ГОСТ 12248-2010 Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости.
ГОСТ 12248-2010
Группа Ж39
МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ
Грунты
МЕТОДЫ ЛАБОРАТОРНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ПРОЧНОСТИ И ДЕФОРМИРУЕМОСТИ
Soils. Laboratory methods for determining the strength and strain characteristics
МКС 93.020
Дата введения 2012-01-01
Предисловие
Цели, основные принципы и основной порядок проведения работ по межгосударственной стандартизации установлены ГОСТ 1.0-92 "Межгосударственная система стандартизации. Основные положения" и МСН 1.01-01-96* "Система межгосударственных нормативных документов в строительстве. Основные положения"
Сведения о стандарте
1 РАЗРАБОТАН Научно-исследовательским, проектно-изыскательским и конструкторско-технологическим институтом оснований и подземных сооружений (НИИОСП) им. Н.М.Герсеванова - институтом Открытого акционерного общества "Научно-исследовательский центр "Строительство" (ОАО "НИЦ "Строительство") при участии ОАО "ВНИИГ им. Б.Е.Веденеева", ОАО "Союздорнии", ОАО "Фундаментпроект", Института геоэкологии им. Е.М.Сергеева РАН (ИГЭ РАН), ООО "НПП "Геотек", геологического факультета Московского государственного университета им. М.В.Ломоносова (МГУ)
2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 465 "Строительство"
3 ПРИНЯТ Межгосударственной научно-технической комиссией по стандартизации, техническому нормированию и сертификации в строительстве (дополнение к приложению Д протокола N 37 от 6-7 октября 2010 г.)
За принятие стандарта проголосовали:
|
|
|
Краткое наименование страны по МК (ИСО 3166) 004-97 | Код страны по МК (ИСО 3166) 004-97 | Сокращенное наименование органа государственного управления строительством |
Республика Армения | AM | Министерство градостроительства |
Республика Казахстан | KZ | Агентство по делам строительства и жилищно-коммунального хозяйства |
Кыргызская Республика | KG | Госстрой |
Республика Молдова | MD | Министерство строительства и регионального развития |
Российская Федерация | RU | Департамент регулирования градостроительной деятельности Министерства регионального развития |
Республика Узбекистан | UZ | Госархитектстрой |
Республика Таджикистан | TJ | Агентство по строительству и архитектуре при Правительстве |
4 Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 19 апреля 2011 г. N 46-ст межгосударственный стандарт ГОСТ 12248-2010 введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 января 2012 г.
5 ВЗАМЕН ГОСТ 12248-96 и ГОСТ 24143-80
Информация о введении в действие (прекращении действия) настоящего стандарта публикуется в указателе "Национальные стандарты".
Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в указателе "Национальные стандарты", а текст изменений - в информационных указателях "Национальные стандарты". В случае пересмотра или отмены настоящего стандарта соответствующая информация будет опубликована в информационном указателе "Национальные стандарты"
ВНЕСЕНА поправка, опубликованная в ИУС N 12, 2012 год
1 Область применения
Настоящий стандарт устанавливает методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости полускальных, дисперсных и мерзлых грунтов при их исследовании для строительства.
2 Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие стандарты:
ГОСТ 2789-73 Шероховатость поверхности. Параметры и характеристики
ГОСТ 5180-84 Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик
ГОСТ 9378-93 Образцы шероховатости поверхности (сравнения). Общие технические условия
ГОСТ 12071-2000 Грунты. Отбор, упаковка, транспортирование и хранение образцов
ГОСТ 12536-79 Грунты. Методы лабораторного определения гранулометрического (зернового) и микроагрегатного состава
ГОСТ 22733-2002 Грунты. Метод лабораторного определения максимальной плотности
ГОСТ 23161-78 Грунты. Методы лабораторного определения характеристик просадочности
ГОСТ 25100-95 Грунты. Классификация
ГОСТ 25584-90 Грунты. Методы лабораторного определения коэффициента фильтрации
ГОСТ 30416-96 Грунты. Лабораторные испытания. Общие положения
Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов на территории государств по соответствующему указателю стандартов, составленному по состоянию на 1 января текущего года, и по соответствующим информационным указателям, опубликованным в текущем году. Если ссылочный стандарт заменен (изменен), то при пользовании настоящим стандартом следует руководствоваться заменяющим (измененным) стандартом. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.
3 Термины и определения
В настоящем стандарте применены термины по ГОСТ 25100 и ГОСТ 30416, а также следующие термины с соответствующими определениями:
3.1 эффективное напряжение: Напряжение, действующее в скелете грунта, определяемое как разность между полным напряжением в образце грунта и поровым давлением.
3.2 поровое давление: Давление в поровой жидкости грунта.
3.3 противодавление: Внешнее давление, повышающее поровое давление в образце грунта в процессе испытания.
3.5 реконсолидация: Восстановление природной плотности и двухфазного состояния образца грунта, разуплотненного в результате паро-газовыделения в процессе его отбора при сохранении природной влажности.
