;

- система замеров деформаций грунта – электрическая, потенциометрическими датчиками (источник тока – сухие элементы);

- точность замера деформаций стенок скважины, мм 0,15;

- диаметр опытной скважины, мм 89+10(108+10);

- предельная глубина испытания, м 20;

- вес установки в сборе, кг 40(60).

Методика проведения испытания грунтов

Испытания заключаются в проведении трех опытов на срез при существенно различных значениях нормального давления на грунт σ1 < σ2 < σ3 по кольцевой поверхности среза, наружный диаметр которой определяется положением внедренных в грунт при давлении лопастей.

Испытания проводятся методом «быстрых» или «медленных» сдвигов. При «быстрых» испытаниях время уплотнения и продолжительность сдвигающего напряжения назначаются с таким расчетом, чтобы исключить уплотнение грунта в зоне сдвига. При «медленных» испытаниях время уплотнения и продолжительность среза назначаются из условия достижения заданной степени уплотнения грунта в зоне сдвига, что обеспечивается фильтрацией поровой воды к рабочему органу установки и контролируется по наступлению состояния условной стабилизации деформаций сжатия и сдвига.

Рекомендуемые значения нормального к поверхности среза давления σ, полученные на основании статической обработки большого числа проведенных прессиометрических опытов, приведены в табл. 5.8 в зависимости от состояния грунта и глубины испытания.

Таблица 5.8

Нормальное давление σ, кг/см2, к поверхности среза

Вид и состояние грунта Глубина испытания, м Нормальное давление, σ, кг/см2
Глинистые при консистенции В = 0,25 1-10 10-20 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50
Глинистые при В = 0,25-0,5, пески плотные 1-10 10-20 0,75 1,00 1,50 1,75 2,25 2,50
Глинистые при В = 0,5-0,75, пески средней плотности 1-10 10-20 0,75 1,00 1,25 1,50 1,75 2,00
Глинистые при В = 0,75 1-10 10-20 0,75 1,00 1,00 1,25 1,25 1,50

Примечание: при содержании в грунте включений крупных обломков до 20% по весу значение нормального давления увеличивается по сравнению с указанными в табл. 5.8 на 0,5 – 1,0 кг/см2.

Давление во внутренней полости рабочего органа Рв, в каждом опыте контролируемое по манометру, определяется с учетом постоянных установки, тарировочных поправок на растяжение оболочек и положения уровня воды в скважине.

Каждую ступень давления ∆Рв выдерживают в зависимости от принятой методики испытаний на сдвиг.

При проведении испытаний по методике «быстрого» сдвига время выдержки каждой ступени ∆Рв принимают 0,5-1 мин (время, необходимое для снятия показаний датчиков).

При проведении испытаний по методике «медленного» сдвига каждую ступень выдерживают до состояния условной стабилизации деформаций уплотнения грунтов в зоне предполагаемого сдвига. За условную стабилизацию деформаций принимают приращение диаметра рабочего органа, не превышающее 0,15 мм за время:

- для глинистых грунтов при В < 0,25, маловлажных и влажных песков – 5 мин;

- для глинистых грунтов при В = 0,25 – 0,75 и водонасыщенных песков – 10 мин;

- для глинистых грунтов при В > 0,75 – 20 мин.

Обработка результатов испытания

В процессе обработки результатов испытания определяются параметры сопротивления грунтов сдвигу – угол внутреннего трения φ и удельное сцепление (параметр линейности) С, соответствующие заданным в опыте условиям испытания.

Для определения параметров С и φ строится график сдвига по предельным значениям нормального σ и сдвигающего τ напряжений по поверхности сдвига в каждом из трех опытов (см. рис. 5.5).

Значение сдвигающего напряжения τ, кг/см2, соответствующее состоянию сдвига при заданном нормальном давлении σ, определяются по формуле

, (5.4)

где Q максимальное усилие по динамометру в момент сдвига, кг;
  d средний диаметр рабочего органа в момент сдвига, см;
  Н - высота рабочего органа, см;
  0,95 - коэффициент, учитывающий сопротивление призмы грунта перед верхней лопастью.

