Рекомендации Рекомендации по методам определения коэффициентов бокового давления и поперечного расширения глинистых грунтов
ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ
НАУЧНО- И ССЛЕДОВАТЕЛЬСК ИЙ ИНСТИТУТ
ОСНОВАНИЙ И ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ
ИМЕНИ Н .М. ГЕРСЕВ АН ОВА
ГОССТРОЯ СССР
РЕКОМЕНДАЦИИ
ПО МЕТОДАМ ОПРЕДЕЛЕНИЯ
КОЭФФИЦИЕНТОВ БОКОВОГО ДАВЛЕНИЯ
И ПОПЕРЕЧНОГО РАСШИРЕНИЯ
ГЛИНИСТЫХ ГРУНТОВ
МОС К ВА - 1978
В Р еком ендаци ях изложены методы определен ия бокового давлен ия и поперечного расширения глини сты х грунтов в стабил омет рах типа Б с площадью штампа, равной площади образц а. Конструкция стабил омет ра позволяет передавать независимо друг от друга вертикальное и боковое давления измерять боковое давление, вертикальны е (продольны е) и объемные деформац ии. Поперечное расширение грунта вы числяют по количеству вы тесненн ой жидкости из гидравлической камеры в волюмо мет р на основе принятого положения, что поперечные деформации пропорциональны изменению уровня жидкости в волюмо мет ре.
Методы разработан ы применительно к глинистым грунтам от текучей до полутвердой консистенции.
Достоверность п редл оженны х методов подтверждена исследованиями бокового давления и поперечного расширения характерны х видов глинистых грунтов и некоторых материалов эталонов.
Рекомендац и и предназначены для инженерно-технических работников производственных и научно-исследовательских грунтовых лабораторий.
Рекомендации составлены в лаборатории методов исследования Н И И оснований старшим научным сотрудником Г.В. Сорокиной. В экспериментальных исследованиях принимали участие мл. научн. с отр. Н.П. Б етел ев и ст. т ехник Г.П. Шишкина.
1. Общие положения
1 .1 . Рекомендации предназначены для инж енерно- техни чески х работников п ро изводств енны х и научно- исследовательских грунтовых лабораторий, произ водящих исследование грунтов оснований гражданских и промышленных сооружений.
1 .2 . Рекомендации распространяю тся на определение коэффиц иентов бокового давления покоя ξ и поперечного расширения μ глинистых грунтов ненарушенного и нарушенного сложения от те кучей до полутвердой консистенц ии при определении бокового давления и поперечного расширения в стабил ометрах типа Б, при нормальных давлениях до 0 ,5 МПа.
Конструкция стаб ил ометра позволяет передавать на образец независимо друг от друга вертикальное и боковое давлени е и измерять боковое давление, продольны е (вертикальны е) и объемны е деформации.
1 .3 . Коэффициентом бокового давления покоя следует называть коэффициент бокового давления для грунта в стабилизированном состоянии при неизменн ом положении вертикальны х сечений образца и отсутствии касательных напряжений по ним.
1.4 . Коэффициент бокового давления покоя ξ грунта определяется из отношения бокового давления σ2 = σ3 к нормальному давлению σ1 :
ξ = σ2/σ1. (1)
Нормальное давление следует з адавать исходя из условий работы грунта основания в интервале давлений, соответствующи х давлению, эквивалентному природному σэ или давлению, соответствующему структурной связности σстр*, и заданному прое ктному давлению.
*) Р уководство по определению прочности илов и зато рфо ванны х грунтов, М., Стройи здат, 1977 .
Боковое давление определяется из опыта в стаб ил омет ре с применением аэростатического маноме тра (капиллярная трубка). Боковое давление вычисляется по формуле:
σ 2 = σ 0 ( L 0 / Li - 1 ), (2 )
где σ 2 - давление в капилляр е, равное боковому давлению в образце, в МПа;
σ 0 - атмосферное давление в МП а;
L 0 - дли н а столбика воздуха до опы та при атм осферном давлении;
Li - длина столбика возду х а после сжатия в конц е опы та.
1.5 . Коэффициент поперечн ого расширения μ определяется из отношения приращения относительной поперечной деформации lr = lθ к приращени ю относительной вертикальной деформации lz при постоянной нор м альной нагрузке σz и при условии допущения равномерного расширения образца по высоте:
μ = lr /lz . ( 3)
Нормальное давление в опыте должно быть больше σ стр и меньше разрушающего. Вертикальные деформации грунта измеряются по перемещению штампа. Поперечное расширение lr = lθ рекомендуется измерять по количеству в ы тесненной жидкости из гидравлической камеры в волю мо метр и, принимая, что поперечные деформации пропорциональны изменению уровня жидкости ∆ h в вол ю мометре, вычислять по форм уле:
(4)
где f - площадь трубки вол ю мо мет ра;
∆ h - изменение положения мениска в волюмометре;
R 0 - радиус образца до опыта;
H - высота образца до опыта.
1.6 . Коэ ффициенты бокового давления и поперечного расширения с вязаны между собой зависимостями:
ξ = μ /( 1 - μ ); ( 5 )
μ = ξ /( 1 + ξ ). ( 6 )
Следует иметь в виду, что эта зависимость с праведлива для случая, когда главны е деформации l 2 = l 3 = 0. Для случая осеси ммет ри чн ой деформации, когда l 2 = l 3
( 7 )
2. Требования к аппаратуре и подготовке образцов глинистых грунтов для определения бокового давления и поперечного расширения в стабилометре
Подготовка образцов
2 .1 . Для определен ия бокового давления и поп ереч ного рас ширения глини стых грунтов ненарушенного сложения образ цы должны отбираться из скважин с уровня зачищенного забоя грунтоносами, желательно обу ри вающи ми , обеспечиваю щими ненарушенное сложение и сох ранение природной влажности образцов, или из откры ты х выработок в виде монолита размером 20×20×20 см, а для ил ов, сохраняю щих форму только в жесткой таре, м етодом режущего кольца по ГОСТ 5182 -78*). Диаметр образцов должен быть не менее 70 м м при высоте не менее двух диаметров.