3.8 сопротивление недренированному сдвигу: Максимальное касательное напряжение при нагружении грунта в условиях отсутствия дренирования.
3.9 структурная прочность грунта на сжатие: Прочность, обусловленная наличием структурных связей и характеризуемая напряжением, до которого образец грунта при его нагружении вертикальной нагрузкой практически не деформируется.
3.11 ползучесть: Процесс развития деформаций грунта (сдвиговых, объемных) во времени при действии постоянного напряжения.
3.12 стадия незатухающей ползучести: Процесс деформирования грунта с постоянной или увеличивающейся скоростью при постоянном напряжении.
3.13 оттаивающий грунт: Грунт, в котором при переходе от мерзлого состояния в талое разрушаются криогенные структурные связи.
3.14 граница оттаивания: Граница раздела оттаивающего и мерзлого грунта, движущаяся сверху вниз в процессе оттаивания.
3.15 приконтактный слой грунта: Тонкий (2-4 мм) слой оттаявшего грунта вблизи границы оттаивания, имеющий наибольшие влажность, разуплотнение, водопроницаемость и поровое давление.
4 Общие положения
4.1 Настоящий стандарт устанавливает следующие методы лабораторных испытаний грунтов для определения их характеристик прочности и деформируемости:
- полускальных - одноосное сжатие;
- дисперсных - одноплоскостной срез, одноосное сжатие, трехосное сжатие, компрессионное сжатие, суффозионное сжатие, испытание на набухание и усадку;
- мерзлых - испытание шариковым штампом, одноплоскостной срез по поверхности смерзания, одноосное сжатие, компрессионное сжатие, одноплоскостной срез оттаивающего грунта.
Примечание - По специальному заданию могут применяться другие методы испытаний и конструкции приборов, обеспечивающие моделирование процесса нагружения грунта и условий его работы в основании, составе инженерного сооружения или в качестве среды его вмещающей.
4.2 Общие требования к лабораторным испытаниям грунтов, оборудованию и приборам, лабораторным помещениям, способы изготовления образцов для испытаний приведены в ГОСТ 30416. Дополнительные требования приводятся в отдельных методах испытаний.
4.3 Способы отбора монолитов и подготовки образцов для испытаний должны обеспечить практически полное сохранение их структуры и влажности в соответствии с ГОСТ 12071 и ГОСТ 30416.
4.4 Для испытываемых грунтов должны быть определены физические характеристики по ГОСТ 5180: влажность (суммарная влажность для мерзлых грунтов), плотность, плотность частиц, влажности на границах текучести и раскатывания, гранулометрический состав грунтов по ГОСТ 12536, а также вычислены плотность сухого грунта, коэффициент пористости, коэффициент водонасыщения (степень заполнения объема пор льдом и незамерзшей водой), число пластичности и показатель текучести (для связных дисперсных грунтов).
Дополнительные необходимые характеристики грунтов приводятся в отдельных методах испытаний настоящего стандарта.
4.5 Испытания мерзлых грунтов проводят при температурах ниже температуры начала замерзания: на 0,5 °С - для незасоленных и на 1 °С - для засоленных.
4.6 В процессе испытаний грунтов ведут журналы, формы приведены в приложении А, а при автоматизации процесса испытаний и обработки данных с помощью компьютерных программ результаты опыта выводятся на компьютер в форме паспорта (протокола) испытания.
4.7 Отчет об испытании должен включать в себя:
- идентификацию образца (номер буровой скважины, номер пробы, номер испытания, глубину отбора, номер инженерно-геологического элемента и т.п.);
- метод подготовки образца (ненарушенный или нарушенного сложения, предварительное водонасыщение);
- начальные размеры образца;
- физические характеристики грунта;
- использованный метод испытания;
- таблицу результатов испытания (нагрузки-деформации);
- графики испытаний;
- числовые значения полученных характеристик грунта.
При необходимости допускается приводить и другую дополнительную информацию.
5 Методы определения характеристик прочности и деформируемости полускальных и дисперсных грунтов
5.1 Метод одноплоскостного среза
5.1.1 Сущность метода
Примечания
2 Не допускается испытывать грунты, выдавливаемые в процессе испытания в зазор между подвижной и неподвижной частями срезной коробки.
5.1.1.4 Испытания проводят по следующим схемам:
5.1.1.5 Для испытаний используют образцы грунта ненарушенного сложения с природной влажностью или в водонасыщенном состоянии или образцы нарушенного сложения с заданными значениями плотности и влажности (в том числе при полном водонасыщении), или образцы, отобранные из массива искусственно уплотненных грунтов.
При этом образцы просадочных грунтов испытывают в водонасыщенном состоянии, а набухающих - при природной влажности.
