Образец грунта изготавливают с учетом требований 6.4.1.4
.Для испытываемых грунтов дополнительно к физическим характеристикам, указанным в 4.4, должны быть определены следующие характеристики: тип криогенной текстуры, суммарная влажность, льдистость за счет видимых ледяных включений, засоленность и содержание органического вещества.
Образец грунта в рабочем кольце помещают в направляющий цилиндр одометра и проводят следующие действия:
на образец ставят штамп и центрируют его;
подготавливают устройства для измерения вертикальных деформаций образца симметрично оси штампа;
одометр устанавливают на станину под пресс и центрируют;
выдерживают образец при температуре испытания не менее 1 сут для образца диаметром 71,4 мм и 2 сут - диаметром 112,8 мм;
записывают начальные показания приборов;
фиксируют температуру и время начала испытания или включают автоматическую запись.
Проведение испытания
К образцу плавно, не допуская ударов, прикладывают нагрузку первой ступени нагружения, создавая давление в соответствии с требованиями 6.4.1.3.
После стабилизации деформации (в соответствии с 6.4.4.3) увеличивают нагрузку на образец ступенями нагружения в соответствии с 6.4.1.3. Число ступеней должно быть не менее пяти.
Каждую ступень нагружения прикладывают после условной стабилизации вертикальной деформации образца на предшествующей ступени, принимаемой по 6.1.4.5.
При испытаниях для определения значений Ah и т после условной стабилизации деформации на первой ступени нагружения мерзлого образца проводят оттаивание образца, повышая температуру воздуха в помещении для испытаний и фиксируют при этом деформации образца также до достижения условной стабилизации деформации. Далее продолжают испытание грунта в оттаявшем состоянии. Приращение давления при этом на последующих ступенях принимают 0,05 МПа для глинистых грунтов и 0,075 МПа - для песков, при этом давление на грунт не должно превышать 0,3 МПа - для глинистых грунтов и 0,5 МПа - для песков.
На каждой ступени нагружения записывают показания устройств для измерения вертикальной деформации образца грунта через интервалы времени, принимаемые по 6.1.4.3.
Обработка результатов
По результатам испытания для каждой ступени нагружения вычисляют:
абсолютную стабилизированную вертикальную деформацию образца грунта Ah, мм, как среднеарифметическое показание устройств для измерения вертикальной деформации образца;
относительную стабилизированную вертикальную деформацию образца грунта sfti = A hi/ h (h - начальная высота образца) при испытании для определения mf;
относительную стабилизированную вертикальную деформацию образца sth при испытании для определения Ath и m, определяемую по формуле
Ahi -Ah
ig
Sth = h ’ (6.20)
где Ahi- абсолютная стабилизированная деформация образца грунта после оттаивания, мм;
Ahg- абсолютная стабилизированная деформация образца грунта на первой ступени нагружения (при давлении, равном напряжению от 84ГОСТ 12248-2010 собственного веса грунта на глубине отбора образца, и до его оттаивания), мм;
h 1 - высота образца грунта после обжатия (до его оттаивания), мм.
По вычисленным значениям строят графики зависимости sf = f p) и sth = fp) (см. приложение Х, раздел Х.2), где р - давление на образец на каждой ступени нагружения, МПа.
К
_ sf,i+1 sf,
“ . (6.21)
оэффициенты сжимаемости пластично-мерзлого грунта mf,i, МПа-1, определяют в заданном интервале давлений pi и pi+1 с точностью 0,001 МПа-1 по формулеmf,
pf,i+1 pf,i
П р и м е ч а н и е — По значениям коэффициента сжимаемости mf,i может быть вычислен модуль деформации Ei = в/mfi где в - коэффициент, равный 0,8.
Коэффициенты оттаивания Ath и сжимаемости при оттаивании т мерзлого грунта определяют по прямой наилучшего приближения к экспериментальным точкам, построенной графически или методом наименьших квадратов, как отрезок, отсекаемый этой прямой на оси sth и как тангенс угла ее наклона к оси р (см. приложение Х, раздел Х.2).
