ПНИИИС Госстроя СССР

Рекомендации

по определению параметров ползучести и консолидации грунтов лабораторными методами

П роизво дственный и научно-исследовательский институт по инженерным изысканиям в строительстве (ПНИИИС) Госстроя СССР

Рекомендации

по определению параметров ползучести и консолидации грунтов

лабораторными

методами

Москва Стройиздат 1989

2. ИСПЫТАНИЯ ГЛИНИСТЫХ ГРУНТОВ НА ПОЛЗУЧЕСТЬ В ПРИБОРАХ ОДНОПЛОСКОСТНОГО СРЕЗА

Общие положения

2.1.    Испытания на ползучесть выполняют для грунтов в пределах контуров расположения наиболее ответственных зданий и сооружений, а также при проектировании противооползневых сооружений и мероприятий на склонах и откосах.

2.2.    По результатам испытаний грунтов в приборах одноплоскостного среза определяют: порог ползучести тц_т = /(о), коэффициент динамической вязкости =/(0 , критическую деформацию сдвига ^_кр, период времени от начала опыта до момента разрушения образца f_Kp = = /(«).

2.3.    В соответствии с физико-технической теорией ползучести Н.Н. Маслова скорость деформации ползучести на поверхности грунтовой толщи выражается следующими уравнениями:

для пластичных глинистых грунтов без необратимых цементационных связей

du-----dz,    (9)

для скрытопластичных глинистых грунтов с коагуляционными и цементационными структуры ми связями

Т — (P_z tgi^_w ⁺

du —--------------dz    (10)

Ч/

или в общем виде:

^т ” ^ТНт

du—---------dz    ,    (11)

где и — скорость сдвиговой деформации, см/с; т — действующее касательное напряжение, МПа; Р₂ — вертикальное давление на глубине г, МПа; tg^, — тангенс угла внутреннего трения, град.; С_с — структурное сцепление, МПа; rj_t — коэффициент динамической вязкости, Па*с, гу = = /(0.

Знак (-) в выражениях (9) — (11) отвечает обратному соотношению значений скорости деформации и и глубины z рассматриваемого слоя грунта.

2.4.    Н.Н. Масловым предложено расчленять присущее глинистым грунтам сцепление c_w на обратимую часть 2^, — сцепление связности и необратимую его часть с_с — структурное сцепление.

(12)

2.5.    Порог ползучести тц_т ориентировочно может быть определен из выражения

^Tlim = ^atS*w ^{+ w}c ■

но для более точного определения следует проводить эксперимент.

10

2.6.    Переход грунта в состояние ползучести может иметь место при одновременном выполнении следующих условий:

т < atg*>_w+ с_с+    (13)

г > atg^_w + с_с .    (14)

2.7.    Разработанный в МАДИ метод испытания грунтов на ползучесть в приборах одноплоскостного среза может применяться для исследований глинистых грунтов с показателем текучести 0 < /^ < 0,5.

Следует применять открытую схему испытаний, обеспечивающую свободный отток воды из образца через верхний и нижний штампы прибора.

Рекомендуемый режим испытаний — деформирование образца с постоянной заданной скоростью сдвига, не зависящей от величины сдвига.

Вертикальная нагрузка на образец должна оставаться постоянной в течение всего опыта. Для предотвращения возможности искажения результатов опытов вертикальная нагрузка не должна вызывать дополнительное уплотнение образца в процессе испытаний.

2.8.    Испытания на ползучесть могут проводиться на монолитных образцах с естественной структурой и влажностью, а также на искусственно приготовленных из глинистой пасты образцах с заданными влажностью и плотностью. Кроме того, для определения параметров ползучести трещиноватых глин или грунтов в зоне оползневых смещений (по старым поверхностям скольжения) рекомендуется испытывать образцы методом '’плашка по плашке”, т.е. предварительно разрезая образец в зоне зазора на три площадки.

Приборы и оборудование

2.9.    Для проведения опытов по схеме одноплоскостного среза с постоянной скоростью деформирования образца используют стандартные срезные приборы конструкции НИС Гидропроекта с некоторыми конструктивными изменениями и др. Приборы должны позволять задавать определенные скорости деформирования и поддерживать эти скорости постоянными в течение опыта. Кроме того, приборы должны позволять создавать большой зазор между нижней и верхней каретками (1 —

1.5    см).

Предпочтительнее использовать автоматизированные приборы, а регистрацию деформаций осуществлять с помощью самописцев.