Примечание - В необходимых случаях сопротивление срезу может определяться: для просадочного грунта при природной влажности или влажности на границе раскатывания, если последняя превышает природную; для засоленного - на образцах предварительно выщелоченного грунта после стабилизации суффозионной осадки при заданном нормальном давлении; для набухающих грунтов - в условиях полного водонасыщения после стабилизации свободного набухания или набухания (уплотнения) при заданном нормальном давлении; для насыпных грунтов - при их максимальной, требуемой или достигаемой плотности.
5.1.1.6 Образцы должны иметь форму цилиндра диаметром не менее 70 мм и высотой от 1/3 до 1/2 диаметра. Максимальный размер фракции грунта (включений, агрегатов) в образце должен быть не более 1/5 высоты образца.
5.1.2 Оборудование и приборы
5.1.2.1 В состав установки для испытания грунта методом одноплоскостного среза должны входить:
- срезная коробка, состоящая из подвижной и неподвижной частей и включающая в себя рабочее кольцо внутренними размерами по 5.1.1.6, жесткие сплошные и перфорированные штампы;
- механизм для вертикального нагружения образца;
- механизм создания горизонтальной срезающей нагрузки;
- устройства для измерения деформаций образца и прикладываемой нагрузки.
Примечание - Для испытания образца песчаных грунтов применяют срезную коробку с нижней подвижной частью.
5.1.2.2 Конструкция срезного прибора должна обеспечивать первоначальное вертикальное давление на образец (от веса штампа и измерительных приборов на нем) не более 0,025 МПа.
5.1.2.3 При тарировке срезной коробки в соответствии с паспортом на прибор устанавливают поправки на преодоление трения подвижной части срезной коробки.
5.1.2.4 При необходимости предварительного уплотнения образца могут применяться уплотнители, позволяющие проводить уплотнение при заданном давлении и сохранении природной или заданной влажности, а также в условиях полного водонасыщения.
В состав уплотнителя должны входить следующие основные узлы:
- цилиндрическая обойма, в которую помещается рабочее кольцо с образцом;
- жесткий перфорированный штамп;
- механизм для вертикального нагружения образца;
- ванна для водонасыщения образца;
- гидроизолирующие элементы;
- устройство для измерения вертикальных деформаций образца.
5.1.3 Подготовка к испытанию
5.1.3.1 Образец грунта изготавливают с учетом требований 5.1.1.5 и 5.1.1.6.
5.1.3.2 Изготовленный образец взвешивают и в зависимости от схемы испытания приступают или к его предварительному уплотнению (консолидировано-дренированный срез), или сразу к испытанию на срез (неконсолидированный быстрый срез).
5.1.3.3 Предварительное уплотнение образца проводят непосредственно в рабочем кольце срезного прибора или уплотнителе.
5.1.3.4 При предварительном уплотнении в уплотнителе рабочее кольцо с подготовленным образцом грунта следует поместить в обойму уплотнителя, а затем собранную обойму установить в ванну уплотнителя на перфорированный вкладыш (предварительно торцы образца необходимо покрыть влажным бумажным фильтром). Далее необходимо установить на образец перфорированный штамп, провести регулирование механизма нагрузки, установить приборы для измерения вертикальных деформаций грунта и записать их начальные показания.
5.1.3.5 Для испытаний образца грунта в условиях полного водонасыщения необходимо предварительно замочить образец до появления воды на поверхности, заполнив ванну уплотнителя водой.
5.1.3.6 При проведении среза "плашка по плашке" (см. 5.1.1.2) образец грунта разрезают на две части острым ножом или леской, тщательно заравнивают торцевые поверхности обеих половин с предварительным их смачиванием, соединяют их между собой и помещают в рабочее кольцо срезного прибора.
5.1.4 Проведение консолидированно-дренированного (медленного) среза
Таблица 5.1 - Значения нормальных давлений и ступеней давления при предварительном уплотнении грунтов
|
|
|
Грунты | Нормальное давление при предварительном уплотнении , МПа | Ступени давления , МПа |
Пески средней крупности плотные; глины с  0,25 | 0,1; 0,3; 0,5 | 0,1 до  0,1 и далее 0,2 |
Пески средней крупности средней плотности; пески мелкие и пылеватые плотные и средней плотности; супеси, суглинки и органо-минеральные грунты с 0,5; глины с 0,25  0,5 | 0,1; 0,2; 0,3 | 0,05 до 0,1 и далее 0,1 |
Пески средней крупности, мелкие и пылеватые рыхлые; супеси, суглинки, глины и органо-минеральные грунты с  0,5 | 0,1; 0,15; 0,2 | 0,025 до 0,05 и далее 0,05 |
5.1.4.2 Для глинистых и органо-минеральных грунтов водонасыщенных в природном залегании или приведенных в водонасыщенное состояние предварительным замачиванием (см. 5.1.3.5), предварительное уплотнение образцов и испытание на срез проводят в соответствии с 5.1.4.3-5.1.4.10.
Примечание - Время снятия показаний может быть несколько изменено для удобства построения кривой консолидации методом "квадратного корня из времени" (см. 5.1.4.4).
