Определение деформационных свойств грунтов в условиях их естественного

Определение деформационных свойств грунтов в условиях их естественного залегания ГОСТ 20276

Методы • Испытания плоским дилатометром • Прессиометрические испытания • Испытания штампом

Метод испытания плоским дилатометром • Модели РД-100 (ГОСТ) • Дилатометр плоская дилатометра выдвигающимся круглым штампом устройство для измерения перемещения штампа дилатометра. лопатка с плоским устройство для создания и измерения давления на штамп дилатометра;

Суть метода • Испытание грунта плоским дилатометром проводят для определения модуля деформации Е песков, глинистых, органо-минеральных и органических грунтов. • Модуль деформации определяют по результатам нагружения грунта горизонтальной нагрузкой в скважине с помощью плоского дилатометра. • Результаты испытаний оформляют в виде графика зависимости перемещения штампа дилатометра от нагрузки. • Диаметр скважины должен быть не менее ширины лопатки дилатометра. • Глубина погружения дилатометра от забоя скважины или от поверхности грунта до центра штампа должна быть не менее пяти диаметров штампа.

Обработка результатов Коэффициент определяют по результатам сопоставительных испытаний грунта штампом 5000 см 2 и плоским дилатометром, выполняемых не менее чем с двукратной повторяемостью для данного инженерногеологического элемента

Суть метода ЦИЛИНДРИЧЕСКАЯ ДЕФОРМАЦИЯ MENARD PRESSUREMETER Прессиометр Менарда ОБЩАЯ СХЕМА ИСПЫТАНИЯ

Суть метода - Скоростной метод исследования механических свойств грунтов. По сравнению с лабораторными методами их исследования описываемый метод дает выигрыш во времени примерно в 4 раза, а по сравнению с методом пробных нагрузок - примерно в 50 раз. - Стоимость одного испытания грунтов прессиометром в десять раз меньше лабораторных методов и в 80 -100 раз меньше стоимости одного испытания статическими нагрузками на штамп. - Могут быть опробованы грунты различного литологического состава (от глинистых любой консистенции до щебнисто-глинистых с содержанием включений до 30 % при их размере 5 -7 см) - Минимальная мощность слоя, в котором возможно проведение испытаний, соответствует длине снаряда прессиометра. - При описываемом методе на грунт передается нагрузка в направлении перпендикулярном напластованию. Для анизотропных грунтов – нужен коэффициент анизотропии.

Суть метода ЗАДАЧА определение прочностных и деформационных свойств грунтов непосредственно на месте залегания В результате Прессиометрическая кривая d = f(P) изменение диаметра (объема) камеры прибора давление

Суть метода OA - расширение камеры прессиометра до соприкосновения со стенками скважины; AB - обжатие неровностей поверхности скважины (Pобж); BC - уплотнение грунта под действием прессиометра; CD - разрушение грунта; Pe - предел пропорциональности; Pt - предел прочности; d 0 - начальный диаметр скважины; Pбок - боковое давление

Суть метода OA - расширение камеры прессиометра до соприкосновения со стенками скважины; AB - обжатие неровностей поверхности скважины (Pобж); BC - уплотнение грунта под действием прессиометра; CD - разрушение грунта; Pe - предел пропорциональности; Pt - предел прочности; d 0 - начальный диаметр скважины; Pбок - боковое давление Предел пропорциональности Pe отвечает нагрузке, при которой нарушается линейная зависимость между деформациями и напряжениями. Предел прочности Pt соответствует такому минимальному давлению, при котором деформации неограниченно возрастают во времени.

