Скорость деформации при кинематическом режиме нагружения и критерий стабилизации деформации на ступени при статическом режиме выбирают по аналогии с 5.3.6.4.
Показания приборов для измерения вертикальных и объемных деформаций образца при кинематическом режиме регистрируют не реже, чем через 0,5 % деформации.
При статическом режиме показания записывают на каждой ступени давления:
через 1, 5, 15, 30 мин и далее через 0,5 ч - для песков;
через 1, 5, 15, 30 мин, 1, 2, 4, 6 и 8 ч, а затем в начале и в конце рабочего дня - для глинистых, органо-минеральных и органических грунтов.
При проведении КД испытаний для определения модуля деформации неводонасыщенных в природных условиях грунтов образец 34ГОСТ 12248-2010 уплотняют при открытом дренаже без противодавления, повышая всестороннее давление в камере ступенями до заданного значения с3 = с с. Значения ступеней давления принимают в соответствии с таблицей 5.6. Каждую ступень давления выдерживают в соответствии с 5.3.5.4, а конечную ступень - до достижения условной стабилизации объемной деформации. За критерий условной стабилизации объемной деформации образца грунта принимают приращение относительной объемной деформации, не превышающее 0,15 % за время, указанное в таблице 5.3. При этом объемную деформацию измеряют по изменению объема жидкости в камере.
Вертикальное давление на образец передают ступенями в соответствии с таблицей 5.7 при постоянном значении с3. Каждую ступень давления выдерживают до условной стабилизации вертикальной деформации образца, за критерий которой принимают приращение относительной вертикальной деформации, не превышающее 0,05 % за время, указанное в таблице 5.3. При кинематическом нагружении скорость вертикальной деформации принимают в соответствии с программой испытаний на основе специального обоснования.
Показания приборов для измерения вертикальных и объемных деформаций образца регистрируют в соответствии с 5.3.6.10.
Испытание проводят до разрушения образца (см. 5.3.4.4) или прекращают при заданном вертикальном давлении, определенном с учетом предполагаемого напряженного состояния в исследуемом грунтовом массиве, и далее проводят операции в соответствии с 5.3.4.5 и 5.3.4.6.
Обработка результатов
По результатам испытания образца грунта в условиях трехосного сжатия вычисляют:
абсолютную вертикальную деформацию образца грунта Nh, мм;
относительную вертикальную деформацию образца грунта S1 по формулеA
(5.12)
h1h - Ahc,
где h - начальная высота образца, мм,
Ahc - абсолютная вертикальная деформация в конце стадии реконсолидации для НН испытаний и уплотнения (консолидации) для КН и КД испытаний, мм;
абсолютную объемную деформацию образца грунта AV, см3, с учетом поправки на расширение камеры для КН и КД испытаний;
относительную объемную деформацию образца грунта sv по формуле где V- начальный объем образца, см3,
AV
s =
vV -AVc,
(5.13)
AVc - изменение объема в конце этапа уплотнения (консолидации);
- девиатор напряжений (ст1 - с3), МПа, определяемый по формуле
(5.14)
где F - вертикальная нагрузка, кН,
А - площадь поперечного сечения образца, см2, As - площадь поперечного сечения штока, см2.
П р и м е ч а н и е - При расчете вертикальной нагрузки при необходимости вводят поправку на трение штока во втулке камеры в соответствии с разделом Д.2 приложения Д и на жесткость оболочки.
При относительной вертикальной деформации образца грунта, превышающей 2 %, учитывают изменение площади образца А в процессе испытания.
Для любого момента испытаний площадь Ai определяют по формулам:
-для НН испытания
- для КН и КД испытаний
Ai =b
A
1-£1 ;
(5.15)
Аг= Ab
1 — £v
1 — q
(5.16)
где b - коэффициент неравномерности расширения образца, определяемый в соответствии с приложением Ж.