5.1.4.5 После предварительного уплотнения, если оно проводилось в уплотнителе, следует быстро разгрузить образец и перенести рабочее кольцо с образцом в срезную коробку. В случае предварительного уплотнения образца в условиях полного водонасыщения перед разгрузкой образца удаляют воду из ванны уплотнителя.
Далее проводят следующие операции: закрепляют рабочее кольцо в срезной коробке, устанавливают перфорированный штамп, регулируют механизм нагрузки, устанавливают зазор между подвижной и неподвижной частями срезной коробки (0,5 мм для глинистых и органо-минеральных грунтов и 1 мм - для песков), устанавливают измерительную аппаратуру для регистрации вертикальных деформаций образца.
5.1.4.6 На образец грунта передают то же нормальное давление, при котором происходило предварительное уплотнение грунта.
Испытание на срез "плашка по плашке" выполняют при том же нормальном давлении, при котором был осуществлен первый срез.
Нормальную нагрузку следует передать на образец в одну ступень и выдержать ее не менее:
5 мин - для песков;
15 мин - для супесей;
30 мин - для суглинков и глин;
10 мин - при срезе "плашка по плашке".
5.1.4.7 После передачи на образец грунта нормальной нагрузки приводят в рабочее состояние механизм создания горизонтальной сдвигающей нагрузки и устройство для измерения деформаций среза грунта и регистрируют его начальное показание.
Испытание на срез проводят при непрерывно возрастающей горизонтальной нагрузке с постоянной скоростью деформации образца (кинематический режим) или при возрастании нагрузки ступенями (статический режим).
Таблица 5.2 - Скорости среза для глинистых грунтов
|
|
Грунты | Скорость среза , мм/мин |
Супеси |  0,3 |
Суглинки с 12% | 0,1 |
Суглинки с 12% | 0,05 |
Глины с 20% | 0,02 |
Глины с 30% | 0,01 |
Глины с 40% | 0,005 |
5.1.4.10 При передаче срезающей нагрузки ступенями их значения должны составлять 5% значения нормальной нагрузки, при которой проводят срез. Критерием завершения ступени нагружения является достижение скорости деформации, определяемой по формуле (5.1) или таблице 5.2.
Деформации среза при кинематическом и статическом режимах нагружения фиксируют через 0,25-0,5 мм так, чтобы накопилось 15-20 отсчетов от начала до конца среза.
5.1.4.11 Для неводонасыщенных в природном залегании глинистых и органо-минеральных грунтов, а также песчаных, просадочных, набухающих и засоленных грунтов предварительное уплотнение образцов и испытание на срез проводят в соответствии с 5.1.4.12-5.1.4.17.
5.1.4.13 Каждую ступень давления при предварительном уплотнении выдерживают в течение времени, указанного в таблице 5.3, а конечную ступень - до достижения условной стабилизации деформаций сжатия образца грунта.
Таблица 5.3 - Время выдерживания ступеней и критерий условной стабилизации деформаций образца
|
|
|
Грунты | Время выдерживания ступеней, не менее | Время условной стабилизации деформаций сжатия на конечной ступени, не менее |
Пески | 5 мин | 0,5 ч |
Глинистые (непросадочные и ненабухающие): |
|
|
- супеси |
| 3 ч |
- суглинки с 12% | 30 мин | 6 ч |
- суглинки с 12% |
| 12 ч |
- глины с 22% |
| 12 ч |
- глины с 22% |
| 18 ч |
Органо-минеральные | 1 ч | 24 ч |
Просадочные |
| 3 ч |
Набухающие | 30 мин | Как для ненабухающих |
За критерий условной стабилизации деформации принимают ее приращение, не превышающее 0,05% за время, указанное в таблице 5.3.
5.1.4.14 В конце каждой ступени нагружения записывают показания приборов для измерения деформаций, а на последней ступени фиксируют наступление условной стабилизации деформации сжатия образца грунта.
5.1.4.15 После предварительного уплотнения проводят операции в соответствии с 5.1.4.5-5.1.4.7.
5.1.4.16 При статическом режиме приложения горизонтальной нагрузки ее ступени должны составлять 5% значения нормальной нагрузки, при которой проводят срез. На каждой ступени нагружения записывают показания приборов для измерения деформаций среза через каждые 2 мин, уменьшая интервал между измерениями до 1 мин в период затухания деформации до ее условной стабилизации.
За критерий условной стабилизации деформации среза принимают скорость деформации, не превышающую 0,01 мм/мин.
5.1.4.17 При непрерывно возрастающей горизонтальной нагрузке (кинематический режим) скорость среза должна быть постоянной и соответствовать указанной в таблице 5.4. Горизонтальное сдвигающее усилие и деформацию среза фиксируют через 0,25-0,5 мм так, чтобы накопилось 15-20 отсчетов от начала среза до достижения максимальной срезающей нагрузки.