Суть метода возникновение микросдвигов в отдельных точках массива P = Pe OA - расширение камеры прессиометра до соприкосновения со стенками скважины; AB - обжатие неровностей поверхности скважины (Pобж); BC - уплотнение грунта под действием прессиометра; CD - разрушение грунта; Pe - предел пропорциональности; Pt - предел прочности; d 0 - начальный диаметр скважины; Pбок - боковое давление образование сплошной поверхности сдвига и выпиранием грунта в скважину при P = Pt

Суть метода OA - расширение камеры прессиометра до соприкосновения со стенками скважины; AB - обжатие неровностей поверхности скважины (Pобж); BC - уплотнение грунта под действием прессиометра; CD - разрушение грунта; Pe - предел пропорциональности; Pt - предел прочности; d 0 - начальный диаметр скважины; Pбок - боковое давление процесс разрушения грунта в зоне влияния прессиометра (характеристикой прочностных свойств) процесс уплотнения грунтов (характеризует их сжимаемость)

Суть метода Определение прочностных свойств глинистых грунтов: Глубина более 5 метров Глубина до 5 метров с - сцепление, кг/см 2; φ - угол внутреннего трения, град; Pбыт - бытовое давление, кг/см 2; Pe - предел пропорциональности, кг/см 2; Pt - предел прочности, кг/см 2

Суть метода Определение деформационных свойств глинистых грунтов: Формула Ламэ d 0 - начальный диаметр скважины; ΔP - приращение давления на участке пропорциональных деформаций; Δd - приращение диаметра скважины на участке пропорциональных деформаций.

СХЕМЫ ПРЕССИОМЕТРОВ • Диаметр скважины от 57 до 143 мм Зонд (снаряд) Измерительная аппаратура - манометры для измерения давления, создаваемого в камере - регистрирующие деформации стенок скважины

СХЕМЫ ПРЕССИОМЕТРОВ ПРЕССИОМЕТР Прессиометры Л. Менера (трехкамерные) радиальные деформации грунта определяют расчетом по изменению объема рабочей камеры зонда гидравлическая схема Однокамерные прессиометры измеряют линейные деформации в отдельных точках центральной части камеры прибора электрические датчики

Трехкамерный прессиометр нагнетательная труба мерный цилиндр нагнетательные краны кран для подачи углекислоты нагнетательная труба мерный цилиндр баллон со сжатым газом высоконапорные шланги вспомогательная камера рабочая камера вспомогательная камера

Трехкамерный прессиометр Определение величины деформаций рабочая камера * для поддержания цилиндрического поля напряжений вокруг рабочей камеры * для предупреждения деформирования эластичных мембран, отделяющих рабочую камеру от вспомогательных вспомогательная камера

Проведение испытаний • Измерительную аппаратуру прессиометра устанавливают около скважины. • Зонд прессиометра опускают в скважину на заданную глубину. • После погружения зонда в скважинуоткрывают нагнетательные краны и заполняют водой камеры зонда, шланги и мерные цилиндры до нулевой отметки. При заполнении камер нужно следить за тем, чтобы вода не содержала пузырьков воздуха. • После заполнения системы водой краны нагнетания воды и выпуска воздуха закрывают. • Для создания давления в камерах зонда открывают краны подачи сжатого газа, а затем открывают вентиль у баллона со сжатым газом. • При установлении заданной ступени давления учитывают вес столба жидкости, заполняющей прессиометр, проводят замеры объемных деформаций по изменению уровня в мерном цилиндре рабочей камеры. • По окончании испытаний открывают краны нагнетания воды, не снимая при этом избыточного давления газа. Под действием газа вода вытесняется из системы. • Затем открывают кран выпуска воздуха и закрывают кран баллона со сжатым воздухом. • После этого камеры принимают первоначальные размеры и могут быть извлечены из скважины или перемещены на другую отметку для нового испытания

Проведение испытаний

Однокамерный прессиометр манометр блок измерений воздушный шланг баллон со сжатым воздухом электрокабель металлические оголовки для предотвращения выпора грунта в скважину эластичная рабочая камера зонда

