Notice: Undefined index: view in /home/geoe570621/geoenv.ru/docs/components/com_content/router.php on line 49

Notice: Undefined index: option in /home/geoe570621/geoenv.ru/docs/components/com_content/views/article/view.html.php on line 180

Notice: Undefined index: option in /home/geoe570621/geoenv.ru/docs/components/com_content/views/article/view.html.php on line 188

Notice: Undefined index: option in /home/geoe570621/geoenv.ru/docs/components/com_content/views/article/view.html.php on line 188

Notice: Undefined index: option in /home/geoe570621/geoenv.ru/docs/components/com_content/views/article/view.html.php on line 188

Notice: Undefined index: option in /home/geoe570621/geoenv.ru/docs/components/com_content/views/article/view.html.php on line 188

Notice: Undefined index: option in /home/geoe570621/geoenv.ru/docs/components/com_content/views/article/view.html.php on line 188

Environmental Geoscience journal

Методики исследования грунтов при статических нагрузках

Для изучения физических свойств грунтов наряду со стандартными методиками, регламентируемыми требованиями ГОСТ, используются методики определения гранулометрического состава и пределов пластичности тонкодисперсных грунтов по стандартам ASTMBS и ISO, а также оригинальные методики испытаний, проведение которых защищено патентами РФ.

 

МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ НИЖНЕГО ПРЕДЕЛА ПЛАСТИЧНОСТИ МЕТОДОМ ПРЕССОВАНИЯ

 

 

Защищено патентом РФ

Для испытаний используется прибор для определения предела пластичности грунта методом прессования. Сущность испытаний заключается в том, что влажность предела пластичности грунта достигается при отжатии воды из него под действием создаваемой на грунт сжимающей нагрузки. Достижение необходимой влажности контролируется визуально, по появлению трещин на жгутике грунта, выдавливаемом через калиброванное отверстие под действием той же сжимающей нагрузки. Для проведения опыта стаканчик с нижним штампом и кольцом помещают в выточку нагрузочного устройства, после чего в полость стаканчика шпателем помещают навеску грунтовой пасты (40-50 г). Сверху в полость стаканчика помещают верхний перфорированный штамп с фильтром до касания с навеской грунтовой пасты. На тяги основания гайками закрепляют траверсу с резьбовой стойкой, которую вращают до упора в верхний штамп. Время монтажа прибора с загрузкой грунта составляет 2-3 минуты. Опыт начинается после создания ручным прессом произвольного осевого давления s1 грунтовую пасту через подвижный верхний штамп. В течение определенного времени, по истечении которого поворачивают кольцо вокруг оси до совмещения калиброванных отверстий в кольце и в шаблоне и за счет созданных боковых давлений s2-3  выжимают через эти отверстия жгут грунта для визуального контроля за появлением на жгуте трещин, при этом после каждого контроля, во время которого трещин на жгуте не образуется, отверстия перекрывают поворотом кольца и увеличивают давление s1 на образец грунта, уменьшая интервал времени между визуальным контролем до появления трещин скалывания и распада жгута на отдельные части под собственным весом. Влажность, определяемая в результате испытания, соответствует искомой влажности нижнего предела пластичности Wp. После окончания опыта можно удалить нижний штамп, выдавить с помощью пресса весь образец грунта, и вычислить Wp весовым методом.Проведение опыта начинается с создания на грунтовую пасту произвольного осевого давления s1. По истечении времени открывается калиброванное отверстие, через которое за счет созданных боковых давлений s2-3  выжимается жгут грунта, на котором визуально определяется появление трещин. Если трещины на жгуте не образуются, давление на образец грунта увеличивается, после чего опыт повторяется. Влажность, определяемая в результате испытания, соответствует искомой влажности нижнего предела пластичности Wp. 

 

МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЙ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ГРУНТОВ

 

ТРЕХОСНЫЕ ИСПЫТАНИЯ

Консолидировано-дренированные испытания

Этап А. На этом этапе (гидростатическом или объемном нагружении), при открытых дренажах производится обжатие образца всесторонним давлением ?3.

Этап Б. После завершения консолидации производится деформирование образцов осевой нагрузкой ?1 при открытых дренажах и постоянном всестороннем давлении, достигнутом на первом этапе обжатия. Определяются модуль общей деформации Ео, коэффициент поперечной деформации n, параметры прочности в эффективных напряжениях.