Конструктивные изменения срезного прибора заключаются в подъеме на 1 - 1,5 см рычажного устройства для передачи горизонтального Срезающего усилия. Это необходимо для сохранения горизонтальности тросика, передающего срезающее усилие, при создании большого зазора (1 -

1.5    см) между каретками прибора.

2.10.    Для предотвращения высыхания образца в процессе опыта его следует заключать в тонкую (не более 0,25 мм) резиновую оболочку, плотно прилегающую к образцу, но не создающую бокового давления на него.

1

2.11.    Для предотвращения сжатия или расширения образца и выдавливания грунта из зазора необходимо на образец в зоне зазора одеть несколько тонких пластмассовых или металлических колец.

2.12.    Образец вырезается стандартными кольцами, входящими в комплект срезных приборов. Первоначальная высота образца должна быть не менее 5 см, диаметр образца 7,1 см, а площадь поперечного сечения 40 см³.

2.13.    Комплектующими деталями должны быть индикаторы часового типа с ценой деления 0,01 мм,самописцы тонкие (1,5 мм), металлические или пластмассовые кольца с внутренним диаметром, равным диаметру образца, плюс двойная толщина резиновой оболочки, секундомер (при использовании неавтоматизированных приборов).

Проведение испытаний

2.14.    Подготовка образца к испытаниям должна выполняться в соответствии с ГОСТ 12248-78.

2.15.    Вырезанный и взвешенный образец извлекается из кольца, заключается в резиновую оболочку, причем, на торцах образца приклеиваются резиновым клеем кружки, вырезанные из такой же резины, после чего образец помещают обратно в рабочие кольца прибора, а в зазоре между нижним и верхним кольцом на образец надевается несколько (3 — 4 шт.) тонких колец. Зазор должен составлять 1-1,5 см. При испытании методом ’’плашка по плашке” образец предварительно разрезается в зоне сдвига на плашки стальной проволокой.

2.16.    После установки образца в прибор с помощью уровня проверяется горизонтальность тросика, передающего срезающее усилие.

2.17.    С помощью штангенциркуля проверяется величина зазора.

2.18.    На подготовленный образец передается вертикальная нагрузка, под которой образец выдерживается до условной стабилизации вертикальных деформаций.

Вертикальную нагрузку следует передавать на образец в одну степень и выдерживать ее не менее 30 мин. При испытании методом ’’плашка по плашке” время стабилизации вертикальней деформации должно быть принято не менее 1 ч.

Масса гирь на рычаге определяется обычным путем с учетом конструкции прибора.

Вертикальная нагрузка должна оставаться постоянной в течение всего опыта.

Рекомендуется из каждого монолита вырезать не менее трех одинаковых образцов-близнецов и испытывать их при трех различных вертикальных нагрузках.

2.19.    После стабилизации вертикальной деформации еще раз проверяется величина зазора и в случае необходимости проводится регулировка зазора с помощью винтов, а затем устанавливается индикатор деформации среза и записывается его начальное показание.

2.20.    Срезающее усилие, необходимое для поддержания заданной скорости деформации постоянной, прикладывается к образцу ступеня-

12

ми. Величина ступеней подбирается эмпирически в зависимости от свойств грунта и выбранной скорости деформирования.

2.21.    По мере нарастания срезающего усилия регистрируется рост абсолютной деформации сдвига. При отсутствии устройств автоматической записи роста деформаций во времени допускается их запись в журнале.

Первая запись производится сразу после приложения первой ступени срезающей нагрузки, а последующие — в зависимости от заданной скорости деформирования через 10, 20, 30 мин, 1 ч, 1 сут и далее 1 раз в сутки.

2.22.    При выборе скорости деформирования образца следует исходить из положения, что прогноз интенсивности деформаций ползучести проводится применительно к стадии неустановившейся (затухающей) ползучести, при которой структура грунта остается практически ненарушенной. На этой стадии отсутствует опасность перехода ползучести в установившуюся и далее в прогрессирующую, что в конечном итоге могло бы привести к разрушению структуры грунта. Как показал опыт наблюдения за сооружениями, для затухающей ползучести характерны малые скорости деформирования, измеряемые долями мм в сутки. Исходя из этого, в опытах следует задавать скорости деформирования грунтов а-10 или а*10”⁹ см/с.

Для определения порога незатухающей ползучести и коэффициента вязкости на стадии незатухающей ползучести можно рекомендовать скорости деформации а-10" ; а<10~⁶ см/с.