Проведение испытаний • На расстоянии от скважины около 0, 5 м устанавливают лебедку прибора, на которой укрепляют измерительный блок. • Рабочую камеру зонда прессиометра соединяют воздушный шлангом с баллоном сжатого воздуха, электрокабелем с измерительным блоком. • Лебедку прибора устанавливают над устьем скважины и опускают снаряд на заданную глубину. Перед его спуском устанавливают нуль на счетчике, смонтированном на лебедке. Поскольку при использовании однокамерных приборов радиальные деформации породы фиксируются в центре зонда, глубина испытания определяется расстоянием от центра снаряда прессиометра до поверхности земли. • Перед началом нагружения проверяют наличие давления газа в баллоне, закрыв предварительно вентиль редуктора. Номер баллона со сжатым воздухом и величину давления в нем перед началом опыта записывают в журнал. • Плавно поворачивая винт редуктора создают заданное давление в снаряде, контролируя его по манометру блока измерений. • После достижения требуемого давления подачу газа прекращают, закрыв вентиль редуктора. • Наблюдения за изменением диаметра рабочей камеры зонда проводят по амперметру, проградуированному в единицах измерения диаметра камеры. • После завершения опыта закрывают вентиль редуктора и плавно открывают вентиль с надписью «атмосфера» , обеспечивающий сообщение газа, находившегося в рабочей камере, с атмосферой. В том случае, если испытания проводят в мягкопластичных водонасыщенных грунтах, возможно прилипание зонда прессиометра к стенкам скважины. Для того, чтобы оторвать снаряд и извлечь его на поверхность после окончания опыта необходимо вновь повысить давление в камере прибора на 2 -3 атмосферы, а затем медленно сбросить его до нуля.

Проведение испытаний

Тарировка прибора ОДНОКАМЕРНЫЙ ПРИБОР: • На поверхности земли с помощью 1, 5 -метровых отрезков труб различных диаметров (108, 127, 168 мм и т. д. ) • Отрезок трубы устанавливают в вертикальном положении и в него опускают зонд прессиометра с таким расчетом, чтобы стенки камеры не касались стенок трубы. • Плавно вращая вентиль редуктора, повышают ступенями давление в камере прибора. Величина каждой ступени нагружения при тарировке не должна превышать 0, 25 кг/см 2. • Прекращение деформирования камеры указывает на то, что стенки ее плотно прижаты к трубе. • В трубе каждого диаметра проводят не менее трех тарировочных опытов. • После проведения испытаний в трубах различного диаметра строят суммарную тарировочную кривую. ? какая часть давления, созданного в приборе, затрачивается на расширение резиновой рубашки камеры ? систематическая погрешность измерительной системы прибора

Тарировка прибора Тарировочный журнал

Тарировка прибора Систематическую погрешность прибора определяют из выражения

Тарировка прибора ТРЕХКАМЕРНЫЙ ПРИБОР: • В скважине на различных глубинах для учета веса столба жидкости в соединительных трубах. • При тарировке на рабочую камеру прибора одевают кожух и опускают ее в скважину на глубину 1 м. • Прибор заполняют жидкостью и с помощью насоса в камере прессиометра ступенями в 0, 5 кг/см 2 поднимают давление до 5 кг/см 2. • Деформацию камеры на каждой ступени нагрузки фиксируют по изменению уровня жидкости в водоизмерительной трубке. • Затем тарировку повторяют при новой длине соединительных труб, т. е. на глубинах 2; 3; 4; 5 м и т. д. . ? какая часть давления, созданного в приборе, затрачивается на расширение резиновой рубашки камеры ? систематическая погрешность измерительной системы прибора

Тарировка прибора Тарировочный журнал

ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К СКВАЖИНАМ ПРИ ПРЕССИОМЕТРИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЯХ ПОРОД Устойчивые, плотные Текучие глины, породы сыпучие пески • скважины бурят до заданной глубины и консервируют (скважину нужно закрыть, чтобы в нее не попала вода) • Разрыв во времени между окончанием проходки скважины и началом испытаний не должен превышать 1 -2 суток • испытания проводятся параллельно с бурением скважин. • Скважину проходят на глубину, соответствующую намеченному интервалу опробования, и обсаживают трубами. Затем в нее опускают прессиометр и обсадные трубы приподнимают на высоту снаряда. После проведения опыта снаряд извлекают, скважину разбуривают и обсаживают трубами до следующего, заранее намеченного интервала. • При опробовании сыпучих песков более удобной является конструкция из двух колонн обсадных труб. Первая колонна обсадных труб опускается на глубину, соответствующую началу интервала опробования, а вторая колонна закрепляет лишь интервал, намеченный для испытаний. После опускания прессиометра на заданную глубину, вторую колонну труб поднимают на высоту снаряда. Разница между диаметром второй колонны и диаметром прессиометра должна составлять 1 -1, 5 см

ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К СКВАЖИНАМ ПРИ ПРЕССИОМЕТРИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЯХ ПОРОД 1. Скважины должны быть строго вертикальны. 2. Бурение следует вести всухую, сохраняя естественную влажность пород. 3. Порода в стенках скважины должна быть как можно меньше нарушена в процессе бурения. • исключается применение шнекового, колонкового и вибрационного бурения. • после ручного бурения с применением змеевика стенки скважины должны быть зачищены ложкой. • Интервалы, намечаемые для прессиометрирования, рекомендуется проходить обуривающим или забивным грунтоносом. 4. Допускаемое расхождение диаметра скважины и диаметра зонда прессиометра не должно превышать 25 -30 мм. 5. Бурение скважин должно сопровождаться отбором образцов для определения объемного веса и влажности.

Схемы испытаний испытание Быстрая схема Медленная схема Величину деформации фиксируют через 10 сек Величину деформации фиксируют через 1 мин В плотных грунтах В слабых водонасыщенных грунтах текучей и мягкопластичной консистенции (для рассеяния порового давления)

Режим нагружения • первые две ступени нагружения должны быть минимальными (0, 25; 0, 5; 1, 0 кг/ см 2). • в дальнейшем давление рекомендуется повышать равными ступенями (0, 5; 1, 0; 2 кг/см 2). • величину ступени нагружения выбирают согласно состоянию глинистых грунтов, но таким образом, чтобы число ступеней было не меньше 6 -8. • Конечную ступень нагрузки желательно уменьшить на 25 -50 % по сравнению с предыдущей, от которой был получен резкий скачок в приросте деформаций. • На каждой ступени давления производят наблюдения за деформациями грунтов: o через 10 сек по схеме быстрого нагружения; o через 1 мин по схеме медленного нагружения. • При испытаниях по схеме медленного нагружения для нагрузок, превышающих предел пропорциональности, ведут дополнительные наблюдения за деформациями через каждые 10 сек в течение первой минуты деформирования.

Режим нагружения Переход с одной ступени давления на другую осуществляют только после достижения условной стабилизации деформаций. БЫСТРОЕ НАГРУЖЕНИЕ изменение величины приращения деформации на постоянное число делений в каждые три последующие промежутка времени затухающая деформация с постоянной скоростью МЕДЛЕННОЕ НАГРУЖЕНИЕ изменение величины деформации не более, чем на 1 мм за одну минуту

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИСПЫТАНИЙ d = f(P) • расширение камеры прессиометра до соприкосновения со стенками скважины (ОА); • обжатие неровностей поверхности скважины, образовавшихся в процессе бурения (АВ); При испытании пластичных глин с малыми значениями угла внутреннего • уплотнение грунта подтрения φ предел пропорциональности Pe на прессиометрической кривой действием прессиометра (ВС); выражен нечетко. В этом случае определение величины Pe следует • разрушению грунта под действием прессиометра проводить по графику d = f(P), построенному в логарифмическом масштабе. (СД). . Прессиометрические кривые, полученные при испытании мягкопластичных и текучепластичных глин, для которых угол внутреннего трения близок или Pe – предел пропорциональности; Pt - предел прочности; равен 0, могут не иметь предела пропорциональности (Pe = 0). В этом случае d 0 – начальный диаметрпрочность глинистых грунтов определяется только сцеплением С. скважины; Pбок - боковое давление

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИСПЫТАНИЙ Исправленные значения Pe испр и Pt испр используются для расчета показателей прочности глинистых пород: угла внутреннего трения φ и сцепления C.