 

Консолидировано-недренированные испытания

Этап В. Образцы подвергаются действию осевой нагрузки при закрытых дренажах, в недренированных условиях, с замером порового давления, вплоть до разрушения. Критерием разрушения образца считается постоянный рост деформаций без приращения осевой нагрузки. Определяются параметры прочности грунта в тотальных и эффективных напряжениях.

Этап Д. В испытаниях с замачиванием после этапа Б производится насыщение образца водой природного состава. Дополнительное водонасыщение производится через нижний дренаж восходящим потоком, при градиенте напора (противодавлении), в течение определенного времени.

Этап Е. После замачивания образца повторяется этап Б. По его окончании дренажи прибора перекрываются. Последующее осевое нагружение вплоть до разрушения производится при отсутствии дренирования, в закрытой системе, с замером порового давления бw. Определяются параметры прочности грунта в тотальных и эффективных напряжениях.

 

Испытания с этапами анизотропного сжатия

Этап А. На этом этапе (гидростатическом или объемном нагружении), при открытых дренажах производится обжатие образца всесторонним давлением ?3.

Этап Б*. После условной стабилизации объемных деформаций выполняется нагружение образцов осевой нагрузкой ?1 при достигнутом на этапе А постоянном всестороннем давлении до заданного значения б= б/ a

Этап Б’. По окончании этапа Б* производится разгрузка вертикальных напряжений до значений заданных объемных давлений ?’1 = ?'3 / a

Этап Б''. Вслед за этим осуществляется повторное нагружение до вертикального напряжения б1. В процессе разгрузки и последующей повторной нагрузки сохраняется постоянным достигнутое соотношение осевых и боковых давлений  a  = б3 / б1 = n/ (1-n) (т.н. анизотропная разгрузка и сжатие).

Этап Б. Впоследствии образцы подвергаются дальнейшему действию увеличивающейся осевой нагрузки в тех же дренированных условиях вплоть до разрушения

По результатам этапов испытаний Б’’ и  Б  определяются модули общей деформации грунтов Ео’ и Ео, характеризующие соответственно сжимаемость грунта при нагрузках от сооружения, компенсирующих природное давление грунта, вынутого при разработке котлована (Ео’) и деформируемость грунтового массива под действием дополнительного давления (Ео).

 

СДВИГОВЫЕ ИСПЫТАНИЯ 

Защищено патентом РФ

Недренированные сдвиговые испытания грунтов

Испытания проводятся на приборе недренированного сдвига.Основной особенностью данной методики является то, что сдвиговые испытания проводятся в недренированных условиях. При проведении испытания образец грунта закрывается герметичной эластичной оболочкой, плотно зажатой между верхним и нижним штампами, что обеспечивает его полную изолированность в процессе опыта. На образец передается вертикальная нагрузка, вертикальные деформации фиксируются с помощью датчика. После окончания этапа консолидации к образцу прилагается сдвигающее усилие и производится сдвиг. Касательные нагрузки, деформации и поровое давление в процессе опыта фиксируются датчиками и регистрируются на компьютере. Результаты опыта оформляются в виде паспорта испытания, а по результатам серии испытаний параметры прочности грунта определяются как с учетом порового давления (тотальные напряжения), когда грунт находится в нестабилизированном состоянии, так и его вычетом (эффективные напряжения), соответствующие стабилизированному состоянию грунта. 

Преимущества метода недренированного сдвига широки – кроме проведения обычных сдвиговых испытаний (с учетом порового давления в грунте), он позволяет исследовать прочностные свойства слабых, структурно неустойчивых грунтов (таких как илы или слабоконсолидированные глинистые осадки), проводить испытания на разных этапах консолидации грунтового массива, реологические испытания. Особенно заметными преимущества данного метода становятся при исследовании оползневых процессов.

 

 

Чистый или многоплоскостной сдвиг (скашивание)

Защищено патентом РФ

Сдвиговые испытания грунтов по схеме чистого или многоплоскостного сдвига (скашивания) проводятся на основе прибора недренированного сдвига. Для проведения испытания на образец грунта, изолированный оболочкой и штампами, на всю его высоту надевается набор сдвиговых колец. На образец передается вертикальная нагрузка, прилагается сдвигающее усилие и производится сдвиг. Касательные нагрузки, вертикальные и горизонтальные деформации, а также поровое давление в процессе опыта фиксируются датчиками и регистрируются на компьютере. Важной особенностью метода скашивания, предусмотренной конструкцией прибора, является возможность приложения касательных напряжений как в прямом, так и в обратном направлениях. Условия испытания обеспечивают постоянство объема образца во время опыта и отсутствие фиксированных поверхностей сдвига. Это дает возможность многократного сдвигового деформирования образца, что важно для исследования прочности структурных связей грунта, обратимость их разрушения восстановления во времени (тиксотропного уплотнения).

