ДСТУ Б В.2.1-7-2000 (ГОСТ 20276-99). Почвы. Методы полевого определения характеристик прочности и деформированности

- штамп із внутрішнім обігріванням;

- обігрівний пристрій;

- пристрій для створення і вимірювання навантаження на штамп;

- пристрій для вимірювання осідання штампа і температури грунту;

- насос для відкачування води.

10.2.2 Конструкція установки повинна забезпечувати:

- навантажування штампа ступенями тиску по 0,01-0,1 МПа;

- центровану передачу навантаження на штамп;

- сталість тиску на кожному ступені навантаження;

- виключення поздовжнього вигину труб-штанг (кріплення труб-штанг при великій глибині випробувань за чотир­ма напрямками).

коэффициента оттаивания А_th, коэффициента сжимаемости т, модуля деформации Е.

10.1.2 Характеристики определяют по результатам нагружения грунта вертикальной нагрузкой в забое горной выработки (откры­той или подземной) или непосредственно на поверхности грунта с помощью штампа с внутренним обогревом.

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

10.1.3 При испытании грунта в шурфе размеры шурфа определяют в зависимости от необходимости крепления его стен и глубины проходки. Минимальные размеры шурфа в плане - 2,0 х 2,0 м.

10.1.4 Высота горной выработки при проведении испытаний в штольне (штреке) определяется габаритами установки, приме­няемой для испытаний, и должна быть не менее 1,8 м.

10.1.5 Проходку горных выработок сле­дует осуществлять с учетом требований 4.7.

10.1.6 Технологию проходки выработки следует принимать из условия сохранения ес­тественного сложения мерзлых грунтов.

10.1.7 Площадка для проведения испыта­ний должна быть спланирована и оконтурена водоотводной канавой.

10.2 Оборудование и приборы

10.2.1 В состав установки для испытания грунта горячим штампом должны входить:

- штамп с внутренним обогревом;

- обогревающее устройство;

- устройство для создания и измерения нагрузки на штамп;

- устройство для измерения осадок штампа и температуры грунта;

- насос для откачки воды.

10.2.2 Конструкция установки должна обеспечивать:

- нагружение штампа ступенями давле­ния по 0,01-0,1 МПа;

- центрированную передачу нагрузки на штамп;

- постоянство давления на каждой сту­пени нагружения;

- исключение продольного изгиба труб-штанг (крепление труб-штанг при большой глубине испытаний по четы­рем направлениям).

ДСТУ Б В.2.1-7-2000 (ГОСТ 20276-99) с.27

10.2.3 Штамп повинен бути жорстким, круглим та плоским із суцільною підошвою площею F = 5000 см².

Конструкція штампа повинна забезпе­чувати рівномірне нагрівання його днища електронагрівниками або гарячою водою до температури не більше 90°С.

10.2.4 Обігрівальний пристрій повинен бути розміщений по периметру штампа (зав­ширшки 0,3 його діаметра) і повинен забез­печувати рівномірне відтавання грунту під штампом. При випробуванні грунтів із при­родною вологістю вище вологості на межі текучості повинно бути передбачене приван-таження обігрівального пристрою, яке від­повідає вертикальному нормальному напру­женню від власної ваги грунту на відмітці випробування.

10.2.5 Навантажування штампа здійсню­ють домкратом або тарованим вантажем.

10.2.6 Пристрій для вимірювання осідання штампа повинен відповідати вимогам 5.2.6 та 5.2.7.

10.3 Підготовка до випробування

10.3.1 На підготовлений вибій гірничої ви­робки по її центру або безпосередньо на по­верхню грунту встановлюють штамп із внут­рішнім обігріванням, монтують пристрій для навантажування штампа, реперну систему з приладами для вимірювання осідання штампа.

10.3.2 Поверхня грунту в межах площі встановлення штампа повинна бути зачищена до непорушеного мерзлого грунту і ретельно спланована. Для досягнення щільного контак­ту підошви штампа з грунтом під штамп улаш­товують подушку із маловологого піску серед­ньої крупності завтовшки не більше 1 - 2 см для глинистих і не більше 5 см - для вели-коуламкових грунтів.