Определение прочностных свойств глинистых грунтов: Глубина более 5 метров Глубина до 5 метров с - сцепление, кг/см 2; φ - угол внутреннего трения, град; Pбыт - бытовое давление, кг/см 2; Pe - предел пропорциональности, кг/см 2; Pt - предел прочности, кг/см 2

Определение деформационных свойств глинистых грунтов: Формула Ламэ d 0 - начальный диаметр скважины; ΔP - приращение давления на участке пропорциональных деформаций; Δd - приращение диаметра скважины на участке пропорциональных деформаций.

Испытания грунта штампом

Суть метода • Испытание грунта штампом проводят для определения следующих характеристик деформируемости: o модуля деформации Е для крупнообломочных грунтов, песков, глинистых, органо-минеральных и органических грунтов; Для просадочных при испытании с o начального просадочного давления замачиванием, кроме набухающих и o относительной деформации просадочности засоленных грунтов • Характеристики определяют по результатам нагружения грунта вертикальной нагрузкой в забое горной выработки с помощью штампа. • Результаты испытаний оформляют в виде графиков зависимости перемещения штампа от нагрузки. Условия проведения испытаний: • При испытания грунта в шурфе размеры шурфа определяют в зависимости от необходимости крепления его стен и глубины проходки. Минимальные размеры шурфа в плане - 1, 5 х 1, 5 м. • Диаметр дудки, проходимой механизированным способом, должен быть не менее 0, 9 м. • Диаметр опытной буровой скважины должен быть 325 мм. Бурение скважины следует вести с обсадкой трубами до забоя.

Оборудование и приборы • штамп; • устройство для создания и измерения нагрузки на штамп; • анкерное устройство (для установок без грузовой платформы); • устройство для измерения осадок штампа; • устройство для замачивания и контроля влажности грунта (при испытании просадочных грунтов). Конструкция установки должна обеспечивать: - возможность нагружения штампа ступенями давления по 0, 01 -0, 1 МПа; - центрированную передачу нагрузки на штамп; - постоянство давления на каждой ступени нагружения.

Оборудование и приборы Штампы должны быть жесткими, круглой формы, следующих типов: • I - c плоской подошвой площадью 2500 и 5000 см 2; • II - с плоской подошвой площадью 1000 см 2 с кольцевой пригрузкой по площади, дополняющей площадь штампа до 5000 см 2; • III - с плоской подошвой площадью 600 см 2; • IV - винтовой штамп площадью 600 см 2 Нагрузку измеряют с погрешностью не более 5% ступени давления. Измерительная система должна обеспечивать измерение осадок с погрешностью не более 0, 1 мм.

Оборудование и приборы

Подготовка к испытанию • При испытаниях в котлованах, шурфах и дудках штамп с плоской подошвой устанавливают на дно выработки. • В глинистых грунтах с I_L > 0, 75 штамп следует устанавливать в выемку, устраиваемую на дне выработки. Глубина выемки должна быть 40 -60 см, поперечный размер выемки не должен превышать диаметр штампа более чем на 10 см. • Поверхность грунта в пределах площади установки штампа должна быть тщательно спланирована. При затруднении в планировке грунта следует устраивать из маловлажного песка мелкого или средний крупности подушку толщиной 1 -2 см для глинистых и не более 5 см - для крупнообломочных грунтов. При испытаниях штампами площадью 5000 см 2 просадочных грунтов с замачиванием толщина подушки должна составлять 2 -3 см. Подушку следует укладывать по всей площади установки штампа и вокруг него на расстоянии не менее 10 см. • Штамп, прикрепленный к колонне труб диаметром 219 мм, имеющей направляющие хомуты, опускают в скважину и добиваются плотного контакта штампа с грунтом не менее чем двумя поворотами колонны труб вокруг оси. Штамп должен быть установлен ниже обсадочной трубы на глубину 2 -3 см. • Погружение винтового штампа производят завинчиванием механически или вручную ниже забоя скважины или с поверхности в массив грунта без бурения скважины. При испытаниях в скважинах глубина завинчивания винтового штампа ниже забоя скважины должна составлять 50 см для глинистых грунтов текучепластичной и текучей консистенции и насыщенных водой песков и 30 см - для остальных грунтов. В процессе завинчивания винтового штампа должен проводиться контроль за его погружением по отношению глубины погружения штампа за один • После установки штампа монтируют устройство для нагружения штампа, анкерное устройство и измерительную систему. • Контрольный прогибомер устанавливают на реперной системе, его нить закрепляют к неподвижному реперу, устраиваемому в стене выработки; длина нити должна быть равна длине нити прогибомера, измеряющего осадку штампа. • После монтажа всех устройств и измерительной системы записывают начальные показания приборов.