2.23.    Окончанием опыта следует считать накопление суммарной абсолютной деформации сдвига 6-7 мм или разрушение образца (срез).

2.24.    В течение всего опыта должны быть обеспечены стабильные условия проведения опыта (постоянные температура и влажность воздуха в помещении), а также должны быть исключены даже самые незначительные динамические воздействия на прибор.

2.25.    После окончания опыта образец извлекается из колец и резиновой оболочки. Производятся контрольные определения плотности и влажности в зоне среза и в нижней и верхней частях образца.

2.26.    Испытания образцов методом ’’плашка по плашке” проводятся в той же последовательности, что и монолитных образцов.

Обработка результатов опытов

2.27. По результатам опытов строятся графики зависимости абсолютной деформации грунта от времени \ = /(/) и роста срезающего усилия г во времени t.

Схематические графики представлены на рис. 4.

Образцы записи результатов опытов и последующей обработки результатов представлены в прил. 2 и 3.

По графику зависимости г = /(f) можно определить порог ползучести тц_т как пересечение касательных к двум участкам кривой (см. рис. 4).

13

Рис. 4. Образец графического оформления результатов испытаний грунта в условиях одноплоскостного среза

Графики: 1 - т = /(f); 2 -\ = f(t). Масштаб: 10 мм — т = 0,02 МПа; X = 0,1 см; t = 10(50) мин

При испытаниях грунта методом ’’плашка по плашке” порог ползучести, как привило, оказывается равным нулю.

2.28. Интенсивность процесса ползучести характеризуется коэффициентом динамической вязкости. В стадии неустановившейся ползучести (затухающей) коэффициент динамической вязкости является величиной переменной. Его можно вычислить на любой момент времени t по формулам:

(15)

^т “ ^Tlim .

_я =-----d,

и

е -^T-d при T_lim ~ 0.    (16)

2.29. В опытах, где наблюдается стадия установившейся ползучести , можно вычислить коэффициент вязкости установившейся ползучести для конечного прямолинейного участка кривой т = fit) по формуле

^ткр ~ ^Tlim

n ,=--------(17)

и

где т_к_ - предельное срезающее усилие, при котором произошло разрушение образца (срез).

2.30. По результатам серии опытов, выполненных из одного монолитного однородного образца, но при различных вертикальных нагрузках, можно построить графики зависимости тц_т = /(а) и т_Кр = /(<?).

14

II. ОБЪЕМНАЯ ПОЛЗУЧЕСТЬ И КОНСОЛИДАЦИЯ

3. ИСПЫТАНИЯ ГРУНТОВ НА ОБЪЕМНУЮ ПОЛЗУЧЕСТЬ И КОНСОЛИДАЦИЮ В КОМПРЕССИОННЫХ ПРИБОРАХ

Общие положения

3.1.    Изложенные в настоящем разделе рекомендации распространяются на типы глинистых, пылеватых и биогенных (органических и органоминеральных) водонасыщенных грунтов (S_r > 0,8) и содержат методы определения консолидационных параметров, основанные на обработке результатов испытаний грунтов на консолидацию, выполненных в условиях компрессионного сжатия.

3.2.    Консолидацией называется нестационарное деформирование под действием внешних силовых факторов нескальных грунтов, состоящих из твердой фазы, поровой воды и газообразных включений.

3.3.    Твердая часть грунтов представлена минеральными и органическими частицами, различными по химическому составу, размерам и форме, объемной сжимаемостью которых при математическом описании процесса консолидации пренебрегают. Взаимодействие между отдельными частицами происходит в местах их наибольшего сближения (по контактам) и осуществляется либо за счет коагуляционных связей, характерной особенностью которых является наличие прослойки жидкости между контактирующими поверхностями частиц, либо в результате образования кристаллизационно-конденсационных связей за счет сил химической природы. Совокупность твердых частиц с адсорбированными пленками прочносвязанной воды, взаимосвязанных в пространстве посредством сил разнообразной физико-химической природы, образует первую фазу грунта — его скелет.

3.4.    Второй фазой является заполняющая поры между частицами и агрегатами свободная гидравлически непрерывная (капиллярная и гравитационная) вода, а также рыхлосвязанная с поверхностью твердых частиц влага, которая способна перемещаться под действием возникающих в ней градиентов давлений при передачи на грунт нагрузки.