10.3.3 Контроль глибини відтавання грунту під штампом проводять з допомогою температурних датчиків і металевого щупа. Температурні датчики встановлюють з інтер­валом в 10 см у 2 свердловини діаметром 3 -4 см і глибиною до 80 см, пробурені по краях штампа. Свердловини необхідно ретельно гід-роізолювати охолодженим глинистим грун­том.

10.3.4 Перед початком випробувань для досягнення повного контакту штампа із грун­том, обтиску всіх конструктивних елементів установки і для виключення розущільнення мерзлого грунту слід прикласти на штамп (без включення його обігріву) навантаження

10.2.3 Штамп должен быть жестким, круг­лым и плоским со сплошной подошвой пло­щадью F = 5000 см².

Конструкция штампа должна обеспечи­вать равномерный нагрев его днища электро­нагревателями или горячей водой до темпе­ратуры не более 90°С.

10.2.4 Обогревающее устройство должно быть расположено по периметру штампа (ши­риной 0,3 его диаметра) и должно обеспечи­вать равномерное оттаивание грунта под штампом. При испытании грунтов с естест­венной влажностью выше влажности на гра­нице текучести должна быть предусмотрена пригрузка обогревающего устройства, соот­ветствующая вертикальному нормальному напряжению от собственного веса грунта на отметке испытания.

10.2.5 Нагружение штампа осуществляют домкратом или тарированным грузом.

10.2.6 Устройство для измерения осадок штампа должно отвечать требованиям 5.2.6 и 5.2.7.

10.3 Подготовка к испытанию

10.3.1 На подготовленный забой горной выработки по ее центру или непосредственно на поверхность грунта устанавливают штамп с внутренним обогревом, монтируют устрой­ство для нагружения штампа, реперную систему с приборами для измерения осадок штампа.

10.3.2 Поверхность грунта в пределах площади установки штампа должна быть за­чищена до ненарушенного мерзлого грунта и тщательно спланирована. Для достижения плотного контакта подошвы штампа с грун­том под штамп устраивают подушку из мало­влажного песка средней крупности толщиной не более 1 - 2 см для глинистых и не более 5 см - для крупнообломочных грунтов.

10.3.3 Контроль глубины оттаивания грунта под штампом проводят с помощью температурных датчиков и металлического щупа. Температурные датчики устанавливают с интервалом в 10 см в 2 скважины диаметром 3 - 4 см и глубиной до 80 см, пробуренные по краям штампа. Скважины необходимо тща­тельно гидроизолировать охлажденным гли­нистым грунтом.

10.3.4 Перед началом испытаний для дос­тижения полного контакта штампа с грунтом, обжатия всех конструктивных элементов установки и для исключения разуплотнения мерзлого грунта следует приложить на штамп (без включения его обогрева) нагрузку

ДСТУ Б В.2.1-7-2000 (ГОСТ 20276-99) с.28

обтиску, що відповідає вертикальному нор­мальному напруженню від власної ваги грунту  _rg,о на відмітці випробування (з урахуванням власної ваги штампа і деталей установки, незбалансованих противагою), але не менше 0,05 МПа. Навантаження слід витримувати до умовної стабілізації деформації грунту (осі­дання штампа). Потім (без скидання наванта­ження обтиску) встановлюють показання при­ладів на нульові поділки.

10.4 Проведення випробування

10.4.1 Випробування виконують за два етапи:

- 1-й етап - створення під штампом зони розмороженого грунту на глибину 0,5 діаметра штампа під тиском р, який відповідає напруженню  _rg,о на відмітці випробування (у перший ступінь тиску включають вагу штампа і деталей уста­новки, незбалансованих противагами);

- 2-й етап - ущільнення розмороженого грунту ступінчасто-зростаючим наван­таженням. Загальна кількість ступенів тиску повинна бути не менше п'яти.

10.4.2 На першому етапі випробувань включають обігрівання штампа з допомогою обігрівального пристрою.

Обігрівання штампа провадять доти, поки глибина відтавання під штампом не дорів­нюватиме 25 - 30 см. Після цього обігрівання припиняють і подальше-відтавання грунту до глибини 0,5 діаметра штампа (приблизно 40 см) відбувається за рахунок запасу тепла в розмороженому шарі.