Проведение испытания • Нагрузку на штамп следует увеличивать ступенями давлений ступени зависят от состава и состояния грунта; • Общее число ступеней давления после достижения давления, соответствующего вертикальному нормальному напряжению от собственного веса грунта на отметке испытания, должно быть не менее четырех. • В первую ступень давления следует включить вес деталей установки, влияющих на нагрузку штампа.

Проведение испытания • Каждую ступень давления выдерживают до условной стабилизации деформации грунта (осадки штампа). За критерий условной стабилизации деформации принимают скорость осадки штампа, не превышающую 0, 1 мм за время t, зависящее от состава и состояния грунта. • Отсчеты по прогибомерам на каждой ступени нагружения производят: - при испытании крупнообломочных грунтов и песков через каждые 10 мин в течение первого получаса, 15 мин в течение второго получаса и далее через 30 мин до условной стабилизации деформации грунта; - при испытании глинистых грунтов через каждые 15 мин в течение первого часа, 30 мин в течение второго часа, далее через 1 ч до условной стабилизации деформации грунта. • По окончании испытаний выработку следует углубить ниже отметки испытания на глубину не менее двух диаметров штампа для контроля однородности испытываемого грунта. • процессе испытания ведут журнал, либо электронная регистрация данных

Проведение испытания ДЛЯ ПРОСАДОЧНЫХ ГРУНТОВ • Испытания просадочных грунтов с замачиванием следует проводить по схеме «двух кривых» (полный комплекс) или «одной кривой» (только Е в замоченном состоянии при одном давлении) • Замачивание просадочных грунтов в основании штампа в котлованах, шурфах и дудках следует производить рассредоточенной струей во избежание размыва грунта, поддерживая уровень воды на 5 -10 см выше поверхности песчаной подушки и измеряя расход воды.

Проведение испытания ДЛЯ ПРОСАДОЧНЫХ ГРУНТОВ СХЕМА «ОДНОЙ КРИВОЙ» • Давление должно быть установлено с учетом предполагаемого фактического давления на грунт в основании фундамента, равного сумме давлений от нагрузки фундамента и собственного веса грунта в насыщенном водой состоянии на отметке испытания. • После достижения условной стабилизации осадки на последней ступени, грунт в основании штампа следует замочить и продолжать замачивание с измерениями просадки грунта до ее условной стабилизации. За критерий условной стабилизации просадки грунта следует принимать скорость осадки штампа, не превышающую 0, 1 мм за два часа. СХЕМА «ДВУХ КРИВЫХ» • Испытания на одной глубине в двух шурфах, расположенных на расстоянии 5 -6 м. • В одном шурфе испытания необходимо выполнять в соответствие с требованиями для «одной кривой» , в другом - замочить грунт после монтажа установки до приложения нагрузки, а затем нагружать штамп ступенями, продолжая замачивание грунта.

Обработка результатов По данным испытаний строят график зависимости осадки штампа от давления На графике проводят осредняющую прямую методом наименьших квадратов или графическим методом

Обработка результатов По данным испытаний строят график зависимости осадки штампа от давления На графике проводят осредняющую прямую методом наименьших квадратов или графическим методом

Обработка результатов На графике проводят осредняющую прямую методом наименьших квадратов или графическим методом Модуль деформации грунта Е, МПа, вычисляют для линейного участка графика по формуле

Обработка результатов