Метод трехосного сжатия


Метод трехосного сжатия

5.3 Метод трехосного сжатия

5.3.1 Сущность метода

5.3.1.1 Испытание грунта медом трехосного сжатия проводят для определения следующих характеристик прочности и деформируемости: угла внутреннего трения j, удельного сцепления с, сопротивления недренированному сдвигу си, модуля деформации Е и коэффициента поперечной деформации v для песков, глинистых, органо-минеральных и органических грунтов.

5.3.1.2 Эти характеристики определяют по результатам испытаний образцов грунта в камерах трехосного сжатия, дающих возможность бокового расширения образца грунта в условиях трехосного осесимметричного статического нагружения при

s1 ³ s2 = s3,

где s1 - максимальное главное напряжение;

s2, s3 - минимальные, они же промежуточные главные напряжения.

Результаты испытаний оформляют в виде графиков зависимости деформаций образца от нагрузки и изменения деформаций во времени.

5.3.1.3 Испытания вертикальной нагрузкой проводят при заданном всестороннем давлении на образец грунта или заданном среднем нормальном напряжении.

Примечания

1 Значения заданных всесторонних давлений и средних нормальных напряжений определяют в программе испытаний в зависимости от предполагаемого состояния в исследуемом грунтовом массиве.

При отсутствии данных значения всестороннего давления могут быть приняты в таблице 5.5.

2 При наличии специального обоснования могут быть приняты другие траектории нагружения образца грунта при испытаниях.

5.3.1.4 Испытания для определения характеристик прочности проводят не менее чем для трех образцов исследуемого грунта при различных значениях всестороннего давления на образец.

Испытания для определения характеристик деформируемости проводят при заданном всестороннем давлении на образец.

5.3.1.5 Испытания проводят по следующим схемам:

- неконсолидированно-недренированное испытание - для определения сопротивления недренированному сдвигу водонасыщенных глинистых, органо-минеральных и органических грунтов природной плотности;

- консолидированно-недренированное испытание - для определения характеристик прочности глинистых, органо-минеральных и органических грунтов в нестабилизированном состоянии;

- консолидированно-дренированное испытание - для определения характеристик прочности и деформируемости любых дисперсных грунтов в стабилизированном состоянии.

5.3.1.6 Для испытаний используют образцы грунта ненарушенного сложения с природной влажностью или образцы нарушенного сложения с заданными значениями плотности и влажности.

5.3.1.7 Образцы должны иметь форму цилиндра диаметром не менее 38 мм и отношением высоты к диаметру от 2:1 до 2,5: 1.

5.3.2 Оборудование и приборы

5.3.2.1 В состав установки для испытания грунтов методом трехосного сжатия должны входить:

- камера трехосного сжатия с набором жестких сплошных и перфорированных штампов и уплотнителей к ним;

- устройство для создания, поддержания и измерения давления в камере;

- механизм для вертикального нагружения образца;

- устройства для измерения вертикальных и объемных деформаций образца;

- приборы для измерения давления в поровой жидкости образца (устройства, основанные на компенсационном принципе, и датчики давления высокой жесткости);

- резиновые оболочки толщиной не более 0,25 мм;

- расширитель для заключения образца в резиновую оболочку.

Принципиальная схема камеры трехосного сжатия приведена в приложении Г.

5.3.2.2 Конструкция камеры трехосного сжатия должна обеспечивать:

- боковое расширение образца;

- отжатие воды из образца;

- герметичность основных деталей;

- минимально возможное трение штока во втулке камеры.

5.3.2.3 Измерительные устройства (приборы) должны обеспечивать погрешность:

- при измерении вертикальной нагрузки на образец - не более 1 % нагрузки при разрушении образца;

- при измерении давления в камере - не более 2 % заданного;

- при измерении вертикальной деформации образца - по Лабораторные испытания. Общие положения">ГОСТ 30416;

- при измерении объемных деформаций образца - не более 0,03 % начального объема образца.

5.3.2.4 Камеру трехосного сжатия тарируют в соответствии с требованиями приложения Д.