При отсутствии прибора для определения деформаций рабочего органа сдвигающее напряжение в грунте определяется по формуле

, (5.5)

где α коэффициент, зависящий от среднего диаметра скважины dср, величины нормального к поверхности среза давления и модуля деформации грунта Е.

Метод среза целиков грунта

Испытание целиков грунта на срез проводят для определения прочностных характеристик грунта: сопротивления грунта срезу Q, угла внутреннего трения φ, удельного сцепления С для крупнообломочных грунтов, песков и глинистых грунтов.

Характеристики определяют по результатам среза целика грунта в откопанном шурфе (см. рис.5.6). На дне шурфа откапывают грунтовый целик по размеру стальной обоймы (кольца). Верхнюю плоскость целика зачищают и накладывают обойму. Прикладывают вертикальную нагрузку Р на целик через обойму. Далее устанавливают домкрат с динамометром и распорным усилием Q между стенкой шурфа и обоймой и осуществляют сдвиг целика, который происходит по фиксированной плоскости касательной нагрузкой при одновременном нагружении целика грунта вертикальной нагрузкой, нормальной к плоскости среза.

Сопротивление грунта срезу определяют как предельное среднее касательное напряжение, при котором целик грунта срезается по фиксированной плоскости при заданном нормальном давлении. Для определения С и φ необходимо провести не менее трех испытаний целиков грунта при различных значениях нормального давления при испытании однородного грунта в одной выработке и на одной глубине.

Рис. 5.6. Сдвиги целиков грунта в шурфах

Штамповый метод

Испытание грунта штампом проводят для определения следующих характеристик деформируемости:

- модуля деформации Е, (МПа), для крупнообломочных грунтов, песков, глинистых, органо-минеральных и органических грунтов;

- начального просадочного давления рsi;

- относительной деформации просадочности Ssi для просадочных глинистых грунтов при испытании с замачиванием, кроме набухающих и засоленных грунтов при испытании с замачиванием.

Характеристики определяют по результатам нагружения грунта вертикальной нагрузкой Р на забое шурфа скважины с помощью штампа.

Результаты испытаний оформляют в виде графиков зависимости осадки штампа от нагрузки.

Тип и площадь штампа назначают в зависимости от испытываемого грунта. Нагружение штампа осуществляют домкратом или тарированным грузом.

Подготовка к испытанию

При испытаниях в котлованах, шурфах и дудках штамп с плоской подошвой устанавливают на дно выработки (см. рис. 5.7). Для достижения плотного контакта подошвы штампа с грунтом необходимо произвести не менее двух поворотов штампа вокруг его вертикальной оси, меняя направление поворота. После установки штампа проверяют горизонтальность его положения.

Погружение винтового штампа производят завинчиванием механически или вручную ниже забоя скважины или с поверхности в массив грунта без бурения скважины. При испытаниях в скважинах глубина завинчивания винтового штампа ниже забоя скважины должна составлять 50 см для глинистых грунтов текучепластичной и текучей консистенции и насыщенных водой песков и 30 см − для остальных грунтов.

После установки штампа монтируют устройство для нагружения штампа, анкерное устройство и измерительную систему.

Контрольный прогибомер устанавливают на реперной системе, его нить закрепляют к неподвижному реперу, устраиваемому в стене выработки; длина нити должна быть равна длине нити прогибомера, измеряющего осадку штампа.

После монтажа всех устройств и измерительной системы записывают начальные показания приборов.

Проведение испытания

Нагрузку на штамп увеличивают ступенями давлений Δp. Каждую ступень давления выдерживают до условной стабилизации деформации грунта (осадки штампа).

По окончании испытаний выработку следует углубить ниже отметки испытания на глубину не менее двух диаметров штампа для контроля однородности испытываемого грунта. Данные заносятся в журнал испытаний.

Обработка результатов

По данным испытаний строят график зависимости осадки штампа от давления (см. рис.5.7).

Рис. 5.7. Схемы испытаний грунта:

а - плоским штампом в шурфе или дудке; б - винтовым штампом в массиве

За начальные значения ро и So (первая точка, включаемая в осреднение) принимают давление, равное напряжению σzg,o, и соответствующую этому давлению осадку; за конечные значения рn и Sn - значения рi и Si, соответствующие четвертой точке графика на прямолинейном участке.

