Шф =
n Ет і о і - Ет i Ео i
nЕ(оi)2 -(Еоi)2
(5.7)
Е
(5.8)
т i Ео 2 -Ео i Ет i о in Е(оi)2-(Есi)2
где тi - опытные значения сопротивления срезу, определенные при различных значениях сi и относящиеся к отдельному монолиту грунта (при n > 3) или одному инженерно-геологическому элементу;
n - число испытаний.
Аналогичным образом определяют параметры остаточной прочности фr и cr .
5.2 Метод одноосного сжатия
Сущность метода
Испытание грунта методом одноосного сжатия проводят для определения предела прочности на одноосное сжатие R с для полускальных и глинистых грунтов с IL < 0,25.
По специальному заданию для полускальных грунтов может быть определен модуль деформации, модуль упругости, коэффициент поперечной деформации и коэффициент Пуассона.
Предел прочности на одноосное сжатие Rc определяют как отношение приложенной к образцу вертикальной нагрузки, при которо
происходит разрушение образца, к площади его первоначального поперечного сечения.
П р и м е ч а н и е -Предел прочности образца глинистого грунта, имеющего относительную вертикальную деформацию в момент разрушения s > 0,1, определяют с учетом увеличения площади его поперечного сечения.
Для испытаний используют образцы грунта ненарушенного сложения.
Для полускальных грунтов влажность образца должна соответствовать природной влажности, воздушно-сухому или водонасыщенному состоянию, для глинистых грунтов - природной влажности.
Для полускальных грунтов образец должен иметь форму цилиндра или прямоугольного параллелепипеда (квадратного сечения) диаметром (стороной квадрата) от 40 до 100 мм и отношением высоты к диаметру, равным 1,8-2,0. Максимальный линейный размер зерен (неоднородностей) в образце должен быть не более 1/10 диаметра (стороны квадрата) образца. Образцы полускального грунта изготавливают в соответствии с ГОСТ 30416.
Для глинистых грунтов образец должен иметь форму цилиндра диаметром не менее 38 мм и отношением высоты к диаметру, равным 1,82,5. Максимальный размер фракции грунта (включений, агрегатов) в образце должен быть не более 1/6 диаметра образца.
П р и м е ч а н и я
Диаметр (сторона квадрата) образца трещиноватого или выветрелого полускального грунта должен (а) быть не менее 60 мм.
Образец полускального грунта, имеющий сквозные трещины, видимые невооруженным глазом, к испытанию не допускается.
Оборудование и приборы
В состав установки для испытания грунта на одноосное сжатие должны входить:
механизм для вертикального нагружения образца;
устройство для измерения вертикальной деформации образца
устройство для измерения поперечной деформации образца (по заданию).
Примечание -Плиты пресса для нагружения образца должны быть отполированы или применены другие способы для уменьшения трения.
Подготовка к испытанию
Образец грунта изготавливают с учетом требований 5.2.1.3 и 5.2.1.4.
Для всех образцов помимо определения необходимых физических характеристик должны быть отмечены характерные особенности (слоистость, трещиноватость, наличие включений и др.).
Образец глинистого грунта, изготовленный методом режущего кольца, извлекают из кольца с помощью выталкивателя.
Образец грунта помещают в центре опорной плиты пресса и приводят в соприкосновение с ним верхнюю площадку пресса.
Устанавливают устройства для измерения вертикальной нагрузки, вертикальной и поперечной деформации образца и записывают их начальные показания.
Проведение испытания
Нагружение образца полускального грунта проводят равномерно, без ударов, увеличивая нагрузку непрерывно с заданной скоростью нагружения или ступенями. Скорость непрерывного нагружения образца полускального грунта должна составлять в зависимости от значения Rc 0,1- 0,5 МПа/с, а при ступенчатом нагружении - приниматься равной 10 % значения Rc.