При определении характеристик прочности по вычисленным значениям строят графики зависимости относительной вертикальной деформации от девиатора напряжений s1 = f(ст1 — с3) для испытаний, проведенных при различных значениях с3 (см. приложение И, раздел И.1).
На графиках определяют значения (с1 — С3)f, соответствующие моменту разрушения образца грунта (см. 5.3.4.4) и строят круги Мора-Кулона с (Т, — ^‘ 'С’ + ^‘ /
радиусами ^—3 и координатами центров (-^—-;0) (см. приложение И, раздел И.1).
Частное значение сопротивления недренированному сдвигу си, МПа (кПа), определяют по результатам НН испытаний по формуле
cu
°1 f — g3 f
(5.17)
где c1f и c3f - значения полных напряжений с1 и с3 при разрушении образца, МПа.
Эффективные значения угла внутреннего трения ф' (рад) и удельного сцепления с МПа (кПа), при КН и КД испытаниях вычисляют по формулам:
ф' = arctg-
(5.18)
N—1
2 VN ’
c
(5.19)
' = ~r= 24N ’где N - вычисляют по формуле (5.7), М - по формуле (5.8), в которых tg9, с, тi и сi необходимо заменить на N, М, с'1f и с'3f соответственно.
П р и м е ч а н и я
Эффективные напряжения с 1 и с з вычисляют по формулам: с‘ = с1 - и; (5.20)
с‘3 = сз - и, (5.21)
где и - поровое давление, МПа.
Для оценки разброса экспериментальных данных и выявления ошибок испытаний перед вычислением ф‘ и с’ строят график зависимости с1 = fс з) при разрушении образцов (см. приложение И, раздел И.1).
При определении модуля деформации при КД испытаниях строят график зависимости Е1 = f(с1) (см. приложение И, раздел И.2). На графике принимают линейную аппроксимацию участков для заданных программой испытаний диапазонов напряжений.
Модуль деформации Е, МПа, и коэффициент поперечной деформации о определяют при испытаниях (или на этапах испытаний), проведенных при постоянном значении напряжений с3 (Лс3 = 0), и вычисляют по формулам:
E
(5.22)
(5.23)
= Лс- ;Ле1
. Ле3= = — •
Ле/
Ле3 =
Ле v -Л£1
2
(5.24)
где Лс1 - приращение напряжений с1 в заданном диапазоне;
Ле1 и Ле3 - приращение относительных вертикальной и поперечной деформаций образца;
Леv - приращение относительной объемной деформации образца.
(5.25)
(5.26)
E E50
(g1)50 ^1 c
(^1)50
(5.27)
По данным испытаний грунта в условиях трехосного сжатия могут быть определены модуль сдвига G, модуль объемной деформации К и секущий модуль деформации Е50 по формулам:
ff = ——■,
2(1+5/
3(1-2Я)
где Е и ? вычисляют по формулам (5.22) и (5.23);
Ы )50 = +/, (5.28)
где с'1f - напряжение при разрушении;
q'i с - напряжение в конце этапа уплотнения (см. 5.3.5.3);
(є1)50 - значение Є1 при (с'1)50.
5.4 Метод компрессионного сжатия
Сущность метода
Испытание грунта методом компрессионного сжатия проводят для определения следующих характеристик деформируемости в соответствии с заданием и программой испытаний: коэффициента сжимаемости то, модулей деформации Eoed и Ek для ветвей первичного и повторного нагружения, коэффициентов фильтрационной и вторичной консолидации cv и са для песков мелких и пылеватых, глинистых грунтов, органо-минеральных и органических грунтов.
Эти характеристики определяют по результатам испытаний образцов грунта в компрессионных приборах (одометрах), исключающих
возможность бокового расширения образца при его нагружении вертикальной нагрузкой.
Результаты испытаний должны быть оформлены в виде графиков зависимостей деформаций образца от нагрузки при определении mo и Е и их изменения во времени при определении значений cv и са.
