Файл: Грунтоведение_лекции.doc

Испытание водонасыщенных и водоненасыщенных пород, кото­рые после возведения сооружения окажутся под водой, проводятся в условиях погружения испытуемого образца под воду.

Породы, которые в процессе строительства и эксплуатации со­оружений не будут дополнительно увлажняться, испытываются с сохранением естественной влажности.

В результате опыта получают ряд экспериментальных значений:₁-h₁;₂-h₂;₃-h₃ и т.д., по которым можно рассчитать изменение коэффициента пористости: и значения коэффициента пористости, отвечающие соответствую­щим давлениям_n=₀-_n. По полученным значениям строится компрессионная кривая, и определяются по указанным выше фор­мулам коэффициент компрессии и модуль общей деформации для любых интервалов давлений в пределах построенной компрессион­ной кривой.

Просадочность

Некоторые породы сжимаются под влиянием увлажнения. Эту особенность пород называют просадочностью. 0на вызывается резким уменьшением прочности структурных cвязeй между частицами породы под влиянием воды.

Просадочность характерна для лёссов и лёссовидных пород, ко­торые называют макропористыми породами. Поры в них различимы невооруженным глазом. При замачивании без увеличения нагрузки они дают значительную дополнительную осадку (просадку) провального характера. Лессовые породы легко и быстро размокают и размываются. В районе их распространения широко развиты овражно-балочные явления, быстро разрушаются берега рек, озер и водохранилищ, многочисленные оползни, подвижки и другие явления.

Выявление степени просадочности имеет большое практическое значение при проектировании строительства и нормальной эксплуа­тации различных сооружений.

Грунтовые условия строительных площадок в зависимости от возможности проявления просадки под влиянием собственного веса породы при замачивании по СНиП 11-Б.2—62разделяются на два типа. К первому типу относятся породы, у которых просадка от соб­ственного веса практически отсутствует или не превышает 5см, ко второму —породы с возможной просадкой от собственного веса более 5см.

Возможность просадки от веса вышележащей толщи и ее вели­чина определяются в полевых условиях путем опытного замачива­ния участка распространения лёссовых пород площадью не меньше мощности просадочной толщи.

Основным показателем, характеризующим возможную величину просадочности по СНиПу, является относительная просадочность, которая определяется по формуле

гдеh₀ —высота образца породы природной влажности, обжатого давлением, равным природному_пр, без возможности бокового рас­ширения, см;

h —высота того же образца породы природной влаж­ности, обжатого без возможности бокового расширения давлением_i, равным давлению от веса сооружения и собственного веса вышележащей породы (_i=_соор +_пр), см;

h'—высота того же образца после пропуска через него воды при сохранении давления_i.

Для определения относительной просадочности при проектирова­нии сооружений проводят поинтервально (послойно) компрессион­ные испытания всей толщи просадочных пород под сооружением по следующей схеме.

Испытуемый образец высо­тойh₀помещают в компрес­сионный прибор, предохраняют его от высыхания и ступенями по 0,25—0,5кГ/см²доводят давление на него до величины_i, равной сумме проектируе­мого давления от сооружения и природного давления. Под этим давлением выдерживают образец до условной стабили­зации осадки и определяют высоту образца h.Затем к об­разцу снизу проводят воду и, не изменяя давление, наблю­дают за деформацией образца под влиянием замачивания. Во­да для замачивания должна быть по химическому составу и общей минерализации анало­гична воде, которая будет увлажнять породу в естественных усло­виях при строительстве и эксплуатации сооружения.

При большой мощности просадочная толща разбивается на от­дельные слои с учетом литологического состава. При этом измене­ние суммарного давления в пределах выделенного слоя не должно превышать 1кГ/см².

Для инженерно-геологического картирования относительная просадочность может определяться при стандартном давлении= 3 кГ/см².

8.1. Полевые способы определения сжимаемости пород

В полевых условиях для определения сжимаемости пород на испытуемую по­роду в шурфе и скважине посредством штампа передают статиче­скую нагрузку, постепенно возрастающую во времени. Под дей­ствием этой нагрузки порода испытывает три фазы деформации.

1.Фаза уплотнения, в процессе которой происходит деформации сжатия породы непосредственно под штампом в виде колонки. Окружающая колонку порода не подвергается деформации. Эта фаза характеризуется линейной зависимостью между нагрузкой и деформацией (отрезок ОА на графике стадий деформации породы под нагрузкой, рис. 8.2).