 

РЕОЛОГИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ ГРУНТОВ

Реологические испытания проводятся для определения параметров длительной прочности грунтов. Такие данные необходимы при прогнозе изменения свойств грунтов оснований сооружений в течение всего их жизненного цикла.

Испытания проводятся в приборах трехосного сжатия (стабилометрах) и сдвиговых приборах при длительном приложения разрушающих нагрузок методом релаксации напряжений и ползучести. Конструкция приборов позволяет проводить испытания грунтов со скоростью деформирования не более 0,001 мм/мин. 

Результаты исследований оформляются в виде паспорта испытания.

 

КОМПРЕССИОННЫЕ ИСПЫТАНИЯ

  Длительные испытания грунтов в установке диффузионного выщелачивания  

Опыты на длительную фильтрацию грунтов проводятся в специальных одометрах. Фильтрующейся жидкостью является дистиллированная, грунтовая или морская вода, что позволяет моделировать различные виды техногенных утечек. Выщелачивание грунтов производится  в течение 10-20 суток, а диффузионное выщелачивание – в течение месяцев.

 

Определение избыточного порового давления в грунте

При создании на грунт дополнительной нагрузки в нем возникает избыточное поровое давление, которое, в свою очередь, приводит к снижению прочности грунта и его несущей способности. Определить величину избыточного порового давления, а также время и характер его рассеивания так же можно  в приборе компрессионного сжатия. Для этого верхний и нижний штамп одометра оборудуются датчиками порового давления. К образцу грунта, в зависимости от реальных условий сооружения, прилагается дополнительная нагрузка, датчиками фиксируется и регистрируется возникающее при этом поровое давление. В настоящее время проведение таких испытаний предусмотрено нормами ПиНАЭ-5.10-87.

По результатам опыта строится график и рассчитывается коэффициент избыточного порового давления.

 

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОНИЦАЕМОСТИ ГРУНТОВ

Определение проницаемости грунтов, наряду со стандартными методами испытаний, регламентированных требованиями ГОСТ 25584, проводится также в приборах трехосного сжатия (стабилометрах) и компрессионных приборах. Особенностью приборов является то, что они оборудованы системой создания противодавления в грунте. При этом испытания проводятся при постоянном градиенте напора, превышающем начальный градиент фильтрации грунта, при этом измеряется именно объем жидкости, профильтрованной через грунт. Эти факторы значительно повышают точность определения проницаемости грунта, что особенно важно при исследовании глинистых грунтов. 

Результаты исследований оформляются в виде паспорта испытаний.

 

ЭКСПРЕСС-ИССЛЕДОВАНИЯ СВОЙСТВ ГРУНТОВ

Экспресс – методы определения сопротивления недренированному сдвигу (Сu) позволяют оперативно получить представление о строении грунтовой толщи, дать прогнозную, качественную оценку состава и свойств слагающих ее грунтов, провести предварительное выделение инженерно-геологических элементов.

Исследования могут проводиться как непосредственно сразу после извлечении керна из буровых скважин и выработок, когда грунт сохраняет свои естественные свойства, так и в лабораторных условиях. Такие исследования отечественными нормативными документами не предусмотрены, существуют лишь зарубежные стандарты, регламентирующие их проведение – ASTM D 4648-05BS 1377/1990.

Все приборы компактны, просты в обращении, легко могут быть использованы непосредственно на месте производства буровых работ. Измерения с помощью микропенетрометров заключаются во вдавливании (пенетрации) конуса – индентора или специального штампа в образец грунта и замеру усилия вдавливания по шкале индикатора. Испытания микрокрыльчаткой основаны на методе вращательного среза. При проведении испытания прибор вдавливается в грунт на глубину грунтозацепов, размер которых может меняться в зависимости от свойств исследуемого грунта. После этого вращательным движением корпус прибора проворачивается до срыва, усилие которого фиксируется на индикаторе.

Результаты определения недренированного сцепления с помощью микропенетрометров и микрокрыльчатки близки к результатам, полученным при трехосных испытаниях по неконсолидировано-недренированной схеме, и позволяют получить предварительное представление о строении грунтовой толщи, ее разделении на ИГЭ, свойствах слагающих ее грунтов. Особенно полезным представляется применение таких исследований на ранних стадиях изучения территории (выборе пункта размещения и площадки объекта).