Таблица 5.4 - Скорости среза песков и глинистых грунтов
|
|
Грунты | Скорость среза, мм/мин |
Пески и супеси | 0,5 |
Суглинки с  12% | 0,1 |
Суглинки с  12% | 0,05 |
Глины с 30% | 0,02 |
Глины с 30% | 0,01 |
5.1.4.18 Испытание следует считать законченным, если при приложении очередной ступени срезающей нагрузки произойдет мгновенный срез (срыв) одной части образца по отношению к другой или относительная деформация образца превысит 10% (в зависимости от того, что наступит раньше).
При проведении среза с постоянной скоростью за окончание испытаний принимают момент, когда срезающая нагрузка достигнет максимального значения, после чего наблюдается некоторое ее снижение или установление постоянного значения, или относительная деформация образца превысит 10% (в зависимости от того, что наступит раньше).
5.1.4.19 После окончания испытания следует разгрузить образец, извлечь рабочее кольцо с образцом из прибора и отобрать пробы для определения влажности из средней части образца.
5.1.5 Проведение неконсолидированного быстрого среза
5.1.5.1 Рабочее кольцо с образцом грунта помещают в срезную коробку и закрепляют в ней. Далее устанавливают сплошной штамп, регулируют механизм нагрузки, устанавливают зазор между подвижной и неподвижной частями срезной коробки в соответствии с 5.1.4.5, устанавливают устройство для измерения деформации среза и записывают его начальное показание.
Таблица 5.5 - Значения нормальных давлений при срезе
|
|
Грунты | Нормальное давление , МПа |
Глинистые и органо-минеральные грунты с показателями текучести: |
|
0,5  1,0 | 0,05; 0,1; 0,15 |
1,0 | 0,025; 0,075; 0,125 |
5.1.5.3 Сразу после передачи нормальной нагрузки приводят в действие механизм создания горизонтальной нагрузки и проводят срез образца грунта не более чем за 2 мин с момента приложения нормальной нагрузки.
При статическом режиме нагружения ступени горизонтальной нагрузки не должны превышать 10% значения нормального давления, при котором проводится срез (см. 5.1.5.2), и приложение ступеней должно следовать через каждые 10-15 с.
При кинематическом режиме нагружения скорость среза принимают в интервале 2-3 мм/мин так, чтобы срез длился не более 2 мин.
5.1.5.4 Момент окончания испытания устанавливают в соответствии с 5.1.4.18. По окончании испытания следует зафиксировать максимальную срезающую нагрузку в процессе испытания и провести операции, предусмотренные 5.1.4.19.
5.1.6 Обработка результатов
При проведении среза "плашка по плашке" зависимость (5.5) записывают в виде
5.2 Метод одноосного сжатия
5.2.1 Сущность метода
По специальному заданию для полускальных грунтов может быть определен модуль деформации, модуль упругости, коэффициент поперечной деформации и коэффициент Пуассона.
5.2.1.3 Для испытаний используют образцы грунта ненарушенного сложения.
Для полускальных грунтов влажность образца должна соответствовать природной влажности, воздушно-сухому или водонасыщенному состоянию, для глинистых грунтов - природной влажности.
5.2.1.4 Для полускальных грунтов образец должен иметь форму цилиндра или прямоугольного параллелепипеда (квадратного сечения) диаметром (стороной квадрата) от 40 до 100 мм и отношением высоты к диаметру, равным 1,8-2,0. Максимальный линейный размер зерен (неоднородностей) в образце должен быть не более 1/10 диаметра (стороны квадрата) образца. Образцы полускального грунта изготавливают в соответствии с ГОСТ 30416.
Для глинистых грунтов образец должен иметь форму цилиндра диаметром не менее 38 мм и отношением высоты к диаметру, равным 1,8-2,5. Максимальный размер фракции грунта (включений, агрегатов) в образце должен быть не более 1/6 диаметра образца.
Примечания
1 Диаметр (сторона квадрата) образца трещиноватого или выветрелого полускального грунта должен(а) быть не менее 60 мм.
2 Образец полускального грунта, имеющий сквозные трещины, видимые невооруженным глазом, к испытанию не допускается.
5.2.2 Оборудование и приборы
В состав установки для испытания грунта на одноосное сжатие должны входить:
- механизм для вертикального нагружения образца;
- устройство для измерения вертикальной деформации образца;
- устройство для измерения поперечной деформации образца (по заданию).
Примечание - Плиты пресса для нагружения образца должны быть отполированы или применены другие способы для уменьшения трения.
5.2.3 Подготовка к испытанию
5.2.3.1 Образец грунта изготавливают с учетом требований 5.2.1.3 и 5.2.1.4.
Для всех образцов, помимо определения необходимых физических характеристик, должны быть отмечены характерные особенности (слоистость, трещиноватость, наличие включений и др.).
5.2.3.2 Образец глинистого грунта, изготовленный методом режущего кольца, извлекают из кольца с помощью выталкивателя.
5.2.3.3 Образец грунта помещают в центре опорной плиты пресса и приводят в соприкосновение с ним верхнюю площадку пресса.