Нагружение образца глинистого грунта проводят с заданной скоростью приращения относительной вертикальной деформации образца, выбирая ее в зависимости от предполагаемой прочности грунта Rc так, чтобы время проведения испытания составило 2—15 мин, что обычно соответствует скорости 0,5 % - 2 % за 1 мин. Более низкую скорость выбирают для образцов с меньшими деформациями при разрушении.
Вертикальные деформации образца измеряют с погрешностью 0,01 мм для глинистых грунтов и 0,001 мм - для полускальных грунтов и регистрируют их в процессе нагружения не менее чем при десяти значениях напряжения до разрушения.
Испытание проводят до разрушения образца, т.е. до достижения максимального значения вертикальной нагрузки. В случае испытания образца глинистого грунта при отсутствии видимых признаков разрушения испытание прекращают при относительной вертикальной деформации образца s = 15 %.
Для определения модуля деформации и модуля упругости полускального грунта испытание не доводят до разрушения образца, останавливая его при напряжении 50 % - 60 % значения Rc. При необходимости проводят разгрузку образца в той же последовательности, что и нагрузку.
Для определения коэффициента поперечной деформации и коэффициента Пуассона полускального грунта в процессе испытания измеряют поперечные деформации образца при нагружении и разгрузке.
Обработка результатов
Предел прочности на одноосное сжатие Rc, МПа, полускального грунта и глинистого при s < 0,1 вычисляют с точностью 0,1 МПа по формуле
R = 10 F-, (5.9)
c A 0
где F - нагрузка, при которой происходит разрушение, кН;
А о - начальная площадь поперечного сечения образца грунта, см2.
Предел прочности глинистых грунтов при s > 0,1 вычисляют по формуле (5.9), где вместо А0 принимают текущую площадь А среднего поперечного сечения образца, вычисленную по результатам измерения поперечной деформации образца, или в соответствии с приложением В.Для вычисления деформационных характеристик полускальных грунтов по измеренным в процессе испытания значениям вертикальных и поперечных деформаций образца, соответствующим различным вертикальным напряжениям с, строят графики зависимости є1 = f(ст) и Є2 = f(ст) (см. приложение Г), где Є1 и Є2 - продольные и поперечные относительные деформации образца.
Модуль деформации Е и коэффициент поперечной деформации ? в заданном диапазоне напряжений Лст вычисляют по нагрузочным ветвям зависимостей Є1 = f ст) и є2 = f ст) по формулам:
£ = (5.10)
(5.11)
Модуль упругости Еу и коэффициент Пуассона S вычисляют в этом же диапазоне напряжений по формулам (5.10) и (5.11), в которых значения Лє1 и Лє2 принимают по разгрузочным ветвям зависимостей Є1 = f(ст) и Є2 = fст) .
5.3 Метод трехосного сжатия
Сущность метода
Испытание грунта методом трехосного сжатия проводят для определения следующих характеристик прочности и деформируемости в соответствии с заданием и программой испытаний: угла внутреннего трения ф, удельного сцепления с, сопротивления недренированному сдвигу си, коэффициента фильтрационной консолидации cv, для водонасыщенных в природных условиях песков, глинистых, органо-минеральных и органических грунтов и модуля деформации Е и коэффициента поперечной деформации -S для любых дисперсных грунтов.
Эти характеристики определяют по результатам испытаний образцов в камерах трехосного сжатия, дающих возможность бокового
расширения образца грунта в условиях трехосного осесимметричного статического нагружения при с1 > с2 = с3,
где с1 - максимальное главное вертикальное напряжение;
с2, с3 - минимальные, они же промежуточные главные горизонтальные напряжения.
Испытания по определению прочностных характеристик проводят до разрушения образца приложением вертикальной нагрузки при заданном всестороннем давлении (давлении в камере) на образец с3.
П р и м е ч а н и е - При соответствующем обосновании могут быть приняты другие траектории нагружения образца грунта при испытаниях.
Испытания для определения частных значений ф и с проводят не менее чем для трех идентичных образцов исследуемого грунта при различных значениях всестороннего давления на образец.
