во времени при действии постоянного напряжения.
стадия незатухающей ползучести: Процесс деформирования грунта с постоянной или увеличивающейся скоростью при постоянном напряжении.
оттаивающий грунт: Грунт, в котором при переходе от мерзлого состояния в талое разрушаются криогенные структурные связи.
граница оттаивания: Граница раздела оттаивающего и мерзлого грунта, движущаяся сверху вниз в процессе оттаивания.
приконтактный слой грунта: Тонкий (2-4 мм) слой оттаявшего грунта вблизи границы оттаивания, имеющий наибольшие влажность, разуплотнение, водопроницаемость и поровое давление.
Общие положения
Настоящий стандарт устанавливает следующие методы лабораторных испытаний грунтов для определения их характеристик прочности и деформируемости:
полускальных - одноосное сжатие;
дисперсных - одноплоскостной срез, одноосное сжатие, трехосное сжатие, компрессионное сжатие, суффозионное сжатие, испытание на набухание и усадку;
мерзлых - испытание шариковым штампом, одноплоскостной срез по поверхности смерзания, одноосное сжатие, компрессионное сжатие, одноплоскостной срез оттаивающего грунта.
П р и м е ч а н и е - По специальному заданию могут применяться другие методы испытаний и конструкции приборов, обеспечивающие моделирование процесса нагружения грунта и условий его работы в основании, составе инженерного сооружения или в качестве среды его вмещающей.
Общие требования к лабораторным испытаниям грунтов, оборудованию и приборам, лабораторным помещениям, способы изготовления образцов для испытаний приведены в ГОСТ 30416. Дополнительные требования приводятся в отдельных методах испытаний.
Способы отбора монолитов и подготовки образцов для испытаний должны обеспечить практически полное сохранение их структуры и влажности в соответствии с ГОСТ 12071 и ГОСТ 30416.
Для испытываемых грунтов должны быть определены физические характеристики по ГОСТ 5180: влажность (суммарная влажность для мерзлых грунтов), плотность, плотность частиц, влажности на границах текучести и раскатывания, гранулометрический состав грунтов по ГОСТ 12536, а также вычислены плотность сухого грунта, коэффициент пористости, коэффициент водонасыщения (степень заполнения объема пор льдом и незамерзшей водой), число пластичности и показатель текучести (для связных дисперсных грунтов).
Дополнительные необходимые характеристики грунтов приводятся в отдельных методах испытаний настоящего стандарта.
Испытания мерзлых грунтов проводят при температурах ниже температуры начала замерзания: на 0,5 °С - для незасоленных и на 1°С - для засоленных.
В процессе испытаний грунтов ведут журналы, формы которых приведены в приложении А, а при автоматизации процесса испытаний и обработки данных с помощью компьютерных программ результаты опыта выводятся на компьютер в форме паспорта (протокола) испытания.
Отчет об испытании должен включать в себя:
идентификацию образца (номер буровой скважины, номер пробы, номер испытания, глубину отбора, номер инженерно-геологического элемента и т.п.);
метод подготовки образца (ненарушенный или нарушенного сложения, предварительное водонасыщение);
начальные размеры образца;
физические характеристики грунта;
использованный метод испытания;
таблицу результатов испытания (нагрузки - деформации);
графики испытаний;
числовые значения полученных характеристик грунта.
При необходимости допускается приводить и другую дополнительную информацию.
Методы определения характеристик прочности и деформируемости полускальных и дисперсионных грунтов
Метод одноплоскостного среза
Сущность метода
Испытание грунта методом одноплоскостного среза проводят для определения следующих характеристик прочности: угла внутреннего
трения ф и удельного сцепления с для песков (кроме гравелистых и крупных), глинистых и органо-минеральных грунтов.
Эти характеристики определяют по результатам испытаний образцов грунта в одноплоскостных срезных приборах с фиксированной плоскостью среза путем сдвига одной части образца относительно другой его части горизонтальной нагрузкой при предварительном нагружении образца нагрузкой, нормальной к плоскости среза. Для глинистых грунтов по специальному заданию может быть проведен срез образца по заранее сформированной поверхности - срез «плашка по плашке» для определения характеристик остаточной прочности грунта фr и cr.