3.5.    В водонасыщенных грунтах некоторый объем пор занимает газ, находящийся в виде замкнутых (защемленных) пузырьков воздуха и растворенных в поровой жидкости газов. Для грунтов со степенью влажности более 0,8 полагают, что газовая составляющая как отдельная фаза не существует. Принимая, что газ в основной своей части равстворен в поровой воде, наделяя ее повышенной сжимаемостью, водонасыщенные дисперсные грунты в математических моделях консолидации рассматриваются как квазидвухфазные.

3.6.    Приложенное к грунту внешнее давление воспринимается его скелетом, поровой водой и газовой составляющей. Деформация скелета происходит в зависимости от вещественного состава твердых частиц плотности их упаковки, их размеров, формы, толщины гидратных оболо-

15

чек, физико-химической природы и прочности структурных связей, а также от характера действия уплотняющей нагрузки. При объемной деформации скелета происходит уменьшение порового пространства за счет взаимного смещения, переориентации и увеличения плотности упаковки частиц твердой фазы.

Возникающее гидростатическое давление в поровой жидкости является причиной ее сжимаемости и фильтрационного отжатия из грунтовой толщи. Таким образом, в процессе уплотнения грунтов возникает взаимное перемещение элементов их скелета и газированной поровой жидкости, т.е. происходит изменение соотношения фаз в единице объема.

3.7.    По данным многочисленных экспериментов, у илов и слабоуплотненных водонасыщенных грунтов текучей и текучепластичной консистенции приложенная нагрузка полностью или в значительной части передается на воду и вызывает ее фильтрацию из пор, при этом максимальная величина порового давления наблюдается в момент приложения нагрузки. У грунтов мягкопластичной консистенции с более выраженными структурными связями уплотняющая нагрузка воспринимается как поровой жидкостью, так и скелетом грунтов, а поровое давление развивается постепенно — сначала возрастает до некоторого максимального значения, затем падает до 0. После полного рассеивания порового давления грунты продолжают деформ1фомться в результате ползучести скелета.

3.8.    С учетом характера процессов, вызывающих уплотнение водонасыщенных грунтов в различные периоды времени, процесс консолидации условно разграничивают на две фазы: первичную или фильтрационную и вторичную, обусловленную ползучестью скелета грунта. Время завершения этапа фильтрационной консолидации устанавливается по консо-лидационным кривым, построенным в координатах S — Igf, или экспериментально по моменту полного рассеивания порового давления. В зависимости от плотности, влажности, особенностей структуры грунтов и величины действующей на них нагрузки соотношение фильтрационных и реологических явлений в процессе консолидации грунтов различно. У торфов, сапропелей, илов и слабоуплотненных глинистых и пылеватых грунтов, содержащих большое количество свободной и слабосвязанных форм влаги, доля деформаций, обусловленных фильтрационными явлениями, составляет от 55 до 96 %.

С повышением плотности грунтов и увеличением их структурной связанности в развитии процесса уплотнения грунтов преобладающими становятся осадки, вызванные реологическими свойствами скелета, а в грунтах, содержащих только прочносвязанную воду, вся осадка обусловлена проявлением ползучести скелета грунтов.

3.9.    При одномерном сжатии без возможности бокового перемещения частиц процесс консолидации грунта под действием постоянной нагрузки имеет затухающий характер, и для большинства глинистых и органоминеральных грунтов могут быть установлены время стабилизации и величина конечной осадки грунта под заданной нагрузкой.

ЗЛО. В зависимости от физического состояния и степени водонасы-щенности грунтов принимаются различные решения теории консолидации — математические модели, основанные на совместном учете ведущих

16

Рис. 5. Характерное распределение осадки и порового давления во времени по теории фильтрационной консолидации

и пылеватые грунты текучей и текучепластичной консистенции с коагуляционными структурами и торфы при первой ступени нагружения.

3.18.    Учет сжимаемости газированной поровой жидкости и ползучести скелета выполнен в моделях консолидации квазидвухфазных грунтов Ю.К. Зарецкого, В.А. Флорина, З.Г. Тер-Мартиросяна и др.