5.3.3 Подготовка к испытанию

5.3.3.1 Образец грунта изготавливают с учетом требований 5.3.1.6 и 5.3.1.7.

Примечание - Для уменьшения трения в процессе вырезания образца с помощью цилиндрической формы ее внутренний диаметр может быть несколько больше внутреннего диаметра режущей кромки.

5.3.3.2 Образец грунта ненарушенного сложения, изготовленный методом режущего кольца, извлекают из кольца с помощью выталкивателя, измеряют его диаметр и высоту и взвешивают.

Торцы образца покрывают влажными бумажными фильтрами и помещают его между штампами. С помощью расширителя, конструкция которого приведена в приложении Е, на образец надевают резиновую оболочку. Закрепляют оболочку на боковых поверхностях штампов резиновыми или металлическими уплотнителями.

5.3.3.3 Образец грунта со штампами помещают на основание камеры. До помещения образца водонасыщенного грунта систему трубок, подводящих воду к штампам, и отверстия в штампах заполняют дистиллированной дезаэрированной водой до появления ее на поверхности штампов и вытеснения пузырьков воздуха. Излишек воды убирают фильтровальной бумагой.

5.3.3.4 Образец связного грунта нарушенного сложения с заданными значениями плотности и влажности, изготовленный в разъемной форме методом послойного трамбования или под прессом, извлекают из разъемной формы и проводят операции, указанные в 5.3.3.2 и 5.3.3.3.

5.3.3.5 При изготовлении образца несвязного грунта нарушенного сложения на внутреннюю поверхность формы предварительно помещают резиновую оболочку, концы которой загибают на края формы. Основанием образца служит штамп, покрытый бумажным фильтром.

5.3.3.6 Образец несвязного грунта помещают на основание камеры в форме. Концы резиновой оболочки закрепляют на штампах (5.3.3.2). Затем разъемную форму снимают. До снятия формы образец вакуумируют с помощью вакуумного насоса, создавая разрежение не более 0,01 МПа.

5.3.3.7 После помещения образца на основание камеры проводят следующие операции:

- корпус камеры с поднятым в верхнее положение штоком устанавливают на основание и проверяют положение штока по отношению к центру образца;

- корпус камеры закрепляют на основании;

- заполняют камеру рабочей жидкостью (дистиллированной прокипяченной водой) с полным удалением пузырьков воздуха;

- устанавливают прибор для измерения вертикальных деформаций образца;

- присоединяют приборы для измерения объемных деформаций образца грунта и (или) давления в поровой жидкости (в зависимости от схемы испытаний);

- записывают начальные показания приборов.

5.3.4 Проведение неконсолидированно-недренированного испытания

5.3.4.1 Предварительное обжатие образца осуществляют в соответствии с программой испытаний или производят в условиях отсутствия дренажа всесторонним давлением в камере, равным среднему полному давлению, воздействующему на грунт в условиях природного залегания, в течение 30 мин.

5.3.4.2 Вертикальное нагружение испытываемого образца производят равномерно, без ударов ступенями нагрузки, равными 10 % эффективного напряжения в образце грунта после предварительного обжатия, определяемого разностью между полным давлением в камере и давлением в поровой жидкости образца, или от значения вертикального эффективного бытового давления, заданного программой испытаний, с интервалами 15 с или непрерывно, обеспечивая приращение относительной вертикальной деформации образца грунта 0,02 за 1 мин.

5.3.4.3 Показания прибора для измерения вертикальной деформации образца грунта записывают на каждой ступени нагружения (по достижении заданной нагрузки) или через 15 с при непрерывном увеличении нагрузки.

5.3.4.4 Испытание продолжают до момента разрушения образца или до возникновения пластического течения без приращения нагрузки. При отсутствии видимых признаков разрушения испытание прекращают при относительной вертикальной деформации образца грунта e1 = 0,15.

5.3.4.5 После окончания испытания образец грунта разгружают, сбрасывают давление в камере и сливают рабочую жидкость.