*) Грунты. Метод лабораторного определения об ъ емного вес а, М., Издательство стандартов, 1978 .
2 .2 . Для определения бокового давления и поперечного расширения грунтов нарушенного сложения рекомендуется готовить образцы трамбованием глинистого грунта пластичной консистенции в цил индре диаметром 55 мм и высотой 130 мм. Для обеспечения наибольшей однородности образцов рекомендуетс я готовить грунт заданной плотности в лотке размером 150 ×150×150 мм одновременно для четы рех образцов диаметром 55 мм. В лоток следует закладывать грунт текучей или теку чепл асти чн ой консистенции и доводить его до заданной плотности по методике, изложенной в Руководстве**.
** ) См. ссылку на 1 стр.
2.3 . Для определения бокового давления и поперечного расширения в стабилометре образцы грунтов должны иметь форму правильных цилиндров. Рекоменд уется применять образцы диаметром 55 м м и высотой 120 - 130 мм в зависимости от ожидаемой осадки грунта под вертикальной нагрузкой.
2 .4 . Для получения образцов в виде правильных цилиндров из глинистых грунтов рекомендуется применять прибор, снабженный заменяемой мн ого зубой полой фрезой. Описание прибора дано в п рил. 1. Мо нолит грунта помещают на стол прибора, закрепляют через жесткие стенки в тисках и с помощью механизма подъ ема стола подводят к основанию полой фрезы. Затем включают электродвигатель в электросеть. Фреза начинает вращаться, врезается в монолит и вы буривает образец. Когда верхняя пл оскость фрезы совместится с поверхностью мо нолита, стол с монолитом постепенно опускают механизмом до упора. Электродвигатель вы ключают из электросети. Фрезу с образцом отвинчивают от верхней крышки, и образец вы давливают штампо м сниз у вверх . Цилиндрические образцы допускается вы резать тонкостенным металлическим стаканом с тонким режущим краем.
2.5 . Дл я каждого образца исследуемого грунта должна быть определена плотность γ (ГОСТ 5182-78 ) и влажность (ГОСТ 5180-75)*) до и после опыта.
* ) Грунты. Метод лабораторного определения влажности. М., Издательство стандартов, 1975 .
2 .6 . Дл я каждого исследуемого на боковое давление и поперечное расширение грунта должны быть определены: влажность на г ранице текучести WL и на границе рас к аты вания WP (ГОС Т 5183-77)**), удельный вес γr (ГОСТ 5181 -78)***) и структурная связность методом расплющи вани я. («Инструкция по определению структурной связности пластичных глинистых грунтов». М., М аш ст ройи здат, 1950 ).
** ) Грунты. Метод лабораторного определения границ текучести и раскатывания. М., Издательство стандартов, 1977 .
*** ) Г рунты . Метод лабораторного определения удельного веса, М., Издательство стандартов, 1978 .
А п паратура
2 .7 . Дл я определения бокового давления в глинистых грунтах м ожет быть использован стабил омет р типа Б (рис. 1) с площадью образца, равной площади штока, любой конструкции, допускающей испытание образцов с отношением высоты к диаметру от 2 до 3 , измерение бокового давления без возможности поперечных деформаций образца. Стабилометр должен быть снабжен нагрузочны м устройством рычажного типа, обеспечивающим плавность приложения нагрузки и постоянство вертикального давления на образец в течение опы та.
Д л я замера объемных деформаций при определении поперечных расш ирений стабилометр должен иметь волю мо мет р 1, соединенный с гидравлической камерой и клапан (кран) 2 перекрытия соединительной трубки (рис. 2). Мо жет быть также использована приставка для замера объемных деформаций, соединенная с прибором (рис. 3), разработанн ая в институте.
Приставка состоит из во люмом ет ра или измерительной трубки 1 для замера объемных деформац ий, бачка 2 для заполнения водой рабочей камеры и долив а воды в во лю мо мет р. Эта система соединяется с ресивером для передачи и поддержания бокового давления при необходимости с оздания заданного напряженного состояния. Устройство для измерения объемн ых деформаций оборудовано вентилями. Вентиль 6 перекрывает доступ воды в измерительное устройство из рабочей камеры; 5 и 4 отключают резервный бачок 2 и мерную трубку 1 , и вентиль 3 служит для слива воды из измерительной трубки.
2 .8 . Боко вое давление в образце при приложении вертикальной нагрузки следует измерять аэростатическим манометром.
Прибор должен обеспечивать максимальное боковое давление не менее 0 ,4 МП а, измеряемое по шкале манометра с точностью 0,001 МП а.
2 .9 . Резиновая оболочка 10 (см. рис. 1) отделяющая образец грунта от гидравлической камеры 6 , заполненной водой, должна соответствовать диаметру образца и быть на 6 - 7 см длинн ее корпуса камеры. Прочность резины должна обеспечивать испы тание грунта в стабил ометре при нормальных нагрузках до 0 ,5 МПа.