3.19.    Уравнение консолидации, соответствующее этим моделям, при экспоненциальном ядре ползучести имеет вид:

д /    ^Г

--(е(х,0 +/6 -expt-б^Г-О] -€(x,v)dv -ot \

где c = ^cp^>/^w^mc^ ~ коэффициент консолидации; В = 1/(1 + ^mwⁿcp^ /m_c) — начальный коэффициент порового давления.    ^v

Краевые условия для случая двухсторонней фильтрации записываются следующим образом:

е (0,0 = е (й,0 = m_ca {l + ~[ 1 - exp (-6    ]);    (27)

^ei

е(х,0) = (1 - В)т_са.

3.20. Прогноз развития осадки во времени для модели консолидации (26) при краевых условиях (27) производится по формулам:

( Ь    85    оо    Л

5(0 = m_Qoh |l +—[l-exp(-6j0]---2    */(0},    (28)

^{1 6}l    /=1,3,5...    '

¹    г    6    1

Где *>_z*(0 =-т-М/ { exp(w_t0 +-----[    exp(cj,0    -exp(-6j0    П-

/    ^    6j+cj|    J

19

УДК 624.131.37 : 624.131.22

Рекомендовано к изданию решением инженерно-геологической секции научно-технического совета ПНИИИС Госстроя СССР.

Рекомендации по определению параметров ползучести и консолидации грунтов лабораторными методами / ПНИИИС — М.: Стройиздат, 1989, 64 с.

Даны указания по определению параметров ползучести и консолидации грунтов в лабораторных условиях, предлагаются различные методы испытаний, по результатам которых устанавливают порог ползучести, коэффициент вязкости, критическую деформацию ползучести, время протекания ползучести при заданной скорости деформирования и другие параметры.

Рассмотрены теории расчета прогноза напряженно-деформируемого состояния во времени грунтов различного физического состояния. Даны описание рекомендуемых приборов, методики проведения испытаний и обработки полученных результатов. Предлагается новый расчетный способ нахождения параметров консолидации и ползучести с применением ЭВМ.

Рекомендации не распространяются на глинистые грунты с крупнообломочными включениями, а также грунты в мерзлом состоянии.

Для инженерно-технических работников изыскательских и проектных организаций.

Табл. 4, ил. 15

3202000000 - 292

Р--------------Инструкт.-нормат.,    Т    вып.    -    116    -    88

047(01)-89

©Строииздат, 1989

-0/ f exp(cj₂f) +-----[exp(cj₂f)    -    ехрС-б^))) ) ;

б+fij + wj    fi+fij+wj    i    0,5

Ai =     ;    D_t    =--------; “i ,2 = -Qi * (C«- ^Ri> :

cjj — u>2    —    u>2

Qj = 0,5 (6 | +B8 +cBa) ) ;/?,* = SBcaf; a,-= iirfh .

Для расчета гидростатического давления в поровой жидкости исполь^ зуется зависимость

P_w(x,t) = —Во Е    Ф/(0    sm(afX),

^Я /= 1,3,5...

где 1^(0 =-l-[i4_I*exp(cj₁r) - 0,ехр (u>₂f) ].

Характерное распределение осадки и порового давления по теории фильтрационной консолидации представлено на рис. 6.

Рис. 6. Характерное распределение осадки и порового давления во времени по формулам, учитывающим сжимаемость поровой жидкости и реологические свойства скелета грунта

3.21.    Областью применения выражений (28) и (29) являются грунты, описанные в п. 3.17, для последующих ступеней нагружения и всего периода консолидации.

3.22.    Использование в ММК более сложных видов ядер ползучести (например, разработанных Н.Х. Арутюняном для нестабильных материалов) связано с разрешением принципиальных трудностей в нахождении их параметров.

3.23.    Грунты неводонасыщенные, водонасыщенные, но имеющие консистенцию, близкую к полутвердой, а также водонасыщенные почти полностью и практически не содержащие газы (< 1 %), при условии полного завершения этапа фильтрационной консолидации следует рассматривать как однокомпонентные (квазиоднофазные).

Прогноз развития осадки во времени квазиоднофазных грунтов может быть получен по формуле

S(f) =ham_cl 1 + --(1 — exp ( —6 jf) ) ].

⁶l

20

ПРЕДИСЛОВИЕ

Одной из главных задач инженерных изысканий, особенно для крупных объектов, являются оценка и прогноз изменений свойств грунтов при взаимодействии с сооружениями и окружающей геологической средой (СНиП 2.02.01-83).

В практике строительства наблюдаются довольно частые случаи медленных деформаций грунтов в основании сооружений, откосах и склонах, в результате чего возникают аварийные ситуации. Причиной длительных деформаций является ползучесть грунтов. В зависимости от вида напряженного состояния массива грунтов может проявляться объемная или сдвиговая ползучесть.