П р и м е ч а н и я
Характеристики фr и cr глинистого грунта ненарушенного и нарушенного сложения могут быть также определены на приборах кольцевого среза.
Не допускается испытывать грунты, выдавливаемые в процессе испытания в зазор между подвижной и неподвижной частями срезной коробки.
Сопротивление грунта срезу определяют как предельное среднее касательное напряжение, при котором образец грунта срезается по фиксированной плоскости при заданном нормальном напряжении. Для определения частных значений ф и c необходимо провести не менее трех испытаний идентичных образцов при различных значениях нормального напряжения.
Испытания проводят по следующим схемам:
консолидированно-дренированный (медленный) срез - для песков, глинистых и органо-минеральных грунтов независимо от их коэффициента водонасыщения для определения эффективных значений ф ‘ и с';
неконсолидированный быстрый срез - для водонасыщенных глинистых и органо-минеральных грунтов, имеющих показатель текучести IL > 0,5, и просадочных грунтов, приведенных в водонасыщенное состояние замачиванием без приложения нагрузки, для определения ф и с в нестабилизированном состоянии.Для испытаний используют образцы грунта ненарушенного сложения с природной влажностью или в водонасыщенном состоянии или образцы нарушенного сложения с заданными значениями плотности и влажности (в том числе при полном водонасыщении), или образцы, отобранные из массива искусственно уплотненных грунтов.
При этом образцы просадочных грунтов испытывают в водонасыщенном состоянии, а набухающих - при природной влажности.
П р и м е ч а н и е - В необходимых случаях сопротивление срезу может определяться: для просадочного грунта при природной влажности или влажности на границе раскатывания, если последняя превышает природную; для засоленного - на образцах предварительно выщелоченного грунта после стабилизации суффозионной осадки при заданном нормальном давлении; для набухающих грунтов - в условиях полного водонасыщения после стабилизации свободного набухания или набухания (уплотнения) при заданном нормальном давлении; для насыпных грунтов — при их максимальной, требуемой или достигаемой плотности.
Образцы должны иметь форму цилиндра диаметром не менее 70 мм и высотой от 1/3 до 1/2 диаметра. Максимальный размер фракции грунта (включений, агрегатов) в образце должен быть не более 1/5 высоты образца.
Оборудование и приборы
В состав установки для испытания грунта методом одноплоскостного среза должны входить:
срезная коробка, состоящая из подвижной и неподвижной частей и включающая в себя рабочее кольцо внутренними размерами по 5.1.1.6, жесткие сплошные и перфорированные штампы;
механизм для вертикального нагружения образца;
механизм создания горизонтальной срезающей нагрузки;
устройства для измерения деформаций образца и прикладываемой нагрузки.
П р и м е ч а н и е -Для испытания образца песчаных грунтов применяют срезную коробку с нижней подвижной частью.
Конструкция срезного прибора должна обеспечивать первоначальное вертикальное давление на образец (от веса штампа и измерительных приборов на нем) не более 0,025 МПа.
При тарировке срезной коробки в соответствии с паспортом на прибор устанавливают поправки на преодоление трения подвижной части срезной коробки.
При необходимости предварительного уплотнения образца могут применяться уплотнители, позволяющие проводить уплотнение при заданном давлении и сохранении природной или заданной влажности, а также в условиях полного водонасыщения.
В состав уплотнителя должны входить следующие основные узлы:
цилиндрическая обойма, в которую помещается рабочее кольцо с образцом;
жесткий перфорированный штамп;
механизм для вертикального нагружения образца;
ванна для водонасыщения образца;
гидроизолирующие элементы;
устройство для измерения вертикальных деформаций образца.
Подготовка к испытанию
Образец грунта изготавливают с учетом требований 5.1.1.5 и 5.1.1.6.
Изготовленный образец взвешивают и в зависимости от схемы испытания приступают или к его предварительному уплотнению (консолидировано-дренированный срез), или сразу к испытанию на срез (неконсолидированный быстрый срез).