Перед оп ы том следует определять по формуле боковое давление σр на образец от растянутой резины:
σр = (D/d - 1)2bE/D, (8)
D - внутре н ний диаметр резиновой оболочки до рас тяжения;
d - диаметр образца;
b - толщина стенки резиновой оболочки;
E - модуль упругости резины при растяжении *).
Рекомендуетс я толщина резиновой оболочки от 0,5 до 1 мм.
Примечание *) . Прозрачная резина изделий, изготовляемых Б аковским резиновым заводом по ГОСТ 4645-49 , имеет Е-0,9 МПа и сопротивление разрыву 15 МПа при восьмикратном удлин ении.
2 .10 . Осевая нагрузка на образец должна передаваться методом принудительного наг ру жени я через жесткий штамп. Для передачи осевой нагрузки рекомендуется пользоваться рычажными прессами типа пресса системы В.М . В есел овского, описание которого дано в прил. 2.
2.11 . Осевую деформацию образца грунта следуе т определять по перемещению штампа, а измерение осевой деформации производить самописцем или индикатором часового типа (мессу ра) с точностью до 0 ,01 мм. Индикаторы должны иметь паспорт, подтверждающий точность из м ерен ий и прохождение государственной поверки.
Рис. 1 Модернизированны й стабиломет р Цилю рик а:
1 - днище; 2 - перфорированное основание; 3 - канал, 4 - трубка для удаления воды из образца; 5 - к орпус камеры ; 6 - гидравлическая кам ера; 7 - рабочая к аме ра; 8 - патрубок, соединяю щий аэростатический манометр 9 с гидравлической камерой; 10 - резиновая оболочка; 11 - выступы сте нки корпуса кам еры; 12 - металли ческий фланец; 13 - штамп; 14 - стяжны е болты; 15 - трубка для заполнения гидравлической камеры водой; 16 - отверстия под стяжны е болты
Рис. 2 Модернизировавши й стабиломет р Медков а:
1 - волюмомет р; 2 - кл апан (к ран) перек рытия т ру бки волюмомет ра; 3 - ме ссу ры
Рис. 3 Приставка для замера объемны х деформаций, соединенная с модерниз ированны м стабил омет ро м М едк ова
2 .12 . При передаче осевой нагрузки на образец посредством пресса следует провести его тарировку и определить коэффициент трения f 1 по формул е:
f 1 = N ' / Q , ( 9 )
где f 1 - ко э ффициент трения рычажного пресса;
N ' - усилие, передаваемое на шток рычажным прессом;
Q - задавае м ая нагрузка.
2 .13 . Стабил омет р н еобходимо перед работой о прессовать. Для оп рессовки стабил омет р собирают в соответствии с п. 2.15., заполн яют гидравлическую камеру дистиллированной, прокипяченной водой в соответствии с пп . 2.16; 2.17. В рабочую камеру помещают металлическую болванку, равную размеру образца, задают гидростатическ ое давление до 0,5 МП а. Под давлением камеру выдерживают 24 часа. Если падени я давления за это время не происходит, прибор можно и спользовать для испытания грунтов.
Стабилометр следует также п ро тари ро вать с металлической болванкой для установления поправок на деформации.
2 .14 . Определение бокового давления и поперечного рас ширения грун тов должно производиться в помещении с конди ционером для поддержания постоянной температуры.
Испытания могут также производиться в термокамере. Кратковременн ы е испытания допускается проводить в камере из терм оизоляционного материала (с м. прил . 3).
Подготовка прибора к определению бокового давления и поперечного расширения г рун тов
2.15 . Перед определением бокового давления или поперечного расширения грунтов все части стабил омет ра тщательно протирают. Стабилометр собирают в следую щей последовательности. Внутрь корпуса камеры 5 пропускают резиновую оболочку 10 и натяги вают ее на выступы корпус а камеры (см. рис. 1 ). Резиновую оболочку загибают на в н ешнюю сторону корпуса и закрепляют резиновыми уплотнителями круглого сечения в желобках. Корпус камеры ставят на днище 1 , а на верхний торец корпуса помещают круглый ме таллический фланец 12 , с отверстиями под стяжные болты. Ве рхний фланец с днищем соединяют стяжными болтами 14 . Дл я лучшей герметизации камеры между торцами корпуса, днищем и верхни м фланцем проклады вают резиновые уплотняющи е кольца круг лого сечения.
2 .16 . Проверяют камеру стабил ом ет ра на абсолютную герм етичность. Для этого в рабочую камеру наливают воду на 1 - 2 см выше вых одящей в камеру резиновой оболочки - диафрагмы, а в гидравлическую камеру вдувают воздух. Если в рабочей камере появляются пузырьки воздуха, то резиновую диафрагму следует заменить. Если воздух не проходит через диафрагму, то стабил омет р погружается в сосуд с водой так, чтобы вода покрыла все соединен ия, включая соединения верхнего прижимного кольца с верхним фланцем корпуса прибора. По выходу пузы рьков воздуха устанавливается место негерметичности прибора. Негерметичность устраняется.
2 .17 . Аэростатический манометр стабилометра должен быть перед работой п ро тари ро ван по воде при вертикальных нагрузках до 0 ,4 - 0 ,5 МПа.
Коэффи ц иент бокового давления воды в неподвижном состоянии должен быть равен единице. Рабочую камеру через трубку 4 (с м. р ис. 1) заполняют прокипяченной дистиллированной водой.