5.3.4.6 Образец грунта извлекают из камеры и отбирают из него пробы для контрольного определения влажности.

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

5.3.5 Проведение консолидированно-недренированного испытания

5.3.5.1 Образец уплотняют всесторонним давлением в камере s3, заданным программой испытаний или принятым по таблице 5.5. Давление передают ступенями (таблица 5.5). При этом обеспечивают отжатие воды из образца грунта.

Таблица 5.5

В мегапаскалях

Грунты

Давление в камере s3 при предварительном уплотнении

Ступени давления

1

2

3

Пески крупные и средней крупности плотные

Глины с IL £ 0

0,1; 0,3; 0,5

0,1

Пески средней крупности, средней плотности, пески мелкие плотные и средней плотности

Глинистые: супеси и суглинки с IL £ 0,5, глины с 0 < IL £ 0,5

0,1; 0,2; 0,3

0,05

Пески средней крупности и мелкие рыхлые, пески пылеватые независимо от плотности

Глинистые: супеси, суглинки, глины с IL > 0,5

0,1; 0,15; 0,20

0,025 до s3 = 0,1

далее 0,05

Органо-минеральные и органические грунты

0,05; 0,075; 0,1

0,025

Примечание - При больших значениях заданного давления в камере ступени давления принимают равными 10 % конечного давления.

5.3.5.2 Каждую ступень всестороннего давления при консолидации выдерживают не менее:

- 5 мин - для песков;

- 15 мин - для глинистых, органо-минеральных и органических грунтов.

Конечную ступень давления выдерживают до условной стабилизации объемной деформации образца грунта.

5.3.5.3 За критерий условной стабилизации объемной деформации образца грунта принимают приращение относительной объемной деформации, не превышающее 0,0003 за время, указанное в таблице 5.6.

Таблица 5.6

Грунты

Время условной стабилизации объемной деформации, ч

Пески

0,5

Глинистые:

- супеси

6

- суглинки

с Ip £ 12 %

6

с Ip > 12 %

12

глины

24

Органо-минеральные и органические грунты

24

Примечания

1 При измерении объемных деформаций температура рабочей жидкости не должна меняться более чем на 1 °С.

2 Для грунтов с Sr » 1,0 объемные деформации образца грунта могут быть измерены по объему воды, вытесненной из образца.

5.3.5.4 Отсчеты по прибору для измерения объемной деформации образца грунта записывают на каждой ступени всестороннего давления в камере, а на конечной ступени давления:

- через 0,5 ч - для песков;

- через 1 ч в течение рабочего дня, далее - в начале и в конце рабочего дня до условной стабилизации объемной деформации - для глинистых, органо-минеральных и органических грунтов.

5.3.5.5 После уплотнения перекрывают дренаж и проводят испытания образца грунта в соответствии с 5.3.4.2 - 5.3.4.6. При этом ступени давления принимают равными 10 % заданного всестороннего давления в камере.

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

5.3.6 Проведение консолидированно-дренированного испытания

5.3.6.1 Образец грунта уплотняют в соответствии с 5.3.5.1 - 5.3.5.4.

5.3.6.2 После уплотнения образец грунта испытывают для определения характеристик прочности в соответствии с 5.3.6.3 - 5.3.6.8, a для определения характеристик деформируемости - в соответствии с 5.3.6.9 - 5.3.6.12.

5.3.6.3 При испытаниях для определения характеристик прочности образец грунта нагружают вертикальной нагрузкой при соблюдении следующих условий:

- при постоянном всестороннем давлении в камере s3 - для песков;

- при постоянном всестороннем давлении в камере s3 или при постоянном среднем нормальном напряжении в образце - для глинистых, органо-минеральных и органических грунтов.

5.3.6.4 Для сохранения постоянства среднего нормального напряжения в образце при приложении нагрузки уменьшают всестороннее давление в камере на Ds3.