5.2.3.4 Устанавливают устройства для измерения вертикальной нагрузки, вертикальной и поперечной деформации образца и записывают их начальные показания.
5.2.4 Проведение испытания
5.2.4.2 Вертикальные деформации образца измеряют с погрешностью 0,01 мм для глинистых грунтов и 0,001 мм - для полускальных грунтов и регистрируют их в процессе нагружения не менее чем при 10 значениях напряжения до разрушения.
5.2.4.5 Для определения коэффициента поперечной деформации и коэффициента Пуассона полускального грунта в процессе испытания измеряют поперечные деформации образца при нагружении и разгрузке.
5.2.5 Обработка результатов
5.3 Метод трехосного сжатия
5.3.1 Сущность метода
5.3.1.2 Эти характеристики определяют по результатам испытаний образцов в камерах трехосного сжатия, дающих возможность бокового расширения образца грунта в условиях трехосного осесимметричного статического нагружения при
Примечание - При соответствующем обосновании могут быть приняты другие траектории нагружения образца грунта при испытаниях.
Испытания для определения характеристик деформируемости проводят приложением вертикальной нагрузки при заданном всестороннем давлении на образец.
5.3.1.5. Испытания проводят по следующим схемам:
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 35 мм и отношением высоты к диаметру от 1,85 до 2,25.
Диаметр образца выбирается так, чтобы максимальный размер включений не превышал 1/6 его диаметра.
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;
- устройства для измерения порового давления, основанные на компенсационном принципе, и датчики давления высокой жесткости;
- система противодавления.
Принципиальная схема камеры трехосного сжатия приведена в разделе Д.1, а блок-схема - в разделе Д.2 приложения Д.
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;
- измерение объема жидкости, закачиваемой в камеру.
5.3.2.3 Измерительные устройства (приборы) должны обеспечивать погрешность измерений не более:
- при измерении вертикальной нагрузки на образец - 2% нагрузки при разрушении образца;
- при измерении напряжения от веса штампа - 1 кПа;
- при измерении давления в камере - 2% заданного;
- при измерении вертикальной деформации образца - 0,01 мм;
- при измерении объемных деформаций образца - 0,05% начального объема образца.
5.3.2.4 Камеру трехосного сжатия тарируют в соответствии с требованиями приложения Д, раздел Д.3.
5.3.3 Подготовка к испытанию
5.3.3.1 Образец грунта вырезают из монолита при помощи металлического цилиндра с заостренным нижним концом либо струной на специальном поворотном столике по шаблону с учетом требований 5.3.1.7.
Примечание - Для уменьшения трения в процессе вырезания образца с помощью цилиндрической формы ее внутренний диаметр должен быть на 0,5-1,0 мм больше внутреннего диаметра режущей кромки.
5.3.3.2 При помощи выталкивателя образец извлекают из цилиндра, измеряют его высоту и диаметр и взвешивают. Для ускорения процесса консолидации образца глинистого грунта при КН и КД испытаниях рекомендуется наклейка на образец вертикальных полос влажной фильтровальной бумаги, покрывающей не более 50% окружности образца.
5.3.3.3 Систему противодавления камеры прибора трехосного сжатия, подводящей воду к штампам, и отверстия в штампах заполняют дистиллированной дезаэрированной водой путем поднятия давления в системе противодавления с полным вытеснением пузырьков воздуха. Излишек воды убирают фильтровальной бумагой.
5.3.3.4 Торцы образца покрывают влажными бумажными фильтрами и помещают его на основание камеры, снабженной насыщенным водой пористым диском. С помощью расширителя на образец надевают резиновую оболочку. Расширитель снимают. Сверху устанавливают верхний штамп. Закрепляют оболочку на боковых поверхностях штампов резиновыми или металлическими уплотнителями.
Примечание - Диаметр резиновой оболочки в нерастянутом состоянии должен составлять 0,95-1,0 диаметра образца, толщина - не более 1% диаметра образца и модуль упругости при растяжении - не более 1600 кПа (для оболочки из латексной резины модуль упругости равен 1400 кПа).
5.3.3.5 Образец связного грунта нарушенного сложения с заданными значениями плотности и влажности изготавливают в разъемной форме по ГОСТ 30416.
Образец несвязного грунта (песок) нарушенного сложения формируют непосредственно в камере прибора трехосного сжатия, для этого на внутреннюю поверхность разъемной формы предварительно помещают резиновую оболочку, концы которой загибают на края формы. Разъемную форму устанавливают на основание камеры. Нижний край оболочки фиксируется на основании камеры.
5.3.3.6 Формирование образца песка ведут методом сухой послойной отсыпки или методом послойного осаждения песка из его взвеси в воде. Сверху на сформированный образец укладывается бумажный фильтр и устанавливается верхний штамп, на котором закрепляют верхний край резиновой оболочки (см. 5.3.3.4). Перед снятием формы в образце создают небольшое отрицательное поровое давление (не более 0,01 МПа).