Для этого на трубку 4 надевают резиновый шланг с воронкой на конце, который приподнимают выше камеры. После заполнения камеры водой перекрывают ее резиновой прокладкой и зажимают верхним фланцем. Проверяют отсутствие воздуха в камере. При наклонном положении камеры снимают резиновый шланг и закрывают трубку 4 . Через трубку 15 заполняют гидравлическую камеру дистиллированной прокипяченной водой до момента, когда вода начнет стекать из отверстия трубки 8 , затем проверяют в камере отсутствие пузырьков воздуха. Закрывают клапан трубки 15 ; вставляют в отверстие трубки 8 аэростатический манометр и закрывают его сверху резиновой прокладкой, прижимаемой винтом. После этого несколь ко раз переворачивают (кантуют) стабилометр для того, чтобы убедиться в отсутствии пузырьков воздуха в гидравлической камере. Если пузырьки воздуха есть, стабилометр ставят наклонно так, чтобы входное отверстие для манометра было несколько выше. При этом пузырьки воздуха собираются у входа в отверстие патрубка манометра. Удаляют пузы рьки воздуха и трубку дополняют дистиллированной прокипяченной водой при помощи резиновой груши или пипетки. Укрепляют в приборе манометр и операцию по проверке отсутствия пузырьков воздуха повторяют. Если пузырьки воздуха отсутствуют, прибор тарируют по воде при нагрузках 0,01; 0,02 ; 0 ,03 ; 0 ,05 ; 0 ,075 ; 0 ,1 ; 0 ,15 ; 0 ,2 ; 0 ,3 ; 0 ,4 МПа. Каждую ступень нагрузки выдерживают до 1 часа. Записывают показания манометра. Вычисляют боковое давление воды по формуле п. 1.4, строят график за в исимо сти бокового давления от вертик ал ьного. Определяют средний к оэффициент бокового давления и его отклонение от единицы. Погрешность в определен ии ξ должна не превышать 2 - 3 % (п рил. 4).
2 .18 . Для определения бокового давления и поперечного расши рения глинистых грунтов образ ец в виде цилиндра, вы резанны й в соответствии с п. 2.1 или подготовленный в соответствии с п . 2.2 после определения плотности по ГОСТ 5182-78 , помещают в стабилом ет р, собранный в соответствии с п. 2.15 .
П ри определении бокового давления и поперечного р асширения водонасыщ енны х грунтов через резиновый с воронкой шланг, надетый на трубку 4 , заливают воду так, чтобы она вытеснила воздух из днища и выступила на поверх ность перфорированного штампа 2 . Затем, надев на трубку 15 резиновы й шл анг с резиновой грушей, отсасы вают воздух из гидравлической кам еры, при этом резиновая оболочка выгибается в сторону стенок корпус а камеры . Цилиндр с образцом, покры ты й по торцам бу мажны ми фильтрами, помещают на верхний фланец над рабочей кам ерой и постепенн о образец из стакана вы давливают в камеру. После того как образец погрузится на 1 - 2 см ниже верхнего края резиновой оболочки, постепенно впускают воздух в гидравлическую камеру, чтобы резиновая оболочка начала принимать свое первоначальное положение. Трение образца о рез иновую оболочку обеспечит плавное продвижение образца сверху вниз. Вновь отсасы вают воздух и проверяют достижение образцом нижнего штампа прибора и его установку строго по центру рабочей камеры ст абил омет ра.
2 .19 . Ги дравлическую камеру стабилометра заполняют прокипяченной дистиллированной водой в соответствии с п. 2.17. Устанавливают в отверстие трубки 8 аэростатический манометр. На верхнюю плоскость образца кладут штамп.
3. Метод определения коэффициента бокового давления глинистых грунтов
Определение бокового давления глинистых грунтов
3 .1 . Образец грунта, установленный в стабил омет р, помещают п од пресс и передают на него нагрузку ступенями.
П ервая ступень нагрузки должна бы ть равной ~ σ стр. или σ э , т.е . тому давлению, которы м образец был обжат в природе, в соответствии с п. 1.4.
Каждая по сл едующ ая ступен ь нагрузки оп ределяетс я состоян ием грунта.
Для грунтов текучей и те ку чепл асти чн ой консистенции первая ступень нагрузки - 0 ,01 МП а, а затем 0 ,025 ; 0 ,05 ; 0 ,075 ; 0 ,1 ; 0 ,15 МПа, для грунтов пластичной консистенции первая ступень нагрузки - 0 ,025 МПа и далее 0 ,05 ; 0 ,1 ; 0 ,15 ; 0 ,20 ; 0 ,30 ; 0 ,40 МПа, для грунтов полутвердой консистенции от 0,1 и далее через 0,1 МПа до 0,5 МПа.
Каждая ступень нагрузки должна быть выдержана до условной стабилизации деформации, равной 0 ,01 мм за 12 час.
3 .2 . Записывают показание аэростатического манометра и показания мессу р до приложения вертикальной нагрузки.
3.3 . Осевую деформацию грунта по мессу ре рекомендуется записывать через 1 , 2 , 5 , 10 , 15 , 30 , 60 мин. и далее через 1 час в течение дня, а затем 2 раза в сутки.
3 .4 . После приложения вертикальной нагрузки показания аэростатического манометра рекомендуется записывать параллельно с осевой деформацией.
3.5 . Одновременно с показаниями аэростатического манометра следует измерять температуру воздуха и воды.
3.6 . Результаты наблю дений за деформацией образца и показания аэростатического манометра записывают в журнал (п рил. 5).
3.7 . Опыт продолжается до условной стабилизации осевых деформаций и до стабилизации показаний аэростатического манометра.
Обработка результатов определения бокового давления глинистых грунтов
3 .8 . На основании показаний аэростатического манометра вычисляют боковое давление по формуле 2 п. 1.4.
