Способ лабораторного определения деформационных характеристик грунтов

Изобретение относится к инженерным изысканиям в строительстве и применяется при реконструкции старых зданий и сооружений для ускоренного определения деформационных и прочностных характеристик нескальных грунтов в скважине. Техническим результатом является существенное сокращение сроков испытания нескальных грунтов, при определении прочностных и деформационных характеристик. Для этого способ включает одноосное сжатие образца грунта без возможности его бокового расширения в компрессионном приборе. Причем образец грунта испытывают в режиме релаксации напряжений, а по конечным значениям напряжений и соответствующих деформаций образца при завершении каждой из ступеней строят компрессионную кривую. При этом после достижения заданной величины деформирования образца грунта на каждой ступени дополнительную осадку образца грунта ограничивают путем частичного сбрасывания нагрузки, приближая к условной стабилизации напряжений или деформаций образца. 4 ил.

 

Изобретение относится к исследованию деформационных свойств грунтов до начала строительства и при реконструкции старых зданий и сооружений, преимущественно лабораторными методами при определении сжимаемости грунта в компрессионном приборе.

Известен способ лабораторного определения характеристик сжимаемости грунтов природного и нарушенного сложения [1]. Способ заключается в определении относительной деформации грунта, полученной по результатам испытаний образцов, в условиях одноосного статического, ступенчатого нагружения, без возможности бокового расширения, при этом ступени прикладываемых давлений выбирают согласно программе испытаний в зависимости от вида испытываемого грунта с использованием компрессионного прибора, механизма создания центральной нагрузки на штамп через динамометр с измерением линейных перемещений штампа через заданные интервалы времени, до наступления условной стабилизации этих перемещений и с последующим переходом на другую ступень нагружения.

Известный способ обеспечивает по построенной компрессионной кривой получение показателей, характеризующих сжимаемость грунтов, таких как:

коэффициента уплотнения - а; модуля компрессионной деформации - Ек; структурной прочности - Рстр.

Основным недостатком известного решения является низкая производительность как самого способа, так и используемого при его реализации оборудования.

Известен способ определения деформационных характеристик грунтов при прессиометрических испытаниях [2]. Способ заключается в быстром расширении оболочки прессиометра, опущенного в скважину, на заданную величину деформации испытываемого грунта путем перепускания в полость прессиометра порций сжатого воздуха из резервной емкости, с измерением давления в оболочке прессиометра и деформации грунта под оболочкой за ступень, через определенные промежутки времени согласно программе испытаний, причем при достижении условной стабилизации напряжений переходят на следующую ступень деформирования грунта с последующей обработкой результатов испытаний согласно известной методике.

Недостаток известного решения заключается в том, что в качестве пресса, создающего постоянную нагрузку на стенки прессиометра на каждой ступени и одновременно на динамометр, имеющего свою петлю гистерезиса при разгрузке, используют сжатый воздух, характеризуемый высокой сжимаемостью и связанной с этим неопределенностью в получаемых деформациях.

Известен способ (метод) лабораторного определения деформационных характеристик грунтов в релаксационном приборе [3], являющийся по технической сути и по общему количеству существенных признаков прототипом предлагаемого изобретения. Известное решение заключается в том, что образец грунта природного или нарушенного сложения нагружают ступенчато в условиях одноосного сжатия без возможности его бокового расширения в компрессионном приборе.

Недостатком известного решения является то, что оно не предусматривает получения ускоренным методом деформационных характеристик грунтов.

Технической задачей изобретения является существенное сокращение сроков испытаний любых разновидностей грунтов в компрессионном приборе в режиме релаксации напряжений при определении деформационных характеристик этих грунтов.