Метод определения сопротивления срезу оттаивающих грунтов
Сущность метода
Испытания методом одноплоскостного среза оттаивающего грунта по поверхности мерзлого грунта проводят для определения следующих характеристик: сопротивления грунта срезу т, угла внутреннего трения ф и удельного сцепления с для песков мелких и пылеватых, глинистых и органоминеральных грунтов.
Эти характеристики определяют по результатам испытаний образцов мерзлого грунта в одноплоскостных срезных приборах с фиксированной плоскостью среза путем сдвига оттаивающей части образца относительно другой его части - мерзлого образца сдвигающей нагрузкой при одновременном нагружении образца нагрузкой, нормальной к площади среза.
Сопротивление грунта срезу определяют как предельное среднее касательное напряжение, при котором образец оттаивающего грунта срезают по фиксированной плоскости, проходящей на 2-4 мм выше поверхности мерзлого грунта при заданном нормальном напряжении. Для определения частных значений фи с необходимо проведение не менее трех испытаний при различных значениях нормального напряжения.
Оттаивание образцов мерзлого грунта проводят сверху вниз. Срез проводят на контакте оттаивающего грунта с мерзлым слоем («приконтактный слой»).
Испытания проводят по схеме неконсолидированного быстрого среза.
Для испытаний используют образцы мерзлого грунта ненарушенного сложения с природной плотностью, влажностью и льдистостью или образцы нарушенного сложения с заданными значениями плотности и влажности. Образцы должны иметь форму цилиндра диаметром не менее 70 мм и высотой 0,7 - 1,0 диаметра.
П р и м е ч а н и е - По специальному заданию могут применяться другие методы оттаивания грунта и конструкции приборов, обеспечивающие моделирование процесса промерзания - оттаивания и нагружения грунта.
Оборудование и приборы
В состав установки для испытаний оттаивающего грунта методом одноплоскостного среза по поверхности мерзлого грунта должны входить:
срезной прибор с фиксированной плоскостью среза, состоящий из подвижной и неподвижной частей, включающий в себя рабочие кольца с внутренними размерами по 6.5.1.6;
жесткий тепловой штамп с регулируемой постоянной температурой;
устройство для создания и регулирования температуры теплового штампа;
датчики (щупы и др.) для контроля границы раздела оттаивающего и мерзлого грунта;
механизм вертикального нагружения образца;
механизм создания горизонтальной срезающей нагрузки;
устройства измерения вертикальных и горизонтальных деформаций образца.
Принципиальная схема установки приведена в разделе Ц.1 приложения Ц.
Срезной прибор должен быть тарирован для установления поправки на преодоление трения подвижной части срезной коробки.
Для изготовления образцов мерзлого грунта нарушенного сложения необходимы:
формы для замораживания грунта;
уплотнитель.
Формы, в которых проводится замораживание грунта, должны быть изготовлены из нетеплопроводного материала (органическое стекло и др.) со стенками толщиной не менее 20 мм и обеспечивать возможность промораживания в заданном направлении, а также исключать возможность отжатия воды или утечки ее из грунта во время промораживания.
Схема формы для приготовления образца мерзлого грунта нарушенной структуры приведена в разделе Ц.2 приложения Ц.
П р и м е ч а н и е - Для исключения радиального оттаивания изготавливаются рабочие кольца из нетеплопроводного материала или тепловой штамп, диаметр которого на 2 мм меньше диаметра рабочего кольца.ГОСТ 12248-2010
Подготовка к испытанию
Образцы грунта изготавляют с учетом требований 6.5.1.6.
Для образцов дополнительно к физическим характеристикам, указанным в 4.4, должны быть определены тип криогенной текстуры и льдистость.
Образцы мерзлого грунта ненарушенного сложения с природной влажностью и льдистостью вырезают из монолита или керна так, чтобы при последующем испытании он имел по отношению к нагрузке ориентацию, соответствующую природному залеганию.