2.Фаза сдвига, в процессе которой нарушается линейная зави­симость между нагрузкой и деформацией. Приращение деформации опережает увеличение нагрузок, отдельные участки породы начи­нают сдвигаться относительно друг друга, наступает состояние пре­дельного равновесия массива породы, окружающей сжимаемую ко­лонку (отрезок АБ на графике рис. 8.2).

3.Стадия разрушения, в процессе которой происходит резкое увеличение деформаций, разрушение породы в массиве, непосред­ственно окружающем сжимаемую колонку, и выпирание породы вверх. Нагрузка, соответствующая началу этого процесса, назы­вается пределом несущей способности.

Рис. 8.2 Стадии деформации породы под нагрузкой штампом

Для обеспечения устойчивости породы под сооружением его давление не должно превышать давления, отвечающего конечному периоду первой стадии деформаций, т. е. давления Р₁на графике (рис. 8.2).Это давление называется предельным, или критической нагрузкой, а внутреннее сопротивление породы сжатию, соответствующее этой нагрузке, —несущей способностью. Кроме критиче­ской нагрузки и несущей способности по результатам опытов опре­деляют модуль общей деформации, который для прямолинейного участка графикаS=f(P) рассчитывается по формуле

гдеQ —полная нагрузка на штамп, кГ;

S —конечная осадка штам­па, отвечающая нагрузке Q,см,

d —диаметр штампа или круга, равновеликого площади штампа квадратного или прямоугольного сечения;—коэффициент поперечного расширения (коэффициент Пуассона), принимаемый для песков и супесей равным 0,30,для суглинков — 0,35и для глин — 0,40.

Существует много конструкций установок для испытания пород проб­ными нагрузками в шурфах или скважинах. Основной деталью этих устано­вок является штамп, с помощью кото­рого на породу передается давление. В России принят стандартный штамп квадратной формы площадью 5000см² для испытаний в шурфах. Для испыта­ний в скважинах применяется штамп площадью 600см². Штамп обычно представляет собой толстую стальную плиту, усиленную ребрами жесткости. Остальные детали установок служат для передачи давления на плиту.

Для измерения осадок применяются специальные приборы: прогибомеры и нивелиры.

На штамп, установленный на необходимой глубине в шурфе или скважине, передается давление ступенями 0,25—0,5кГ/см², и про­изводятся наблюдения за осадкой штампа. Давление увеличивает­ся по мере затухания деформаций от предыдущей ступени. Общее давление доводится в слабых породах до разрушающего (третья фаза деформаций), а в плотных породах —до предельного (вторая фаза деформаций).

По наблюдениям за осадкой штампа строят график зависимо­сти осадки штампа от времени. По результатам опытной нагрузки составляют график зависимости осадки от давления, при этом осадки штампа откладывают на период начала приложения данно­го давления и на период условной стабилизации при этом давле­нии. В силу этого график получается ступенчатым (рис. 8.3).Точ­ка А на графике считается критической точкой перегиба, отделяю­щей начально-прямолинейный участок графика от участка, где за­висимость между осадками и давлением выражается кривой.

Рис.8.3 График зависимости осадки штампа от давления

Следует отметить, что величины модуля общей деформации, опреде­ленные для одной и той же породы лабораторным способом и полевым, отличаются друг от друга. Модуль деформации, получаемый по данным лабораторных исследований, обычно значительно меньше значения моду­ля деформации, определяемого для той же породы по полевым опытным нагрузкам..

В последнее время для опреде­ления модуля деформации пород в скважинах стала применяться прессиометрия. Сущность этого способа заключается в том, что в буровую скважину на необходимую глубину опускают эластичную камеру, запол­ненную водой. После этого при по­мощи сжатого воздуха создают в этой камере давление и замеряют деформации ее. Изменив несколько раз давление, получают ряд на­блюдений за деформациями. По данным этих наблюдений рассчи­тывается модуль деформации.

Весьма перспективным для определения физических свойств прочности и деформационных свойств пород является также пенетрационно-каротажные методы, разрабатываемые Всесоюзным научно-исследовательским институтом гидрогеологии и инженерной геологии. Суть их заключается в изучении сопротивления проникно­вению в толщу породы зондов-датчиков, вдавливаемых специальными гидравлическими установками на глубину до 25м. Одновременно с определением этого сопротивления производится комплекс модификаций радиоактивного каротажа. В результате получают непрерывную информацию о составе, свойствах и состоянии пород в виде диаграмм. Комплексная интерпретация этих данных позво­ляет получить необходимые расчетные данные для проектирования оснований сооружений без бурения скважин и лабораторных иссле­дований образцов пород.