Метод одноосного сжатия

6.3 Метод одноосного сжатия

6.3.1 Сущность метода

6.3.1.1 Испытание мерзлого грунта методом одноосного сжатия проводят для определения следующих характеристик прочности и деформируемости: предела прочности на одноосное сжатие R_с, R_ос, модуля линейной деформации Е, коэффициента поперечного расширения v, коэффициента нелинейной деформации А, коэффициента вязкости сильнольдистых грунтов h для песков (кроме гравелистых и крупных) и глинистых грунтов (кроме заторфованных, засоленных и сыпучемерзлых разностей указанных грунтов).

6.3.1.2 Эти характеристики определяют по результатам нагружения образцов грунта вертикальной нагрузкой в условиях свободного бокового расширения с доведением образца до хрупкого разрушения или достижения незатухающей ползучести.

6.3.1.3 Для испытаний используют образцы мерзлого грунта ненарушенного сложения с природной влажностью и льдистостью.

Толщина прослоек льда в образце должна быть не более 2 мм, а льдистость i £ 0,4.

При определении коэффициента вязкости сильнольдистых грунтов толщина прослоек льда в образце должна быть не более 10 мм.

6.3.1.4 Образцы должны иметь форму цилиндра диаметром 71,4 и высотой 140 мм или диаметром 49 и высотой 100 мм.

6.3.2 Оборудование и приборы

6.3.2.1 В состав установки для испытания мерзлого грунта методом одноосного сжатия должны входить:

- платформы (подвижная и неподвижная) с набором штампов для установки и крепления образца грунта;

- механизм для вертикального нагружения образца;

- устройства для измерения продольных и поперечных деформаций.

Принципиальная схема установки приведена в приложении X.

6.3.2.2 Конструкция установки и механизма для вертикального нагружения образца грунта должна обеспечивать:

- возможность нагружения образца грунта непрерывно при постоянной скорости деформирования образца не менее 1 мм/с;

- общую нагрузку на образец грунта не менее 30 кН;

- возможность деформации образца не менее 30 мм.

6.3.3 Подготовка к испытанию

6.3.3.1 Образец грунта изготавливают с учетом требований 6.3.1.3 и 6.3.1.4.

6.3.3.2 Образец грунта извлекают из кольца, помещают между нижним и верхним штампами и производят следующие операции:

- закрепляют паровлагонепроницаемую оболочку на боковых поверхностях штампов;

- на образец устанавливают устройства для измерения поперечных деформаций;

- образец со штампами помещают на нижнюю неподвижную платформу установки и центрируют;

- закрепляют устройства для измерения продольных деформаций образца.

6.3.3.3 После выдерживания образца грунта в установке производят предварительное обжатие образца давлением, равным напряжению от собственного веса грунта на горизонте отбора образца (но не более половины условно-мгновенного значения предела прочности на одноосное сжатие), в течение 15 с. Затем образец разгружают, записывают показания приборов и фиксируют время начала испытаний.

6.3.4 Проведение испытания при непрерывном быстром возрастании нагрузки для определения условно-мгновенного значения предела прочности на одноосное сжатие R_ос

6.3.4.1 К образцу плавно, не допуская ударов, прикладывают нагрузку, увеличивая ее непрерывно и обеспечивая постоянную скорость деформирования образца не менее 1 мм/с.

6.3.4.2 Испытание должно продолжаться до момента разрушения образца, если разрушение носит хрупкий характер, или до момента, когда относительная продольная деформация достигнет значения e ³ 0,20, если образец деформируется вязко, без видимых признаков разрушения.

6.3.4.3 В процессе испытания производят автоматическую запись нагрузки на образец и его деформаций. При отсутствии системы автоматической записи фиксируют нагрузку и высоту образца грунта в момент его разрушения или вязкого деформирования.

6.3.4.4 В процессе испытания ведут журнал, форма которого приведена в приложении А.

6.3.5 Проведение испытания на ползучесть для определения предельно длительного значения предела прочности на одноосное сжатие R_с и характеристик деформируемости Е, v, А

6.3.5.1 К образцу плавно, не допуская ударов, прикладывают нагрузку, увеличивая ее равными ступенями нагружения. Время приложения нагрузки на каждой ступени должно быть не более 30 с. На каждой ступени осевое напряжение в образце должно быть постоянным (s_z,i = const).

6.3.5.2 Нагрузку на образец грунта F_i, кН, на каждой ступени нагружения определяют по формуле

F_i =ps_z,id_i²/4,                                                             (6.9)

где d_i - средний диаметр образца грунта в момент приложения очередной ступени нагружения, см.

6.3.5.3 Напряжение s_z,i, МПа, на каждой ступени нагружения определяют по формуле

s_z,i = R_осn_i/10,                                                            (6.10)

где R_ос - условно-мгновенное значение предела прочности грунта на одноосное сжатие, определяемое по результатам испытания при непрерывном быстром возрастании нагрузки, МПа (6.3.7.2);

п_i - порядковый номер ступени нагружения.

6.3.5.4 Значение s_z,i, может быть определено по формуле

s_z,i = Rn_i/5,                                                             (6.11)

где R - расчетное сопротивление грунта под подошвой фундамента, определяемое в соответствии с приложением Р.

6.3.5.5 Для обеспечения постоянства осевого напряжения в образце на каждой ступени нагружения дополнительно увеличивают нагрузку F_i на DF_i,j при увеличении диаметра образца на 3 % (2 мм для образцов диаметром 71,4 мм) с момента начала испытания или предшествующего догружения.