Вычисление модуля деформации Е, МПа, и других параметров сжимаемости грунта производят по формулам ГОСТа 20276-99 Грунты. Методы полевого определения характеристик прочности и деформируемости, п.5.5.

Модуль деформации грунта Е, МПа, вычисляют для линейного участка графика по формуле

(5.6)

где υ коэффициент Пуассона, принимаемый равным 0,27 для крупнообломочных грунтов; 0,30 - для песков и супесей; 0,35 - для суглинков; 0,42 - для глин;
  Кр коэффициент, принимаемый в зависимости от заглубления штампа, ,
где h глубина расположения штампа относительно поверхности грунта, см;
  D диаметр штампа, см;
  К1 коэффициент, принимаемый равным 0,79 для жесткого круглого штампа;
  Δp приращение давления на штамп, МПа, равное ;
  Δs приращение осадки штампа, соответствующее ∆р, см, определяемое по осредняющей прямой.

Лабораторные методы

Метод определения характеристик физико-механических свойств грунтов устанавливают в программе испытаний в зависимости от стадии проектирования, грунтовых условий, вида и уровня ответственности проектируемых зданий и сооружений.

Область применения методов лабораторных испытаний физико-механических свойств грунтов в зависимости от вида грунта приведена в табл. 5.9.

При определении характеристик прочности и деформируемости лабораторные образцы грунта ненарушенного сложения должны иметь ориентацию, соответствующую природному залеганию. Образцы грунта природной влажности должны испытываться непосредственно после их изготовления.

Форму и размеры лабораторных образцов грунта определяют в зависимости от метода испытаний, а также от свойств самого грунта (способности сохранять форму, наличия включений и т.д.)

, (5.7)

где mг масса исследуемого грунта при влажности W, г;
  W3и W соответственно заданная и исходная влажности грунта, д.е.;
  pw плотность воды, равная 1 г/см3.

 

 


Таблица 5.9

Методы определения характеристик грунта

Характеристика грунта Метод определения Область применения метода
Влажность Влажность, в т.ч. гигроскопическая Высушивание до постоянной массы Все грунты
Суммарная влажность Средней пробой Мерзлые грунты со слоистой и сетчатой криогенной текстурой
Влажность границы текучести Пенетрация конусом Глинистые грунты
Влажность границы раскатывания Раскатывание в жгут Глинистые грунты
Прессование Глинистые грунты
Плотность Плотность грунта Режущим кольцом Грунты, легко поддающиеся вырезке или не сохраняющие свою форму без кольца, сыпучемерзлые и с массивной криогенной текстурой
Взвешивание в воде парафинированных образцов Глинистые немерзлые грунты, склонные к крошению или трудно поддающиеся вырезке
Взвешивание в нейтральной жидкости Мерзлые грунты
Плотность сухого грунта Расчетный Все грунты

 

Продолжение табл. 5.9

  Плотность частиц грунта Пикнометрический с водой Все грунты, кроме засоленных и набухающих
Пикнометрический с нейтральной жидкостью Засоленные и набухающие грунты
Двумя пикнометрами Засоленные грунты
Состав Гранулометрический (зерновой) состав Ситовой без промывки водой Пески с крупностью зерен от 10 до 0,5 мм
Ситовой с промывкой водой Пески с крупностью зерен от 10 до 0,1 мм
Ареометрический Глинистые грунты
Гранулометрический (зерновой) и микроагрегатный состав Пипеточный Глинистые грунты
Содержание растительных остатков Выделение сухим или мокрым способом Пески и глинистые грунты
Содержание гумуса Оксидометрический после удаления хлоридов Пески и глинистые грунты, содержащие менее 10% гумуса
Сухое сжигание, после удаления карбонатов Пески и глинистые грунты, содержащие более 10% гумуса