Обработку результатов опыта проводят одновременно с наблюдениями.
3.9 . Строят графики зависимости изменения коэффициента бокового давления под постоянной нагрузкой от времени.
За коэффициент бокового давления покоя принимают коэффициент бокового давления, полученный для образца в стабилизированном состоянии.
3.10 . Строят графики зависимости коэффициента бокового давления покоя от нормального напряжения на образец.
3 .11 . Вычисляют изменение во времени коэффициента пористости грунта по д постоянной нагрузкой и в зависимости от нормальной нагрузки по формуле:
( 10 )
где e 0 - начальный коэффициент пористости при вертикальном давлении, равном нулю;
∆ h / h - относительная деформац ия грунта.
3 .12 . Результаты определения коэ ффициента бокового давления покоя предс тавляются в табличной форме в зависи мости от нормальной нагрузки, коэффициента пористости и консистенции.
При условии полного в о дон асыщ ени я для кажд ого коэффициента пористости e п может быть вычислена влажность из формулы:
( 11 )
( 12 )
Пример оформления результатов определения коэфф и циента бокового давления приведен в п рил. 6.
4. Метод определения коэффициента поперечного расширения глинистых грунтов
Определения поперечного расширения глинистых грунтов
4 .1 . Стабил ометр, снабженный волю мометро м (см. р ис. 2), подготовленный к работе в соответствии с пп . 2.15; 2.16, с заложенным в него в соответствии с п. 2.18 образцом, с заполненной водой гидравлической камерой по п. 2.17, помещают на столик пресса (п рил. 2) и центрируют образец.
Устанавливают месс у ры и начальный уровень воды в волю мом етре.
Записывают в журнал ( п рил. 7) начальные показания по мессу рам и начальное показание по шкале волю мо метра. Во лю мометр должен быть п ро тариро ван в соответствии с п рил. 8.
4 .2 . Кл адут на подвеску пресса груз, соответствующий заданной вертикальной нагрузке. Величина нормального давления на образец должна быть в интервале между величиной структурной прочности σстр. грунта и величиной разрушающей нагрузки σразр.
4 .3 . Записывают в журнал (прил. 7) п оказания мессу р и уровень жидкости в волюмометре сразу после приложения нагрузки в течение 5 мин через 1 мин, затем через 10 , 15 , 30 , 60 мин и далее через 1 час в течение первого дня, в последующие сутки в начале и в конце рабочего дня. Опыт продолж ают до условной стабилизации деформации грунта.
Обработка результатов опыта
4 .4 . По показаниям м ессу р, с учетом поправок на деформацию прибора при каждой заданной нагрузке, вычисляют относительную среднюю продольную (вертикальную) деформацию грунта в стабил ометре lz ( п рил. 7).
4 .5 . По формуле 4 п. 1.5 вы числяют относительную поперечную деформацию грунта в стабил омет ре lr (см . п рил. 7).
В формуле 4 площадь в олюмо мет ра f и об ъ ем образца U = 2 πR 0 2 H величин ы - постоянные.
Величиной lz при относительной деформации менее 4 % можно пренебречь, тогда
f /(2U) = K,
а
lr = K ∆ h 0 .
Дл я определения величины f в олю мо мет р стабил омет ра тарируют (п рил. 8), после чего определяют к он станту прибора K .
4 .6 . Нах одят коэффициент поперечной деформации образца по формуле 4 для каждого задан ного значения σz . Пример оформления результатов определения к оэффициента поперечного расширения приведен в п рил . 9.
Приложение 1
Прибор для подготовки образцов из глинистых грунтов и торфа для испытания в стабилометре и кручением
Прибор (рис. 4) предназначен для подготовки из монолитов образцов в виде сплошного или полого цилиндра в лаборатория х, исследующих грунты в строительны х целях. Прибор имеет сл едующие параметры: высота станины 1660 мм, длина 830 мм, ширина 840 мм, масса 302 кг. Диаметр заменяемой мн огозубой полой фрезы для вы буривания сплошного цилиндра 100 мм (92 ; 55 ; 38 мм), высота 200 мм (180 ; 130 ; 76 мм). Диаметр заменяемого д ву хп еро вого сверла с однозаходны м отводящим стружку шнеком для подготовки полого цилиндра 51 мм (29 ; 20 мм), высота 200 мм (76 мм).
Мощ н ость электродвигателя типа АОЛ 22-4 дл я вращения режущих инструментов 0 ,4 к вт, скорость вращения 1500 об/мин, скорость вращения шпинделя 30 об/мин. Ход стола подачи монолита 300 мм. Максимально допустимые размеры обрабатываемого монолита 200 × 200 × 200 мм.
Прибор состоит из станины, эле к тродвигателя, механизма подъема стола, системы блоков и платформы для у равновеши вающи х стол; грузов, тисков для закрепления монолитов, сменных режущих инструментов - двухперового сверла для вы буривания центральной части образцов и многозубой полой фрезы для обу ри вани я образца грунта. Мн ого зубая полая фреза снабжена системой спиральных канавок по высоте, внутренний диаметр фрезы по зубьям меньше диаметра ее полой части.
Прибор исключает нарушение структуры грунта при вырезывании и ускоряет процесс их подготовки к исследованию в 5 - 10 раз по сравнению с ручным вырезы ванием образцов.
Прибо р разработан НИИОС П совместно с ЭК Б ЦНИИ СК, изготовлен на экспериментальном заводе ЦНИИСК Госстроя СССР и успешно применяется в лабораториях. Чертежи прибора могут быть получены в НИИОСП по адресу: 109389 , Москва, Ж -389 , 2 -я Институтская ул., д. 6 .