Из-за отсутствия необходимой методики оценки параметров ползучести в настоящее время проектирование сооружений ведется без должного учета и прогноза длительных деформаций.

Учитывая актуальность и необходимость разработки такой методики ПНИИИС совместно с МИСИ, МАДИ и Калинингражданпроектом проводил в течение ряда лет методические исследования, послужившие основой для составления данных Рекомендаций.

Рекомендации разработаны ПНИИИС Госстроя СССР (доктор геол.-минер. наук Р.С. Зиангиров, канд. геол.-минер. наук Л.А. Аносова, Т.И. Робустова, инженеры И.С. Бочарова, Ф.Ф. Хамматова); МИСИ им. В.В. Куйбышева (канд. техн. наук Л.Н. Рябченков); МАДИ (канд. техн. наук З.М. Караулова); Калинингражданпроект (канд. техн. наук Б.В. Сухарев).

I. СДВИГОВАЯ ПОЛЗУЧЕСТЬ

I. ИСПЫТАНИЯ ГЛИНИСТЫХ ГРУНТОВ НА ПОЛЗУЧЕСТЬ В ПРИБОРЕ МНОГОПЛОСКОСГНОГО СРЕЗА

Общие положения

1.1.    Во многих природных склонах, сложенных достаточно прочными грунтами, наблюдаются непрерывные медленные деформации слоев грунта, обусловленные ползучестью. При проектировании инженерных сооружений на склонах необходимо решать две задачи:

оценка вероятности катастрофического смещения грунтового массива и определение момента времени, когда оно может произойти;

прогноз возможного перемещения поверхности склона и влияние накапливаемых смещений на эксплуатационные характеристики проектируемых или построенных на склоне сооружений.

1.2.    Для описания зависимости скорости деформаций сдвига от напряженного состояния рекомендуются уравнения:

т

у = —7-7- при т < T_lim ;

n„(<V

^т ~ ^Tlim У =--- при    г    >    т_Пт,

где у — скорость угловой деформации, 1/с; т — действующее касательное напряжение, МПа; гц_т =/₂ (а_э)-порог ползучести, МПа; т\, = f_x (о_э) -коэффициент вязкости Па-с; n_vg =/3 (с_э) - коэффициент вязкопластического течения, Па*с.

В уравнение (2) следует подставлять значения т^_т для эффективных нормальных напряжений о_э, определяемых как разность тотального и нейтрального напряжений. Тотальное напряжение — это вертикальное напряжение, приложенное к поверхностям образца. Нейтральное напряжение равно давлению жидкости в порах образца.

1.3.    Рассмотренная методика может применяться д)хя исследований глинистых грунтов с показателем текучести > 0,25, а также для похожих с ними по физическим свойствам материалов.

1.4.    При определении параметров уравнений (1) и (2) рекомендуется использовать следующие схемы испытаний:

открытую схему, при которой обеспечивается свободный отток жидкости из образца через верхний и нижний штампы;

закрытую, при которой выдавливаение жидкости из образца исключается. Для этого предпринимаются меры, оговоренные в техническом описании применяемого грунтоиспытательного устройства.

4

Выбор схемы обусловливается инженерно-геологическими условиями конкретной строительной площадки. При затруднениях в выборе схемы рекомендуется применять закрытую схему как основную, с измерением значений о^.

1.5. При определении параметров уравнения (2) рекомендуется использовать следующие режимы испытаний:

режим заданных постоянных во времени касательных напряжений т при заданных постоянных во времени нормальных напряжений Ор При этом деформации образца не должны влиять на величины г и Oj.;

режим заданных постоянных во времени скоростей сдвига у, не зависящих от величины сдвига у. Напряжение ctj. при этом сохраняется постоянным, не зависящим от деформаций образца;

режим релаксации напряжений при заданных постоянных во времени относительных горизонтальных перемещениях. При этом режиме испытаний замеряются изменяющиеся во времени значения т. Значение при этом сохраняется постоянным, не зависящим от деформаций образца грунта.

Выбор режима обусловливается прежде всего наличием необходимого оборудования. Как основной рекомендуется режим заданных постоянно действующих касательных напряжений.

Приборы и оборудование

1.6.    Для испытаний образцов грунта рекомендуется прибор многоплоскостного среза, схема которого представлена на рис. 1.