При зниженні температури грунту на гли­бині 40 см нижче 0°С слід проводити коротко­часне обігрівання штампа, що забезпечує під­тримку відтавання грунту під штампом про­тягом випробування до глибини, яка дорів­нює 0,5 діаметра штампа.

10.4.3 Відлітки за температурними датчи­ками необхідно проводити на першому етапі випробування спочатку через кожну годину, а по мірі наближення межі відтавання до гли­бини 40 см - через кожні 15 хв. На другому етапі випробування відліки за температурни­ми датчиками знімають один раз перед при­кладенням чергового ступеня тиску.

10.4.4 Заміри глибини відтавання грунту металевим щупом слід проводити на першому етапі випробування двічі: після припинення прогрівання і при досягненні нульових темпе­ратур на глибині 40 см, а на другому етапі -

обжатия, соответствующую вертикальному нормальному напряжению от собственного веса грунта  _rg,о на отметке испытания (с уче­том собственного веса штампа и деталей уста­новки, несбалансированных противовесом), но не менее 0,05 МПа. Нагрузку следует вы­держивать до условной стабилизации дефор­мации грунта (осадки штампа). Затем (без сброса нагрузки обжатия) устанавливают по­казания приборов на нулевые деления.

10.4 Проведение испытания

10.4.1 Испытание выполняют в два этапа:

- 1-й этап - создание под штампом зоны оттаявшего грунта на глубину 0,5 диа­метра штампа под давлением р, соот­ветствующим напряжению  _rg,о на отметке испытания (в первую ступень давления включают вес штампа и дета­лей установки, несбалансированных противовесами);

- 2-й этап - уплотнение оттаявшего грун­та ступенчато-возрастающей нагруз­кой. Общее количество ступеней давле­ния должно быть не менее пяти.

10.4.2 На первом этапе испытаний вклю­чают обогрев штампа с помощью обогреваю­щего устройства.

Обогрев штампа производят до тех пор, пока глубина оттаивания под штампом не станет равной 25 - 30 см. После этого обогрев прекращают и дальнейшее оттаивание грунта до глубины 0,5 диаметра штампа (примерно 40 см) происходит за счет запаса тепла в отта­явшем слое.

При понижении температуры грунта на глубине 40 см ниже 0°С следует производить кратковременный обогрев штампа, обеспечи­вающий поддержание оттаивания грунта под штампом в течение испытания до глубины, равной 0,5 диаметра штампа.

10.4.3 Отсчеты по температурным датчи­кам необходимо производить на первом этапе испытания сначала через каждый час, а по мере приближения границы оттаивания к глу­бине 40 см - через каждые 15 мин. На втором этапе испытания отсчеты по температурным датчикам снимают один раз перед приложе­нием очередной ступени давления.

10.4.4 Замеры глубины оттаивания грунта металлическим щупом следует производить на первом этапе испытания дважды: после прекращения прогрева и при достижении ну­левых температур на глубине 40 см, а на вто-

ДСТУ Б В.2.1-7-2000 (ГОСТ 20276-99) с.29

кожний раз перед прикладенням чергового ступеня тиску.

10.4.5 Після стабілізації осідання відтало-го грунту при напруженні  _rg,о (перший етап випробувань) на штамп дають ступінчасто-зростаючі навантаження (другий етап випро­бувань). Кожний ступінь тиску витримують до умовної стабілізації деформації грунту (осі­дання штампа).

10.4.6 За критерій умовної стабілізації деформації приймають швидкість осідання штампа, яка не перевищує 0,1 мм за 2 год для глинистих грунтів і 0,1 мм за 1 год - для піс­ків і великоуламкових та сильновивітрілих скельних грунтів.

10.4.7 Відліки за приладами для вимірю­вання деформацій проводять на обох етапах випробувань через 10, 20, 30 і 60 хв від початку випробування і далі - через кожну годину до умовної стабілізації осідання штампа на кож­ному ступені навантажування.

10.4.8 Значення ступеня тиску на штамп на другому етапі випробувань слід приймати:

для пісків і глинистих грунтів - 0,05 МПа, для великоуламкових грунтів - 0,1 МПа, для сильновивітрілих скельних грунтів - 0,2 МПа.