Рис. 4 Прибор для подготовки образц ов из глинистых грунтов и торфа для испытания в стабил ом етре и кручением
1 - электродвигатель; 2 - станина; 3 - двухперо вое сверло для выбуривания ц ентральной части образца; 4 - мн огозубая полая фреза; 5 - тиски для закрепления монолитов; 6 - механизм подъема стола; 7 - платформа для уравновешивающих стол грузов; 8, 9 - системы блоков
Приложение 2
Рычажный пресс системы В.М. Веселовского
Пресс (рис. 5) рекомендуется для передачи осевой нагрузки на образец грунта, испытываемый в камере трехосного прибора. Пресс имеет четыре рабочих места, т.е. одновременно возможно вести испытания в четырех камерах трехосного прибора.
Давление на шток трехосного прибора передается через плунжер посредством двойных рычагов. Общее отношение плеч рычагов равно 1 :20 .
Рис. 5 Рычажный пресс системы В.М. Веселовского:
1 - рычаг верхний; 2 - стойка столика; 3 - плунжер; 4 - верхняя стяжка; 5 - крышка столика; 6 - стойка рычагов, 7 - ры чаг нижний; 8 - подвес ка; 9 - ниж няя стяжка; 10 -балка
Приложение 3
Упрощенная камера для поддержания постоянной температуры при определении бокового давления и поперечного расширения грунтов.
Камера с внутренними размерами 200×280×550 мм вы полнена из термоизоляционного материала пенопласта толщиной 40 мм с окном из органического стекла для наблю дений за показаниями измерительных приборов (рис. 6). Камера расс читана для проведения испы тан ия в стабил омет ре типа Б (модернизированная система Цилю рик а или Медк ова с аэростатически м манометром при передаче нагрузки с помощью ры чажного пресса).
Поддержан и е постоянной температуры обеспечивается пропуском воды с заданной температурой по трубкам, расположенным у задней стенки камеры .
Рис . 6 Камера и з термо изоляционн ого матери ала
Приложение 4
Тарировка аэростатического манометра стабилометра по воде.
Условия о пы та следующие. В рабочую камеру с прессованного стабилометра заливается дистилли рованная прокипяченная вода. Камера перекрывается резиновой диафрагмой, на которую через штамп передается ступенями вертикальное давление. После приложения вертикальной нагрузки и выдержки ее в течение 1 часа записывают показания аэростатического манометра и вычисляют боковое давление по формуле 2.
График зависимости бокового давления от вертикального приведен на рис . 7. Коэффициент бокового давления вода должен быть равен единице. При определении б окового давлени я аэростатическим манометром погрешность измерений составляет до 3 %.
Рис. 7 Зависимость бокового давления σ2 в воде от вертикального давления σ1:
(Тарировка аэростатического манометра стабилометра типа Б по вод е)
Приложение 5
Журнал определения коэффициента бокового давления грунта в стабилометре
Фо рм а 1
Система и номер прибора: Стаби л ом етр типа Б, № 3; Лаборатор ий номер образца: 192 Номенклатурный вид грунта: глинистый ил Сложение грунта: ненарушенное Условие испытания: без возможности бокового расширения Длина капиллярной трубки манометра, мм: 186 |
Диаметр образца d , см: 5 ,55 Вы сота образца H , см: 13,2 Площадь образца F , см2: 23,8 Объе м образца U , см3: 314,2 Масса образца, г: 527 ,8 Объе мный вес γ, г/см3: 1 ,68 Влажность грунта W , доли единицы : 0 ,517 |
Дата |
Суточное время, ч |
Время от начала опыта |
Температура , °С |
Вертикальное давление σ 1 , МПа |
Вертикальн ы е деформации образ ца H , мм |
Относительная вертикальная деформация образца ∆ H / H |
Показание манометра, мм |
L 0 |
Li |
Боковое давление σ 2 = σ 3 , МП а |
Коэ ф фициент бокового давления покоя ξ |
|||
возду х а |
возду х а |
1 |
2 |
средняя |
||||||||||
29/ VI |
11 |
1' |
21 |
22 |
0 ,0185 |
0 ,27 |
0 ,20 |
0 ,235 |
0 ,0018 |
35 |
174 |
151 |
0 ,0151 |
|
|
12 |
1 ч |
21 |
22 |
0 ,0185 |
0 ,70 |
0 ,45 |
0 ,575 |
0 ,0044 |
33 |
174 |
153 |
0 ,0137 |
|
|
18 |
7 ч |
21 |
22 |
0 ,0185 |
1 ,38 |
1 ,23 |
1 ,305 |
0 ,010 |
30 |
174 |
156 |
0 ,0115 |
|
18/ VII |
10 |
20 сут |
21 |
22 |
0 ,0185 |
6 ,02 |
6 ,05 |
6,035 |
0 ,0457 |
30 |
174 |
156 |
0 ,0115 |
0 ,621 |
19/ VII |
10 |
21 сут |
21 |
22 |
0 ,0185 |
6 ,035 |
6 ,070 |
6 ,052 |
0 ,0458 |
30 |
174 |
156 |
0 ,0115 |
|
21/ VII |
12 |
1' |
21 |
22 |
0 ,025 |
6 ,985 |
7,015 |
7 ,000 |
0 ,0531 |
47 |
174 |
139 |
0 ,025 |
|
21/ VII |
18 |
6 ч |
21 |
22 |
0 ,025 |
7 ,265 |
7 ,205 |
7 ,235 |
0 ,0548 |
37 |
174 |
149 |
0 ,0167 |
|
25/ VII |
12 |
4 сут |
21 |
21 ,5 |
0 ,025 |
7 ,805 |
7 ,615 |
7 ,710 |
0 ,0584 |
35 |
174 |
151 |
0 ,0152 |
0 ,608 |
26/ VII |
12 |
5 сут |
21 |
21 ,5 |
0 ,025 |
7 ,805 |
7 ,615 |
7,710 |
0 ,0584 |
35 |
174 |
151 |
0 ,0152 |
Исп ы тание провел:
Приложение 6
Результаты определения коэффициента бокового давления покоя глинистых грунтов
Форма 2
Лабораторный номер обра з ца: 192 Номенклатурн ы й вид грунта: глин ис тый ил Геологиче с кий индекс: Gm Место отбора грунта: объект К |
Наименова н ие и № выработки: ск в. 5. Глубина отбора грунта, м: 2 - 2 ,3 . Система прибора: стаб ил ом ет р типа Б. Условия проведения испытания: без возможности бокового расшире ни я. |
Характеристи к а образцов грун та до и спытания
П л астичнос ть, доли единицы |
Вл ажн ость W , доли единицы |
Объемный вес γ, г/с м2 |
Удельн ы й вес γ r , г/см |
К оэффициент пори стости e |
Степень влажности G |
Показатель консистенции JL |
Структурная связность 1 - β |
||
WL |
WP |
JP |
|||||||
0 ,51 |
0 ,23 |
0 ,28 |
0 ,517 |
1 ,68 |
2 ,65 |
1,393 |
0 ,98 |
1 ,02 |
0,322 |
Примеча н ие .