Значение DF_i,j, кН, определяют по формуле

                                                  (6.12)

где d_i,j - диаметр образца в момент догружения, см;

d_i,j-1 - диаметр образца в момент приложения ступени нагружения или предшествующего догружения, см.

6.3.5.6 Продолжительность действия каждой ступени нагружения должна составлять 24 ч.

6.3.5.7 На каждой ступени нагружения записывают показания устройств для измерения деформаций через интервалы времени, принимаемые по 6.1.4.3, и строят график зависимости продольной деформации образца грунта от времени - кривую ползучести (приложение Ц).

6.3.5.8 Испытание продолжают до тех пор, пока процесс деформирования образца не перейдет в стадию незатухающей ползучести (стадия незатухающей ползучести считается достигнутой, когда деформации образца будут развиваться с постоянной или увеличивающейся скоростью) или относительная продольная деформация образца достигнет 0,20.

Скорость деформации считают постоянной, если в трех последовательных интервалах измерений деформация изменяется не более чем на 0,02 мм за 2 ч.

6.3.5.9 В процессе испытания ведут журнал, форма которого приведена в приложении А.

6.3.6 Проведение испытания на ползучесть для определения коэффициента вязкости сильнольдистых грунтов h

6.3.6.1 К образцу грунта прикладывают нагрузку в соответствии с требованиями 6.3.5.1.

6.3.6.2 Нагрузку на образец на каждой ступени нагружения определяют по 6.3.5.2 - 6.3.5.4.

6.3.6.3 Для обеспечения постоянства осевого напряжения выполняют требования 6.3.5.5.

6.3.6.4 Каждую ступень нагружения выдерживают до условной стабилизации продольной деформации образца грунта, принимаемой по 6.1.4.4, или до достижения стадии незатухающей ползучести.

6.3.6.5 На каждой ступени нагружения записывают показания приборов для измерения деформаций образца грунта через интервалы времени, принимаемые по 6.1.4.3.

6.3.6.6 В процессе испытания ведут журнал, форма которого приведена в приложении А.

6.3.6.7 В процессе испытания для каждой ступени нагружения выполняют следующие операции:

- строят кривую ползучести (приложение Ц);

- на кривой ползучести выделяют линейные участки, отражающие деформирование образца грунта с постоянной скоростью, если оно имело место при данном значении напряжения;

- для выделенных линейных участков определяют значение скорости деформирования образца V_i, мм/ч, по формуле

                                                           (6.13)

где Dh_i - разность продольных деформаций образца грунта в конце и начале периода деформирования грунта с постоянной скоростью на i-й ступени нагружения, мм;

Dt_i - продолжительность периода деформирования образца грунта с постоянной скоростью на i-й ступени нагружения, ч;

- по вычисленным значениям определяют значения скорости относительного деформирования образца грунта , 1/ч, на i-й ступени нагружения по формуле

                                                           (6.14)

где h - начальная высота образца грунта, мм.

6.3.6.8 На основании полученных значений  строят реологическую кривую, отражающую зависимость  = f(s_i) (приложение Ц).

Реологическую кривую на начальном участке аппроксимируют прямой наилучшего приближения к экспериментальным точкам графически или методом наименьших квадратов.

6.3.6.9 Испытание заканчивают, когда на начальном линейном участке реологической кривой получено не менее трех экспериментальных точек и столько же за его пределами после перехода рассматриваемой зависимости в нелинейную.

Если указанное условие не выполняется, то необходимо увеличить число ступеней нагружения.

6.3.7 Обработка результатов

6.3.7.1 Обработку результатов испытаний выполняют одновременно с проведением самих испытаний и переход к следующему этапу испытаний (ступени нагружения, догружения и т.д.) осуществляют после обработки результатов на предыдущем этапе.

6.3.7.2 По результатам испытания при непрерывном быстром возрастании нагрузки (6.3.4) определяют условно-мгновенное значение предела прочности на одноосное сжатие R_ос, МПа, по формулам:

 - при хрупком разрушении образца;                          (6.15)

 - при пластическом разрушении образца,                   (6.16)

где А₀ и А_m - соответственно начальная и конечная (после проведения испытания) площади поперечного сечения образца, см²;

F - разрушающая нагрузка, кН, определяемая по 6.3.4.2.

6.3.7.3 Предельно длительное значение предела прочности на одноосное сжатие грунта R_с, МПа, определяют по результатам испытания на ползучесть, проведенного в соответствии с 6.3.5, по формуле

R_с = 0,6s_k-1,                                                         (6.17)

где s_k-1 - напряжение в образце грунта на ступени нагружения, предшествующей k-й ступени, на которой процесс деформирования образца переходит в стадию незатухающей ползучести (6.3.5.8), МПа.

6.3.7.4 По результатам этого же испытания (6.3.5) определяют также характеристики деформируемости мерзлого грунта Е, А и v в соответствии с приложением Ш.

6.3.7.5 По результатам испытания, проведенного в соответствии с 6.3.6, определяют коэффициент вязкости сильнольдистых грунтов h, МПа×ч, с точностью 10 МПа×ч по формуле

                                                           (6.18)

где s₁ - напряжение, соответствующее точке А пересечения линейного участка реологической кривой (6.3.6.8) с осью абсцисс, МПа;

s₂ - напряжение, соответствующее конечной точке В линейного участка реологической кривой, МПа;

 - то же, что и в 6.3.6.7.

Источник: ГОСТ 12248-96: Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости оригинал документа