Диапазон давлений, при которых проводят испытания, определяется в программе испытаний с учетом напряженного состояния грунта в массиве, т.е. с учетом передаваемых на основание нагрузок и бытового давления. Во всех случаях конечное давление должно быть больше бытового давления на глубине залегания образца грунта.
Для испытаний используют образцы грунта ненарушенного сложения с природной влажностью или водонасыщенные или образцы нарушенного сложения с заданными значениями плотности и влажности (см. ГОСТ 30416).
Образец грунта должен иметь форму цилиндра диаметром не менее 70 мм и отношение диаметра к высоте должно составлять от 2,8 до 3,5. 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 в условиях компрессионного сжатия должны входить:
компрессионный прибор (одометр), состоящий из рабочего кольца с внутренними размерами по 5.4.1.4, цилиндрической обоймы, перфорированных вкладыша под рабочее кольцо и штампа (пористых пластин) и поддона с емкостью для воды;
механизм для вертикального нагружения образца грунта;
устройства для измерения вертикальных деформаций образца грунта.
В компрессионном приборе может быть предусмотрено измерение порового давления в образце и бокового давления грунта на стенки рабочего кольца.
Конструкция компрессионного прибора должна обеспечивать:
подачу воды к образцу снизу и ее отвод;
герметичность деталей прибора;
центрированную передачу нагрузки на штамп;
постоянство давления на каждой ступени;
первоначальную нагрузку на образец от штампа и закрепленных на нем измерительных приборов, не более 0,0025 МПа;
перфорация пористых штампов должна обеспечивать свободный отток отжимаемой воды из образца.
Компрессионные приборы тарируют на сжатие с помощью металлического вкладыша, покрытого с двух сторон бумажными фильтрами, смоченными водой. Максимальное давление при тарировке принимают в зависимости от конструкции прибора и предельных нагрузок при испытаниях, но не менее 1,0 МПа, нагружение проводят ступенями по 0,05 МПа на первых двух ступенях и далее по 0,1 МПа с выдержкой по 2 мин.
Подготовка к испытанию
Образец грунта изготавливают с учетом требований 5.4.1.4.
Образец в рабочем кольце взвешивают, покрывают с торцов влажными фильтрами и помещают в цилиндрическую обойму компрессионного прибора.
При односторонней фильтрации воды из образца вместо влажного фильтра используют тонкую водонепроницаемую прокладку.
Выполняют следующие операции:
устанавливают образец на перфорированный вкладыш;
устанавливают на образец перфорированный штамп;
собранный прибор устанавливают под механизм для вертикального нагружения образца грунта;
регулируют механизм нагружения образца;
подключают устройства для измерения вертикальных деформаций образца;
записывают начальные показания приборов.
При необходимости водонасыщение образца проводят путем фильтрации воды снизу вверх под арретиром. Для этого заполняют поддон водой. Водонасыщение проводят для глинистых грунтов в течение 2-5 сут, для песков - до момента появления воды над штампом. Для ускорения водонасыщения применяют специальное устройство, в котором поддерживают уровень воды, превышающий верхнюю поверхность образца примерно на его высоту. Водонасыщение образца в рабочем кольце может быть проведено до испытания в специальной вакуумной камере, заполненной водой, после чего образец помещают в компрессионный прибор.
Проведение испытания для определения характеристик mo, Eoed и Ek
Нагружение образца проводят ступенями нагрузки равномерно, без ударов.
П р и м е ч а н и е - допускается проведение испытаний с постоянной скоростью деформации образца с измерением порового давления, а также испытаний с измерением бокового давления.
При испытании песков, в том числе заторфованных, органоминеральных и органических грунтов первую ступень давления р1 принимают в зависимости от коэффициента пористости е по таблице 5.8, а при испытании глинистых грунтов - в зависимости от показателя текучести IL по таблице 5.9. Последующие ступени давления р принимают равными удвоенным значениям предыдущей ступени. Нагрузку доводят до заданного значения (см. 5.4.1.3). Число ступеней должно быть не менее пяти.