* J P - чи с ло пластичности
Результаты исп ы тан ия
Вертикальное давление, σ 1 , МПа |
От н осительны е деформации, ∆ H / H |
Коэффици ент порис тости e п |
Боковое д а влен ие σ 2 = σ 3 МПа |
К оэффициент боковог о давлени я покоя ξ 0 |
0 ,00 |
0 ,00 |
1 ,393 |
0 ,00 |
|
0 ,0185 |
0 ,0458 |
1 ,284 |
0 ,0115 |
0 ,621 |
0 ,025 |
0 ,0572 |
1 ,256 |
0 ,0152 |
0 ,608 |
0 ,050 |
0 ,1535 |
1 ,026 |
0 ,0318 |
0 ,636 |
|
|
|
|
Среднее 0 ,622 |
Рис. 8 График зависимости бокового давления и относительной деформации от вертикального давления
Руководитель лаборатории:
И спытание провел:
Приложение 7
Журнал определения коэффициента поперечного расширения глинистых грунтов в стабилометре путем измерения объемных деформаций
Форма 3
Система и номер прибора: стаб ил омет р типа Б, № 4 Лабораторный номер образ ц а: 192 Номенклатурны й вид грунта: ил Сложение грунта: ненарушенное Условия испытани я: свободное расширение Среднее приращение объема жидкости в вол юмом ет ре при перемещении мениска на 1 мм: 0 ,05741 Длина капиллярной трубки манометра: |
Диаметр образца d , см : 5 ,55 Высота образца H , см: 13 ,2 Площадь образца F , см2 : 23 ,8 Объем образца U , см3: 314 ,2 Масса образца, г: 525 Объемный вес γ , г/см3: 1,67 Влажность грунт а, доли единицы : 0,498 |
Дата |
Суточное время, ч |
Время от начала опыта, сут |
Температура, градусы, °С |
Вертикальная нагрузка |
Показание по мессурам, мм |
Тарировочная поправка |
Средняя деформация ∆ H |
Относительная деформация ∆ H / H |
Отсчет по волюмометру, мм |
||||
воздуха |
воды |
на рычаг H |
σ 1 , МПа |
1 |
2 |
средняя |
|||||||
11/ VII |
10 |
5 |
21 |
22 |
2,37 |
0,02 |
16,28 |
16,55 |
16,41 |
- |
16,41 |
0,1242 |
461 |
12/ VII |
10 |
8 |
21 |
22 |
2,37 |
0,02 |
17,29 |
17,55 |
17,42 |
|
17,42 |
0,1319 |
466 |
13/ VII |
10 |
7 |
21 |
22 |
2,37 |
0,02 |
17,78 |
17,96 |
17,87 |
- |
17,87 |
0,1353 |
468 |
14/ VII |
10 |
8 |
21 |
22 |
2,37 |
0,02 |
18,028 |
18,158 |
18,093 |
- |
18,093 |
0,1370 |
469 |
Приложение 8
Тарировка волюмометра стабилометра
Волюмом ет р заполняют из бюретки водой при температуре 20 °. Записывают в форму 4 начальные и конечные показания по шкале бюретки и по шкале волюмометра. Эту операцию повторяют 8 - 10 раз. Затем вычисляют среднее приращение объема жидкости при перемещ ении мениска в волюмом етре на 1 мм.