Испытания для определения характеристик деформируемости проводят приложением вертикальной нагрузки при заданном всестороннем давлении на образец.
. Испытания проводят по следующим схемам:
неконсолидированно-недренированное (НН) испытание - для определения сопротивления недренированному сдвигу си, водонасыщенных в природных условиях глинистых, органо-минеральных и органических грунтов природной плотности;
консолидированно-недренированное (КН) испытание с измерением порового давления - для определения характеристик прочности ф и с и консолидации cv для водонасыщенных в природных условиях дисперсных грунтов;
консолидированно-дренированное (КД) испытание - для определения характеристик прочности ф и с и коэффициента консолидации cv водонасыщенных в природных условиях дисперсных грунтов и характеристик деформируемости Е и 3 для любых дисперсных грунтов.ГОСТ 12248-2010
Для испытаний используют образцы грунта ненарушенного сложения с природной влажностью или образцы нарушенного сложения с заданными значениями плотности и влажности.
Образцы должны иметь форму цилиндра диаметром не менее 35 мм и отношением высоты к диаметру от 1,85 до 2,25.
Диаметр образца выбирается так, чтобы максимальный размер включений не превышал 1/6 его диаметра.
Оборудование и приборы
В состав установки для испытания грунтов методом трехосного сжатия должны входить:
камера трехосного сжатия с набором жестких сплошных и перфорированных штампов и уплотнителей к ним;
устройство для создания, поддержания и измерения давления в камере;
механизм для вертикального нагружения образца;
устройства для измерения вертикальных и объемных деформаций образца;
устройства для измерения порового давления, основанные на компенсационном принципе, и датчики давления высокой жесткости;
система противодавления.
Принципиальная схема камеры трехосного сжатия приведена в разделе Д.1, а блок-схема - в разделе Д.2 приложения Д.
Конструкция камеры трехосного сжатия должна обеспечивать:
боковое расширение образца;
отжатие воды из образца;
герметичность основных деталей;
минимально возможное трение штока во втулке камеры;
измерение объема жидкости, закачиваемой в камеру.
Измерительные устройства (приборы) должны обеспечивать погрешность измерений не более:
при измерении вертикальной нагрузки на образец - 2 % нагрузки при разрушении образца;
при измерении напряжения от веса штампа - 1 кПа;
при измерении давления в камере - 2 % заданного;
при измерении вертикальной деформации образца - 0,01 мм;
при измерении объемных деформаций образца - 0,05 % начального объема образца.
Камеру трехосного сжатия тарируют в соответствии с требованиями приложения Д, раздел Д.3.
Подготовка к испытанию
Образец грунта вырезают из монолита при помощи металлического цилиндра с заостренным нижним концом, либо струной на специальном поворотном столике по шаблону с учетом требований 5.3.1.7.
П р и м е ч а н и е - Для уменьшения трения в процессе вырезания образца с помощью цилиндрической формы ее внутренний диаметр должен быть на 0,5-1,0 мм больше внутреннего диаметра режущей кромки.
При помощи выталкивателя образец извлекают из цилиндра, измеряют его высоту и диаметр и взвешивают. Для ускорения процесса консолидации образца глинистого грунта при КН и КД испытаниях рекомендуется наклеивание на образец вертикальных полос влажной фильтровальной бумаги, покрывающей не более 50 % окружности образца.
Систему противодавления камеры прибора трехосного сжатия, подводящей воду к штампам, и отверстия в штампах заполняют дистиллированной дезаэрированной водой путем поднятия давления в системе противодавления с полным вытеснением пузырьков воздуха. Излишек воды убирают фильтровальной бумагой.
Торцы образца покрывают влажными бумажными фильтрами и помещают его на основание камеры, снабженной насыщенным водой пористым диском. С помощью расширителя на образец надевают резиновую оболочку. Расширитель снимают. Сверху устанавливают верхний штамп.