Значение Ds3, МПа, определяют по формуле

x014.gif                                                         (5.9)

где DF - приращение вертикальной нагрузки на каждой ступени нагружения или за 5 мин при непрерывном увеличении нагрузки, кН;

А - площадь поперечного сечения образца, см2.

5.3.6.5 Вертикальное давление на образец передают ступенями, равными 10 % заданного всестороннего давления в камере, или непрерывно, обеспечивая приращение относительной вертикальной деформации образца грунта 0,003 за 1 мин.

5.3.6.6 При передаче нагрузки ступенями каждую ступень нагружения выдерживают до условной стабилизации вертикальной деформации образца, за критерий которой принимают приращение относительной вертикальной деформации, не превышающее 0,0001 за 1 мин.

5.3.6.7 Отсчеты по прибору для измерения вертикальной деформации образца грунта записывают через каждые 2 мин, а при затухании деформации - через 1 мин.

5.3.6.8 Испытание проводят до разрушения образца (5.3.4.4) и далее проводят операции в соответствии с 5.3.4.5, 5.3.4.6.

5.3.6.9 При испытаниях для определения характеристик деформируемости вертикальное давление на образец передают ступенями при постоянном всестороннем давлении в камере s3.

5.3.6.10 Ступени давления в зависимости от всестороннего давления в камере принимают по таблице 5.7.

Таблица 5.7

Грунты

Ступень вертикального давления на образец грунта, % заданного всестороннего давления в камере при номерах ступеней

1

2 - 6

7 и далее

Пески

30

30

15

Глинистые:

- супеси

10

20

10

- суглинки:

с IL £ 0,5

10

20

10

с IL > 0,5

8

15

8

глины

с IL £ 0,5

6

15

6

с IL > 0,5

5

10

5

Органо-минеральные и органические грунты

5

10

5

5.3.6.11 Каждую ступень давления выдерживают до условной стабилизации вертикальной деформации образца, за критерий которой принимают приращение относительной вертикальной деформации, не превышающее 0,0001 за время, указанное в таблице 5.6.

5.3.6.12 Отсчеты по приборам для измерения вертикальных и объемных деформаций образца грунта записывают на каждой ступени давления:

- через 1, 5, 15, 30 мин и далее через 0,5 ч - для песков;

- через 1, 5, 15, 30 мин, 1, 2, 4, 6 и 8 ч, а затем в начале и в конце рабочего дня - для глинистых, органо-минеральных и органических грунтов.

5.3.6.13 Испытание проводят до разрушения образца (5.3.4.4) или прекращают при заданном вертикальном давлении, определенном с учетом предполагаемого напряженного состояния в исследуемом грунтовом массиве, и далее проводят операции в соответствии с 5.3.4.5 и 5.3.4.6.

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

5.3.7 Обработка результатов

5.3.7.1 По результатам испытания образца грунта в условиях трехосного сжатия вычисляют:

- абсолютную вертикальную деформацию образца грунта Dh, мм, с учетом поправки на сжатие камеры;

- относительную вертикальную деформацию образца грунта e1 по формуле

x016.gif                                                             (5.10)

где h - начальная высота образца, мм;

- абсолютную объемную деформацию образца грунта DV, см3, с учетом поправки на расширение камеры;

- относительную объемную деформацию образца грунта ev по формуле

x018.gif                                                          (5.11)

где V - начальный объем образца, см3;

- напряжение s1, МПа, по формуле

x020.gif                                                 (5.12)

где F - вертикальная нагрузка, кН;

А - площадь поперечного сечения образца, см2;

s3 - всестороннее давление в камере, МПа;

Ас - площадь поперечного сечения штока, см2.

Примечания

1 При необходимости вводят поправку на трение штока во втулке камеры.

2 При относительной вертикальной деформации образца грунта, превышающей 0,03, учитывают изменение площади А в процессе испытания.

Для любого момента испытаний площадь Аi определяют по формулам:

- для недренированного испытания

x022.gif                                                          (5.13)

- для дренированного испытания

x024.gif                                                       (5.14)

В случае увеличения объема образца ev принимают со знаком плюс.