Форма 4
№ опыта |
Отсчеты по бюретке, см 2 |
Положение мениска в волюмометре |
∆ υ /∆ h |
||||
начальн ы й |
конечный |
∆ υ |
h нач. |
h конеч. |
∆ h |
||
1 |
1 ,8 |
4 ,1 |
2 ,3 |
14 |
53 |
39 |
0,0589 |
2 |
1 ,3 |
5 ,3 |
4 ,0 |
9 |
78 |
69 |
0 ,0580 |
3 |
1 ,4 |
4 ,5 |
3 ,1 |
15 |
70 |
55 |
0 ,05637 |
4 |
1 ,9 |
4 ,7 |
2 ,8 |
16 |
65 |
49 |
0 ,0572 |
5 |
4 ,7 |
7 ,9 |
3 ,2 |
21 |
76 |
55 |
0 ,0582 |
6 |
2 ,2 |
4 ,4 |
2 ,2 |
27 |
66 |
39 |
0 ,0564 |
7 |
4 ,4 |
6 ,8 |
2 ,4 |
25 |
68 |
43 |
0 ,0559 |
8 |
0 ,6 |
3 ,1 |
2 ,5 |
12 |
56 |
44 |
0 ,0569 |
9 |
2 ,5 |
5 ,2 |
2 ,7 |
20 |
67 |
47 |
0 ,0575 |
10 |
1 ,7 |
4 ,6 |
2 ,9 |
24 |
74 |
50 |
0 ,058 |
11 |
1 ,3 |
4 ,9 |
3 ,6 |
13 |
75 |
62 |
0 ,0581 |
Среднее 0 ,05741 |
Приложение 9
Обработка результатов определения поперечного расширения глинистых грунтов
Форма 5
Наименование и № в ыработки: ск в. 5 . Глубина отбора грунта м : 2 - 2 ,3 . Система прибора: стаб ил оме тр типа Б. Условия проведе н ия испытания: свободное боковое расширение. П л ощадь волюмо метра f , равная 0,05741 см2 |
Лабораторн ы й номер образца: 192 Но м енк латурный вид грунта: глинистый ил Геологический индекс: Qm Место отбора грунта: об ъ ект К |
П л астичнос ть, доли единицы |
Вл ажн ость W , доли единицы |
Объемный вес γ, г/с м3 |
Удельн ы й вес γ r , г/см3 |
К оэффициент пори стости e |
Степень влажности G |
Показатель консистенции JL |
Структурная связность 1 - β |
||
WL |
WP |
JP |
|||||||
0 ,51 |
0 ,23 |
0 ,28 |
0 ,498 |
1 ,67 |
2 ,65 |
1,376 |
0 ,95 |
0 ,95 |
0 ,322 |
Результаты вычисления ко э ффициента поперечного расширения
Вертикальное давление σ z , МПа |
Диаметр образца d , с м |
Площадь образца F , см2 |
Высота образца H , см |
Объем образца U ×2, с м3 |
Деформация образца ∆ H , см |
Относительная деформация ∆ H / H = lz |
f /2U |
∆h |
Поперечная деформация lr = K ∆ h |
Коэффициент поперечного расширения μ = lr / lz |
0 ,02 |
5 ,55 |
23 ,75 |
11 ,8 |
560 ,5 |
1 ,641 |
0 ,1242 |
0 ,000117 |
461 |
0 ,0539 |
0 ,434 |
0 ,02 |
5 ,55 |
23 ,75 |
11 ,8 |
560,5 |
1,742 |
0 ,1319 |
0 ,000118 |
466 |
0 ,0550 |
0 ,417 |
0 ,02 |
5 ,55 |
23 ,75 |
11 ,8 |
560 ,5 |
1 ,787 |
0 ,1353 |
0,0001184 |
468 |
0 ,0554 |
0 ,409 |
0 ,02 |
5 ,55 |
23 ,75 |
11 ,8 |
560 ,5 |
1 ,809 |
0,1370 |
0 ,000119 |
469 |
0 ,0558 |
0 ,407 |
Руководитель лаборатории:
Обработку провел :
Приложение 10
Соотношение между некоторыми единицами физических величин в метрической системе и системе СИ
Величина |
Единица |
Соотношение единиц |
||
метрическая система |
СИ |
|||
наименование |
обозначение |
|||
Сила, нагрузка, вес |
кгс |
Ньютон |
Н |
1 кгс = 9 ,8 Н ≈ 10 Н |
Поверхностная нагрузка |
кгс /м2 |
Ньютон на квадратный метр |
Н/ м2 |
1 кгс/м2 ≈ 10 Н/ м2 |
Давление |
кг с/см2 |
П аск аль |
Па |
1 к гс/см2 = 9,8·104 Па ≈ 0 ,1 МП а |
Механическое напряжение |
кг с/см2 |
Паскаль |
Па |
1 кг с/см2 = 9 ,8 ·104 Па ≈ 0 ,1 МП а |
СОДЕРЖАНИЕ
1. Общие положения . 1 2. Требования к аппаратуре и подготовке образцов глинистых грунтов для определения бокового давления и поперечного расширения в стабилометре . 2 3. Метод определения коэффициента бокового давления глинистых грунтов . 8 4. Метод определения коэффициента поперечного расширения глинистых грунтов . 9 Приложение 1 Прибор для подготовки образцов из глинистых грунтов и торфа для испытания в стабилометре и кручением .. 10 Приложение 2 Рычажный пресс системы В.М. Веселовского . 11 Приложение 3 Упрощенная камера для поддержания постоянной температуры при определении бокового давления и поперечного расширения грунтов. 12 Приложение 4 Тарировка аэростатического манометра стабилометра по воде. 13 Приложение 5 Журнал определения коэффициента бокового давления грунта в стабилометре . 14 Приложение 6 Результаты определения коэффициента бокового давления покоя глинистых грунтов . 14 Приложение 7 Журнал определения коэффициента поперечного расширения глинистых грунтов в стабилометре путем измерения объемных деформаций . 16 Приложение 8 Тарировка волюмометра стабилометра . 17 Приложение 9 Обработка результатов определения поперечного расширения глинистых грунтов . 18 Приложение 10 Соотношение между некоторыми единицами физических величин в метрической системе и системе СИ .. 18 |