5.3.3.7 После помещения образца как ненарушенного, так и нарушенного сложения на основание камеры проводят следующие операции:
- корпус камеры с поднятым в верхнее положение и зафиксированным штоком устанавливают на основание и проверяют положение штока по отношению к центру образца;
- корпус камеры закрепляют на основании;
- заполняют камеру рабочей жидкостью (дезаэрированной водой) с полным удалением пузырьков воздуха;
- устанавливают устройство для измерения вертикальной деформации образца;
- присоединяют устройства для измерения объемной деформаций образца и (или) порового давления (в зависимости от схемы испытаний);
- записывают начальные показания всех измерительных устройств.
5.3.4 Проведение неконсолидированно-недренированного (НН) испытания
5.3.4.1 Предварительное обжатие (реконсолидацию) образцов водонасыщенных в природных условиях глинистых, органо-минеральных и органических грунтов проводят до восстановления природных плотности и двухфазного состояния по методу ВФС в соответствии с приложением Е, раздел Е.1.
5.3.4.2 Разрушение образца проводят приложением вертикальной нагрузки при ранее достигнутом давлении в камере и перекрытом дренаже. Вертикальную нагрузку прикладывают с заданной постоянной скоростью деформирования образца - кинематический режим или ступенями - статический режим.
При втором виде нагружения нагрузку прикладывают ступенями с интервалами от 15 с до 1 мин. Большие интервалы выбирают для глинистых грунтов полутвердой и твердой консистенции. Значение ступени составляет 10% эффективного напряжения - разности между полным давлением в камере и поровым давлением в образце после реконсолидации.
5.3.4.3 Показания прибора для измерения вертикальной деформации образца грунта записывают не реже чем через 1% деформации при кинематическом режиме или в конце каждой ступени нагрузки при статическом режиме нагружения.
5.3.4.5 После окончания испытания образец 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. Для фиксации характера разрушения образец фотографируют.
5.3.5 Проведение консолидированно-недренированного (КН) испытания
5.3.5.1 Перед началом проведения КН испытания проводят реконсолидацию и водонасыщение образца по методу ВФС (см. приложение Е, раздел Е.1) и, если это необходимо, продолжают водонасыщение методом противодавления (см. приложение Е, раздел Е.2).
Примечание - Предварительное водонасыщение необходимо для контроля порового давления и эффективных напряжений в образце в процессе испытания.
Примечание - Программой испытаний может быть предусмотрена анизотропная консолидация образца грунта.
Таблица 5.6 - Давление консолидации и ступени давления на образец грунта
|
|
|
Грунты | Давление консолидации , МПа | Ступени давления  , МПа |
Пески крупные и средней крупности плотные; глины с 0,25 | 0,1; 0,3; 0,5 | 0,1 до  0,1 и далее 0,2 |
Пески средней крупности, средней плотности, пески мелкие плотные и средней плотности; супеси и суглинки с 0,5, глины с 0,25 0,5 | 0,1; 0,2; 0,3 | 0,05 до 0,1 и далее 0,1 |
Пески средней крупности и мелкие рыхлые, пески пылеватые независимо от плотности; супеси, суглинки и глины с 0,5 | 0,1; 0,15; 0,20 | 0,025 до 0,05 и далее 0,05 |
Органо-минеральные и органические грунты | 0,05; 0,075; 0,1 | 0,025 |
5.3.5.4 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 для глинистых, органо-минеральных и органических грунтов выдерживают до завершения 100%-ной фильтрационной консолидации образца [2].
Примечание - Указанное время снятия показаний может быть несколько изменено для удобства построения кривой консолидации методом "квадратного корня из времени".
5.3.5.8 Разрушение грунта проводят по аналогии с 5.3.4.2-5.3.4.4 по двум режимам нагружения.
При кинематическом режиме нагружения максимальную скорость деформации определяют в соответствии с разделом Е.3 приложения Е для КН испытаний.
При статическом режиме нагрузку прикладывают ступенями. Значение ступени составляет 10% эффективного напряжения - разности между полным давлением в камере и поровым давлением в образце после реконсолидации - или заданного программой испытаний. Критерием завершения ступени нагружения является достижение скорости деформации, определяемой в соответствии с разделом Е.3 приложения Е для КН испытаний.
5.3.5.9 Показания прибора для измерения вертикальной деформации образца регистрируют не реже чем через каждый 1% деформации.
При статическом режиме нагружения показания регистрируют через каждые 2 мин.
5.3.5.10 Испытание проводят до разрушения образца (см. 5.3.4.4) и далее проводят операции в соответствии с 5.3.4.5, 5.3.4.6.
5.3.6 Проведение консолидированно-дренированного (КД) испытания
5.3.6.1 При проведении КД испытаний водонасыщенных в природных условиях грунтов образец грунта водонасыщается и уплотняется в соответствии с 5.3.5.1-5.3.5.5.