1.7.    Для проведения испытаний образцов в приборе должны соблюдаться следующие условия: начальная высота образца Л₀ =3,5 см; диаметр d*~ 7,136 см; площадь поперечного сечения F = 40cm². Допустимая

Рис. 1. Схема прибора многоплоскостного среза (в разрезе)

1 - регулировочный винт; 2 - прокладки; 3 - трубки; 4 — перфорированные ш там п ы; 5 - гай к и; 6 -обоймы; 7 - площадка; 8 - полукольца; 9 - стержни; 10 - проушина; 11 - 12 - гайки; 13 - оболочка

Ю

вертикальная осадка образца 5 = 1 см, а горизонтальное смещение торцов М =1,5 см. Допустимые вертикальное напряжение в образце и внутреннее давление на стенки прибора до 2 МПа.

Прибор обеспечивает:

одномерное уплотнение образца по вертикали; сдвиг образца;

испытания по открытой схеме; испытания по закрытой схеме;

герметичность образца и его предохранение от высыхания в течение не менее 12 мес;

измерение нейтральных напряжений о^; искусственное создание нейтральных напряжений; испытание в режимах заданных сдвигающих касательных напряжений, релаксации и в режиме заданных скоростей сдвига.

1.8.    Прибор приспособлен для установки в стандартное рычажное устройство сдвигового прибора НИС Гидропроекта. При незначительных изменениях он может быть установлен в корпус стандартного сдвигового прибора ВСВ-25.

1.9.    В целях повышения производительности труда и качества испытаний прНбор следует снабжать стандартным электронным оборудованием, обеспечивающим запись результатов в автоматическом режиме.

1.10.    Прибор снабжается следующими комплектующими изделиями и приспособлениями:

устройством для извлечения образца из металлического кольца стандартного прибора одноплоскостного среза;

стандартными индикаторами перемещений часового типа с ценой деления 0,01 мм или аналогичными им измерителями перемещений; комплектом ключей согласно спецификации на прибор.

Проведение испытаний

1.11.    Подготовка образца к испытаниям должна выполняться в полном соответствии с нормами проведения опытов в стандартном приборе одноплоскостного среза.

1.12.    Подготовка прибора к опыту (см. рис. 1) : завинтить и затянуть трубки 3 с прокладками в штампы 4;

надеть на нижний штамп оболочку 13, насадить на него кольцо 6 и навинтить, не затягивая гайку 5;

узел установить на стол рычажного устройства, навинтить и затянуть гайку /7, затянуть гайку 5;

растянуть верхнюю кромку оболочки и надеть ее на кольцо 6 так, чтобы она не мешала установке образца на штамп; вынуть образец из металлического кольца и с прокладками фильтровальной бумаги) на торцах установить на нижний штамп, придерживая образец, снять с кольца оболочку и расправить ее на боковой поверхности образца; вставить стержни 9 в гнезда кольца 6; соблюдая маркировку, установить полукольца 5; установить верхний штамп 4 на верхний торец образца; при этом

6

верхняя кромка резиновой оболочки должна быть равномерно размещена на боковой конусной поверхности штампа;

установить кольцо 6, навинтить и затянуть гайку 5; надеть винт 7, заранее завинченный в верхнюю перекладину рычажного устройства; вращением винта 7 отрегулировать рычаг до нормального исходного положения;

для проведения опыта по открытой схеме в трубки 3 вставить дополнительные металлические трубки с плотно надетыми на них эластичными шлангами; присоединение нижней дополнительной трубки герметизировать прокладкой 2, затянув гайку 12; присоединение верхней дополнительной трубки герметизируется прокладкой 2 автоматически при приложении к винту 7 вертикальной силы; свободные концы шлангов опустить в сосуд с водой; во избежание попадания воды из сосуда в образец уровень воды в сосуде должен быть ниже нижнего торца образца;

для проведения опыта по закрытой схеме вместо дополнительных трубок в трубки 3 вставить металлические стержни и герметизировать соединения, затянув гайку 12 и приложив вертикальную силу к винту 7, предварительно заполнив полости штампов 4 водой согласно техническому описанию приборов;

для измерения нейтрального напряжения вместо стержня в одну из трубок 3 вставить трубку жесткого манометра;

для регулирования нейтрального напряжения к другой трубке 3 подключить регулятор нейтрального давления.