Образцы грунта нарушенного сложения изготавливают из талого грунта заданного состава, влажности и плотности. Требуемая плотность достигается уплотнением грунта при заполнении рабочих колец. Между рабочими кольцами помещают прокладки для создания зазора между кольцами.
Замораживание грунта проводят в холодильных камерах при заданной температуре в специальных формах из оргстекла. Крышку формы устанавливают в зависимости от заданных условий промораживания: при помещении крышки снизу - промораживание идет сверху; при помещении крышки сверху - промораживание идет снизу. Форму с образцом помещают в помещение или холодильный шкаф с заданной отрицательной температурой воздуха.
Во время замораживания измеряют температуру контрольного образца грунта, в который помещают термодатчик. Промораживание заканчивают, когда температура контрольного образца достигнет заданного значения. После этого образец извлекают из формы, герметизируют и сохраняют в эксикаторах (со льдом или снегом) до испытаний. Время хранения - не более пяти суток.
Образец грунта в рабочих кольцах помещают в срезной прибор. На образец ставят тепловой штамп и центрируют его.
Температуру в тепловом штампе создают и регулируют с помощью ультратермостата (циркуляция антифриза или другой незамерзающей жидкости) или других нагревающих устройств. Температура на нижней поверхности штампа не должна превышать 50оС.
Проводят регулирование механизма нагрузки. Закрепляют устройства для измерения вертикальных и горизонтальных деформаций, записывают время начала испытаний и начальные показания приборов.
Проведение испытания
На образец передают в одну ступень нормальное давление р, при котором будет проводиться срез. Значение р принимают по таблице 6.4.
Т а б л и ц а 6.4 - Нормальные давления на образец в зависимости от показателя текучести и коэффициента водонасыщения
|
Грунты |
Нормальное давление р, МПа |
|
|
Глинистые и органоминеральные с показателем текучести IL |
Мелкие и пылеватые пески с коэффициентом водонасыщения Sr |
|
|
Il< 0,5 0,5 < Il <1,0 Il > 1,0 |
Sr <0,50 0,50< Sr <0,80 Sr >0,80 |
0,1; 0,15; 0,2 0,05; 0,1; 0,15 0,025; 0,075; 0,125 |
В процессе оттаивания с помощью щупа (термодатчиков и др.) контролируют температуру грунта в зоне среза, т.е. на границе раздела оттаивающего и мерзлого грунтов, которая должна быть расположена на 1-3 мм ниже верхней части рабочего кольца в подвижной обойме (см. раздел Ц.1 приложения Ц). Устанавливают зазор 2 мм между подвижной и неподвижной частями срезной коробки.
Сразу после передачи нормальной нагрузки приводят в действие механизм создания срезающей нагрузки и проводят срез образца грунта не более чем за 2 мин с момента приложения вертикальной нагрузки.
При передаче срезающей нагрузки ступенями их значения не должны превышать 10 % значения нормального давления, при котором проводится срез, и приложение ступеней должно следовать через каждые 10-15 с.
При передаче непрерывно возрастающей срезающей нагрузки скорость среза принимают в интервале 2-3 мм/мин так, чтобы срез проходил не более чем за 2 мин.
Испытание следует считать законченным, если при приложении очередной ступени срезающей нагрузки происходит мгновенный срез (срыв) одной части образца по отношению к другой или относительная деформация образца превысит 10 % (в зависимости от того, что наступит раньше).
При проведении среза с постоянной скоростью за окончание испытаний принимают момент, когда срезающая нагрузка достигнет максимального значения, после чего наблюдается некоторое ее снижение или установление постоянного значения, или относительная деформация образца превысит 10 % (в зависимости от того, что наступит раньше).
После окончания испытания образец следует разгрузить, извлечь рабочее кольцо с образцом из прибора и отобрать пробы для определения влажности из зоны среза образца.
Обработка результатов
По измеренным в процессе испытания значениям срезающей и нормальной нагрузок вычисляют касательные и нормальные напряжения т и с, МПа по формулам (5.3) и (5.4) раздела 5.1.