5.3.7.2 При определении характеристик прочности по вычисленным значениям строят график зависимости e1 = f(s1 - s3) для испытаний, проведенных при различных значениях s3 (приложение Ж).

На графиках определяют значения (s1 - s3)р, соответствующие моменту разрушения образца грунта (точка перегиба графика) или относительной вертикальной деформации образца e1 = 0,15.

5.3.7.3 Сопротивление недренированному сдвигу си, МПа, определяют по результатам неконсолидированно-недренированного испытания по формуле

x026.gif                                                         (5.15)

где x028.gif и x030.gif - значения s1 и s3 при разрушении образца, МПа;

п - число испытаний.

5.3.7.4 Угол внутреннего трения j и удельное сцепление с, МПа, вычисляют по формулам:

x032.gif                                                            (5.16)

x034.gif                                                               (5.17)

где N - вычисляют по формуле (5.5),

М             »            »        »      (5.6), в которых tiи si необходимо заменить на x036.gif и x038.gif соответственно.

Примечания

1 При измерении давления в поровой жидкости s1 и s3 заменяют на s¢1 и s¢3, вычисляемые по формулам:

1 = s1 - и;                                                                             (5.18)

3 = s3 - и,                                                                             (5.19)

где и - давление в поровой жидкости, МПа.

2 Для оценки разброса экспериментальных данных и выявления ошибок испытаний перед вычислением tgj и с строят график зависимости s1 = f(s3) при разрушении образцов (приложение Ж).

5.3.7.5 При определении характеристик деформируемости по вычисленным значениям строят графики зависимости e1 = f(s1) и ev = f(s1) (приложение Ж). На графиках принимают линейную аппроксимацию участков для заданных программой испытаний диапазонов напряжений.

5.3.7.6 Модуль деформации Е, МПа, и коэффициент поперечной деформации v определяют при испытаниях (или этапах испытаний), проведенных при постоянном значении всесторонних напряжений s3 (Ds3 = 0), и вычисляют по формулам:

x040.gif                                                             (5.20)

x042.gif                                                              (5.21)

где Ds1 - приращение напряжений s1в заданном диапазоне;

De1 и De3 - приращение относительных вертикальной и поперечной деформаций образца

x044.gif                                                   (5.22)

где Dev - приращение относительной объемной деформации образца.

5.3.7.7 По данным испытаний грунта в условиях трехосного сжатия могут быть определены модуль сдвига G и модуль объемной деформации К в соответствии с приложением И.


Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации. . 2015.

Смотреть что такое "Метод трехосного сжатия" в других словарях:

  • Метод компрессионного сжатия — 5.4 Метод компрессионного сжатия 5.4.1 Сущность метода 5.4.1.1 Испытание грунта методом компрессионного сжатия проводят для определения следующих характеристик деформируемости: коэффициента сжимаемости m0, модуля деформации Е, структурной… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • метод — метод: Метод косвенного измерения влажности веществ, основанный на зависимости диэлектрической проницаемости этих веществ от их влажности. Источник: РМГ 75 2004: Государственная система обеспечения еди …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • ГОСТ 12248-96: Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости — Терминология ГОСТ 12248 96: Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости оригинал документа: Коэффициент фильтрационной cv и вторичной ca консолидации показатели, характеризующие скорость деформации грунта… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • При упрощенном способе — за нормативное значение характеристики принимается ее среднемедианное значение, устанавливаемое непосредственно по графику рассеяния. Расчетной характеристикой служит гарантированное значение, зависящее от числа опытных определений этой… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • Методические указания: Методические указания по проектированию земляного полотна на слабых грунтах — Терминология Методические указания: Методические указания по проектированию земляного полотна на слабых грунтах: При упрощенном способе за нормативное значение характеристики принимается ее среднемедианное значение, устанавливаемое… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации


Поделиться ссылкой на выделенное

Прямая ссылка:
Нажмите правой клавишей мыши и выберите «Копировать ссылку»

We are using cookies for the best presentation of our site. Continuing to use this site, you agree with this.