10.4.9 Після закінчення випробування установку слід демонтувати, з поверхні від-талого грунту під штампом видалити верхній шар завтовшки 10 см та відібрати два - три зразка для лабораторних визначень необхід­них характеристик відталого та ущільненого грунту. Після цього слід видалити талий грунт, заміряти і замалювати чашу відталого грунту під штампом.

10.4.10 У процесі випробування ведуть журнал, форма якого наведена у додатку Б.

10.5 Обробка результатів

10.5.1 За даними випробувань обчислю­ють середнє значення глибин відтавання грун­ту (під центром і краями штампа) Н і приріст абсолютного осідання штампа S_i, для кож­ного ступеня тиску.

10.5.2 Для кожного ступеня тиску обчис­люють середнє значення приросту відносного осідання _i, і повного значення відносного осідання шару за формулами

ром этапе - каждый раз перед приложением очередной ступени давления.

10.4.5 После стабилизации осадки оттаяв­шего грунта при напряжении  _rg,о (первый этап испытаний) на штамп дают ступенчато-возрастающие нагрузки (второй этап испыта­ний). Каждую ступень давления выдерживают до условной стабилизации деформации грунта (осадки штампа).

10.4.6 За критерий условной стабилизации деформации принимают скорость осадки штампа, не превышающую 0,1 мм за 2 ч для глинистых грунтов и 0,1 мм за 1 ч - для песков, крупнообломочных и сильновыветрелых скальных грунтов.

10.4.7 Отсчеты по приборам для измере­ния деформаций производят на обоих этапах испытаний через 10, 20, 30 и 60 мин от начала испытания и далее - через каждый час до ус­ловной стабилизации осадки штампа на каж­дой ступени нагружения.

10.4.8 Значения ступени давления на штамп на втором этапе испытаний следует принимать: для песков и глинистых грунтов -0,05 МПа, для крупнообломочных грунтов -0,1 МПа, для сильновыветрелых скальных грунтов - 0,2 МПа.

10.4.9 После окончания испытания уста­новку следует демонтировать, с поверхности оттаявшего грунта под штампом удалить верхний слой толщиной 10 см и отобрать два-три образца для лабораторных определений необходимых характеристик оттаявшего и уплотненного грунта. После этого следует удалить талый грунт, замерить и зарисовать чашу оттаявшего грунта под штампом.

10.4.10 В процессе испытания ведут жур­нал, форма которого приведена в приложе­нии Б.

10.5 Обработка результатов

10.5.1 По данным испытаний вычисляют среднее значение глубин оттаивания грунта (под центром и краями штампа) Н и прира­щение абсолютной осадки штампа S_i, для каждой ступени давления.

10.5.2 Для каждой ступени давления вы­числяют среднее значение приращения отно­сительной осадки _i, и полного значения относительной осадки слоя по формулам

(10.1)

(10.2)

ДСТУ Б В.2.1-7-2000 (ГОСТ 20276-99) с.30

При цьому _i, = _i.

10.5.3 За обчисленими значеннями буду­ють графік залежності відносного осідання штампа від тиску  = f (p) (додаток Н).

На графіку проводять осереднену пряму методом найменших квадратів або графічним методом.

За початкові значення р і  (перша точка, що включена в осереднення) приймають тиск, що дорівнює напруженню  _zg,_o , за кінцеві

значення р_n і  _n - такі, за яких навантаження

викликає приріст осідання, що перевищує його значення на попередньому ступені не більше ніж удвічі.

10.5.4 Коефіцієнт відтавання А_th за графі­ком  = f(p) приймають рівним відрізку, який відсікається осередненою прямою на осі ор­динат.

Коефіцієнт стисливості т, МПа, обчис­люють за формулою

При этом _i, = _i.

10.5.3 По вычисленным значениям строят график зависимости относительной осадки штампа от давления  = f (p) (приложение Н).

На графике проводят осредняющую пря­мую методом наименьших квадратов или гра­фическим методом.

За начальные значения p и  (первая точка, включаемая в осреднение) принимают давле­ние, равное напряжению  _zg,_{o ,} за конечные

значения p_n, и  _n - такие, при которых нагрузка

вызывает приращение осадки, превышающее ее значение на предыдущей ступени не более чем в два раза.

10.5.4 Коэффициент оттаивания А_th по графику  = f(p) принимают равным отрезку, отсекаемому осредняющей прямой на оси ор­динат.