1.13. Приложение нагрузок (режим заданных напряжений): вертикальная сила P_t необходимая для создания нормального напряжения Ор передается на винт 7 с помощью рычажного устройства. Вес гирь на длинном плече рычага вычисляется по формуле

R = a^Fk - Qk ,    (3)

где к - отношение короткого плеча рычага к длинному; Q — вес рамы рычажного устройства.

Горизонтальная сила /, необходимая для создания напряжения т, прикладывается через серьгу к проушине 10. Величина силы вычисляется по формуле

Т = тУк.    (4)

Осадка образца S и горизонтальное перемещение верхнего торца образца М измеряется с точностью 0,01 мм. Начальные показания приборов устанавливаются до приложения R и Т.

Сила Т прикладывается ступенями. Первая ступень прикладывается после условной стабилизации осадки S. Критерием наступления условной стабилизации осадки является величина AS <0,015, накопленная за 8 ч наблюдений.

Величина ступени т выбирается ориентировочно с учетом прочностных показателей грунта (tp_w и c_w) и напряжения а_э. От начала нагружения силой Т до конца опыта (разрушения образца или исчерпания допус-

7

тимого горизонтального смещения М = 1,5 см) должно быть не менее шести равномерных степеней нагружения. В первом приближении можно принимать значение ступени, равной 1/8 Т’щед, где Т’дред - предельное значение Т в опытах на одноплоскостной срез при одинаковых значениях

^аэ*

При отсутствии устройств автоматической записи значений М и t допускается их запись в журнале: первая запись делается сразу после приложения нагрузки, вторая и последующие записи производятся с интервалами через 5, 20, 180 с; 5, 30 мин; 2, 4 ч и далее — два раза в сутки в начале и конце рабочего дня.

Каждая ступень Т выдерживается до состояния условной стабилизации скорости сдвига. За стабилизацию принимается равенство (с точностью до 10%) приращений значений АМ, полученных в течение трех рабочих дней.

Для конкретизации параметров уравнения (2)» необходимо проведение самостоятельных опытов при различных значениях а_э = а^, о”, о* . Значения о_э назначаются из условия максимально возможного приближения напряженного состояния образца к природному в совокупности с изменениями напряженного состояния при строительстве и эксплуатации сооружения.

Обработка результатов опытов

1.14.    Основой для конкретизации уравнения (2) являются построенные по результатам опытов графики: зависимости 7 от t (времени); у от т; 7 от т; гд_тота_э; т от t (иллюстрационная).

Характерный вид графиков представлен на рис. 2.

1.15.    При автоматизированной записи 7 — t необходимо настроить оборудование таким образом, чтобы запись производилась в масштабах: по оси времени 1 ч - 1 см; по оси у - 0,01 - 0,5 см на формате 297х х420 мм в правой части формата. Разметка формата под график показана на рис. 3. Масштабы т, 7 и а_э не нормируются.

1.16.    При отсутствии устройств автоматизированной записи допускается запись результатов вручную в журнал испытаний по форме прил. 1.

1.17.    Значения у вычисляются по формуле

7 = Mjh ,    (5)

где h = h₀ — S — высота образца после осадки.

1.18.    Значения у вычисляются по формуле

7 = Ay/At,    (6)

где Д7 = 7j - li—\ — разность значений 7, вычисленных по формуле (5), отвечающих началу и концу отрезка времени At, At = f₍* — tj_± — последние 6 - 8 ч деформации образца на данной ступени.

1.19.    Вычисления по формулам (5) и (6) сводятся в таблицу.

Рис. 2. Характерный вид графиков при испытаниях грунта в приборе многоплоскостного среза

Рис. 3. Образцы графиков при испытаниях в приборе много-плоскостного среза с автоматической регистрацией деформаций

1.20.    Каждому опыту должен отвечать один формат рис. 3 с графиками, построенными поданным пп. 1.15 — 1.19.

1.21.    По Группе опытов для разных значений о_э строятся графики по форме, согласно рис. 2. При этом экспериментальные данные аппроксимируются графиками с соблюдением подобия для разных значений зависимостей т - 7 и т - % а также линейной зависимости тц_т от а_э.

1.22.    Значения вычисляются по формуле:

Ну - Ат/Ау ,    (7)

Где Дт и Ау определяются по графику зависимости у от т на ее началь-ном участке.

1.23. Значения r\_v^ вычисляются по формуле

Пу0 = Ат/Ау\    (8)

где Дт и Д7 определяются по графику зависимости у от т на ее конечном участке (см. рис. 2).

9