Предварительное уплотнение образца проводят непосредственно в рабочем кольце срезного прибора или уплотнителе.
При предварительном уплотнении в уплотнителе рабочее кольцо с подготовленным образцом грунта следует поместить в обоймуГОСТ 12248-2010 уплотнителя, а затем собранную обойму установить в ванну уплотнителя на перфорированный вкладыш (предварительно торцы образца необходимо покрыть влажным бумажным фильтром). Далее необходимо установить на образец перфорированный штамп, провести регулирование механизма нагрузки, установить приборы для измерения вертикальных деформаций грунта и записать их начальные показания.
Для испытаний образца грунта в условиях полного водонасыщения необходимо предварительно замочить образец до появления воды на поверхности, заполнив ванну уплотнителя водой.
При испытании просадочных грунтов, имеющих природную влажность менее wp, необходимо увлажнить образцы до влажности, равной wp.
Образцы набухающих грунтов, предназначенные для определения сопротивления срезу в условиях полного водонасыщения после стабилизации деформаций набухания при заданном нормальном давлении p, нагружают до начала замачивания давлением p.
Время насыщения образцов водой должно быть не менее: для песков - 10 мин; для глинистых грунтов, в том числе для просадочных: при Ip< 7 % - 3 ч, при Ip< 12 % - 6 ч, при Ip < 22 % - 12 ч и при Ip > 22 % и органоминеральных грунтов - 36 ч; для набухающих грунтов - до достижения условной стабилизации деформации набухания — 0,1 мм за 24 ч. По окончании водонасыщения регистрируют вертикальные деформации образцов.
При проведении среза «плашка по плашке» (см. 5.1.1.2) образец грунта разрезают на две части острым ножом или леской, тщательно заравнивают торцевые поверхности обеих половин с предварительным их смачиванием, соединяют их между собой и помещают в рабочее кольцо срезного прибора.
Проведение консолидированно-дренированного (медленного) среза
Предварительное уплотнение образцов проводят при нормальных давлениях р, при которых определяют сопротивление срезу т.
Значение максимального нормального давления р max устанавливают в зависимости от предполагаемого напряженного состояния грунтового массива (с учетом передаваемых на основание нагрузок и бытового давления). Значения нормальных давлений рmin и pi, при которых определяют сопротивление срезу т, устанавливают как часть р max (например, 0,25 р max, 0,5 рmax и т.д.). При отсутствии указанных данных значения р допускается принимать по таблице 5.1. Значения ступеней Лр принимают в соответствии с таблицей 5.1 или равными удвоенным значениям предыдущей ступени.
Таблица 5.1 - Значения нормальных давлений и ступеней давления при предварительном уплотнении грунтов
|
Грунты |
Нормальное давление при предварительном уплотнении р, МПа |
Ступени давления Лр, МПа |
|
Пески средней крупности плотные; глины с Il < 0,25 |
0,1; 0,3; 0,5 |
0,1 до р = 0,1 и далее 0,2 |
|
Пески средней крупности средней плотности; пески мелкие и пылеватые плотные и средней плотности; супеси, суглинки и органо-минеральные грунты с IL< 0,5; глины с 0,25 < IL< 0,5 |
0,1; 0,2; 0,3 |
0,05 до 0,1 и далее 0,1 |
|
Пески средней крупности, мелкие и пылеватые рыхлые; супеси, суглинки, глины и органо-минеральные грунты с Il > 0,5 |
0,1; 0,15; 0,2 |
0,025 до 0,05 и далее 0,05 |
Для глинистых и органо-минеральных грунтов водонасыщенных в природном залегании или приведенных в
ГОСТ 12248-2010 водонасыщенное состояние предварительным замачиванием (см. 5.1.3.5), предварительное уплотнение образцов и испытание на срез проводят в соответствии с 5.1.4.3 - 5.1.4.10.
Предварительное уплотнение образцов до заданной нагрузки р проводят ступенями Лр в соответствии с таблицей 5.1. Каждую ступень выдерживают 10 - 15 мин, а конечную ступень - до завершения 100 % - ной фильтрационной консолидации образца (см. 5.1.4.4).