Продолжение табл. 5.9

- Коэффициент фильтрации При постоянном градиенте напора Пески и глинистые грунты
Деформируемость немерзлых грунтов Модуль деформации. Коэффициент поперечной деформации Дренированное испытание при трехосном сжатии Все дисперсные грунты
Коэффициент сжимаемости. Модуль деформации Компрессионное сжатие Пески мелкие и пылеватые; глинистые грунты с IL>0,25; органоминеральные и органические грунты
Коэффициент фильтрационной и вторичной консолидации Глинистые, органоминеральные и органические грунты
Структурная прочность Глинистые и органоминеральные грунты
Относительная просадочность при заданном давлении Компрессионное сжатие по схеме "одной кривой" Глинистые грунты и пески пылеватые (просадочные разности)

 

 

Продолжение табл. 5.9

Деформируемость немерзлых грунтов Относительная просадочность при различных давлениях и начальное просадочное давление Компрессионное сжатие по схеме "двух кривых" Глинистые грунты и пески пылеватые (просадочные разности)
Относительное набухание при различных давлениях и давление набухания Компрессионное сжатие Глинистые набухающие грунты
Относительная усадка (по высоте, диаметру, объему) При свободной трехосной деформации
Относительное суффозионное сжатие при заданном давлении Компрессионное сжатие по схеме "одной кривой" Засоленные (содержащие легко- и среднерастворимые соли) пески (кроме гравелистых), супеси и суглинки
Относительное суффозионное сжатие при различных давлениях и начальное давление суффозионного сжатия Компрессионное сжатие по схеме "трех кривых"

 

Продолжение табл. 5.9

Прочность немерзлых грунтов Предел прочности на одноосное сжатие Сопротивление недренированному сдвигу Одноосное сжатие Полускальные грунты и глинистые водонасыщенные грунты, сохраняющие форму без кольца
Угол внутреннего трения Удельное сцепление Сопротивление недренированному сдвигу Неконсолидированно-недренированное испытание при трехосном сжатии Глинистые, органоминеральные и органические грунты в нестабилизированном состоянии
Консолидированно-недрени-рованное испытание при трехосном сжатии
Консолидированно-дрени-рованное испытание при трехосном сжатии Все дисперсные грунты
Сопротивление срезу Угол внутреннего трения Удельное сцепление Одноплоскостной срез Пески (кроме гравелистых и крупных); глинистые и органоминеральные грунты
Коэффициент сжимаемости Компрессионное сжатие Глинистые пластично-мерзлые грунты

Окончание табл. 5.9

Прочность и деформируемость мерзлых грунтов Коэффициент оттаивания Коэффициент сжимаемости при оттаивании Компрессионное сжатие Пески (кроме гравелистых и крупных), глинистые грунты
Предел прочности на одноосное сжатие Модуль линейной деформации Коэффициент поперечного расширения Коэффициент нелинейной деформации Коэффициент вязкости для сильнольдистых грунтов Одноосное сжатие
Предельно длительное значение эквивалентного сцепления Испытание шариковым штампом Пески мелкие и пылеватые, глинистые грунты
Сопротивление срезу по поверхности смерзания Одноплоскостной срез Пески (кроме гравелистых и крупных), глинистые грунты
Примечание:Методы определения прочности и деформируемости мерзлых грунтов не распространяются на заторфованные, засоленные и сыпучемерзлые грунты.

Нормативная документация для проведения лабораторных исследований свойств грунта:

- ГОСТ 5180-84 Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик.

- ГОСТ 12071-2000 Грунты. Отбор, упаковка, транспортирование, хранение образцов.

- ГОСТ 20276-99 Грунты. Методы полевого определения характеристик прочности и деформируемости.

- ГОСТ 25100-95 Грунты. Классификация.

- ГОСТ 25584-90 Грунты. Методы лабораторного определения коэффициента фильтрации (с Изм. №1).

- ГОСТ 24143-80 Грунты. Метод лабораторного определения характеристик набухания и усадки.

- ГОСТ 28622-90 Грунты. Метод лабораторного определения степени пучинистости.

- ГОСТ 22733 Грунты. Метод лабораторного определения максимальной плотности.

- ГОСТ 20522-96 Грунты. Метод статистической обработки результатов испытаний.









Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:


©2015- 2018 zdamsam.ru Размещенные материалы защищены законодательством РФ.