Поставленная техническая задача решена тем, что способ лабораторного определения деформационных характеристик грунта природного или нарушенного сложения в условиях одноосного сжатия без возможности его бокового расширения в компрессионном приборе. Причем образец грунта испытывают в режиме релаксации напряжений, а по конечным значениям напряжений и соответствующих деформаций образца при завершении каждой из ступеней строят компрессионную кривую. При этом после достижения заданной величины деформирования образца грунта на каждой ступени дополнительную осадку образца грунта ограничивают путем частичного сбрасывания нагрузки, приближая к условной стабилизации напряжений или деформаций образца.

Преимущество предлагаемого изобретения заключается в том, что в нем реализована известная закономерность, согласно которой при использовании метода релаксации напряжений в случае испытаний водонасыщенных грунтов изменение общих напряжений и порового давления в испытываемых образцах происходит с одной скоростью, что позволяет в большинстве случаев не измерять поровое давление без ущерба определения ряда характеристик грунтов, как в предложенном случае. Для реализации способа используют механический пресс, испытательную компрессионную камеру, жесткий тензометрический динамометр, и один или два индикатора (в зависимости от того, в какую точку они упираются) ИЧ-50 с точностью измерений 0,01 мм. В качестве механического пресса можно использовать, например, нагрузочное устройство для трехосных испытаний английской фирмы "FARNELL". Данное устройство обеспечивает автоматическую подачу вертикального перемещения и работу в ручном режиме. Механическое вертикальное давление составляет 5 к.н.

На фиг.1, 2, 3 и 4 представлены результаты экспериментов.

На фиг.1 и 2 представлены экспериментальные кривые, полученные для 2-х видов водонасыщенных суглинков. Сплошной линией обозначены кривые, полученные при параллельных испытаниях по стандартной методике (СМ 1 и СМ 2), штриховой линией по методу релаксации напряжений (МРН). Как видно из графиков, испытания по методу релаксации напряжений практически полностью совпадают с результатами параллельных испытаний по стандартной методике.

На фиг.3 изображена последовательность построения компрессионной кривой по конечным значениям нагрузки и осадки образца на каждой из ступеней деформирования.

На фиг.4 изображена такая же компрессионная кривая с ограничением дополнительной осадки образца на каждой ступени путем уменьшения нагрузки. Здесь следует отметить, что введение дополнительной операции не только устраняет недостатки используемого динамометра, но, несмотря на увеличение количества ступеней, существенно сокращает скорость испытания образца, т.к. основная часть времени стабилизации осадки и нагрузки приходится именно на дополнительную осадку образца (Δh_доп).

Предложенный способ опробован на многих видах образцов грунта на оборудовании, разработанном автором с сопоставлением результатов, полученных при параллельных испытаниях стандартным методом на образцах-близнецах.

Испытания любых грунтов по предложенному способу с использованием метода релаксации напряжений решает поставленную задачу по сокращению сроков определения деформационных характеристик испытываемых образцов грунта в несколько раз, а слабых глинистых грунтов и суглинков до десяти и более раз. Способ имеет промышленную применимость благодаря существенным отличиям от прототипа и других известных решений, поэтому, по мнению автора, может быть защищен патентом РФ.

Источники информации.

1. ГОСТ 23908 - 79. Грунты. Метод лабораторного определения сжимаемости. М., Госком СССР по делам строительства, 1979.

2. Авторское свидетельство СССР №1086066, М. кл. - Е 02 D 1/00, БИ №36, 1991.

3. Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости. Метод компрессионного сжатия. ГОСТ 12248-96, изд. Стандартов, 01.01.1997.

Способ лабораторного определения деформационных характеристик грунта природного или нарушенного сложения в условиях одноосного сжатия без возможности его бокового расширения в компрессионном приборе, отличающийся тем, что образец грунта испытывают в режиме релаксации напряжений, а по конечным значениям напряжений и соответствующих деформаций образца при завершении каждой из ступеней строят компрессионную кривую, при этом после достижения заданной величины деформирования образца грунта на каждой ступени дополнительную осадку образца грунта ограничивают путем частичного сбрасывания нагрузки, приближая к условной стабилизации напряжений или деформаций образца.