5.3.6.2 После уплотнения образец грунта испытывают для определения характеристик прочности в соответствии с 5.3.6.3-5.3.6.6, а для определения характеристик деформируемости - в соответствии с 5.3.6.7-5.3.6.11.
При кинематическом режиме максимальную скорость деформации определяют в соответствии с разделом Е.3 приложения Е для КД испытаний.
При статическом режиме вертикальное давление на образец передают ступенями, равными 10% заданного всестороннего давления в камере. Критерием завершения ступени нагружения является достижение скорости деформации, определяемой в соответствии с разделом Е.3 приложения Е для КД испытаний.
5.3.6.5 При кинематическом режиме нагружения показания прибора для измерения вертикальной деформации образца записывают не реже чем через каждый 1% деформации.
При статическом режиме нагружения показания записывают через каждые 10 мин.
5.3.6.6 Испытание проводят до разрушения образца (см. 5.3.4.4) и далее проводят операции в соответствии с 5.3.4.5 и 5.3.4.6.
Вертикальную нагрузку прилагают с заданной скоростью деформирования образца - кинематический режим либо ступенями - статический режим.
5.3.6.8 Ступени давления в зависимости от всестороннего давления в камере принимают по таблице 5.7.
Таблица 5.7 - Ступени вертикального давления на образец грунта
|
|
|
|
Грунты | Ступень вертикального давления на образец грунта, % заданного всестороннего давления в камере при номерах ступеней | ||
| 1-я | 2-6-я | 7-я и далее |
Пески | 30 | 30 | 15 |
Супеси | 10 | 20 | 10 |
Суглинки с 0,5 | 10 | 20 | 10 |
Суглинки с 0,5 | 8 | 15 | 8 |
Глины с 0,5 | 6 | 15 | 6 |
Глины с 0,5 | 5 | 10 | 5 |
Органо-минеральные и органические грунты | 5 | 10 | 5 |
5.3.6.9 Скорость деформации при кинематическом режиме нагружения и критерий стабилизации деформации на ступени при статическом режиме выбирают по аналогии с 5.3.6.4.
5.3.6.10 Показания приборов для измерения вертикальных и объемных деформаций образца при кинематическом режиме регистрируют не реже чем через 0,5% деформации.
При статическом режиме показания 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.
Показания приборов для измерения вертикальных и объемных деформаций образца регистрируют в соответствии с 5.3.6.10.
5.3.6.13 Испытание проводят до разрушения образца (см. 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.
5.3.7 Обработка результатов
5.3.7.1 По результатам испытания образца грунта в условиях трехосного сжатия вычисляют:
Примечание - При расчете вертикальной нагрузки при необходимости вводят поправку на трение штока во втулке камеры в соответствии с разделом Д.2 приложения Д и на жесткость оболочки.
- для НН испытания
- для КН и КД испытаний
Примечания
5.4 Метод компрессионного сжатия
5.4.1 Сущность метода
5.4.1.2 Эти характеристики определяют по результатам испытаний образцов грунта в компрессионных приборах (одометрах), исключающих возможность бокового расширения образца при его нагружении вертикальной нагрузкой.
5.4.1.3 Диапазон давлений, при которых проводят испытания, определяется в программе испытаний с учетом напряженного состояния грунта в массиве, т.е. с учетом передаваемых на основание нагрузок и бытового давления. Во всех случаях конечное давление должно быть больше бытового давления на глубине залегания образца грунта.
5.4.1.4 Для испытаний используют образцы грунта ненарушенного сложения с природной влажностью или водонасыщенные или образцы нарушенного сложения с заданными значениями плотности и влажности (см. ГОСТ 30416).
Образец грунта должен иметь форму цилиндра диаметром не менее 70 мм и отношение диаметра к высоте должно составлять от 2,8 до 3,5. Максимальный размер фракции грунта (включений, агрегатов) в образце должен быть не более 1/5 высоты образца.
5.4.2 Оборудование и приборы
5.4.2.1 В состав установки для испытания грунта в условиях компрессионного сжатия должны входить:
- компрессионный прибор (одометр), состоящий из рабочего кольца с внутренними размерами по 5.4.1.4, цилиндрической обоймы, перфорированных вкладыша под рабочее кольцо и штампа (пористых пластин) и поддона с емкостью для воды;
- механизм для вертикального нагружения образца грунта;
- устройства для измерения вертикальных деформаций образца грунта.
В компрессионном приборе может быть предусмотрено измерение порового давления в образце и бокового давления грунта на стенки рабочего кольца.
5.4.2.2 Конструкция компрессионного прибора должна обеспечивать:
- подачу воды к образцу снизу и ее отвод;
- герметичность деталей прибора;
- центрированную передачу нагрузки на штамп;
- постоянство давления на каждой ступени;
- первоначальную нагрузку на образец от штампа и закрепленных на нем измерительных приборов не более 0,0025 МПа;
- перфорация пористых штампов должна обеспечивать свободный отток отжимаемой воды из образца.
5.4.2.3 Компрессионные приборы тарируют на сжатие с помощью металлического вкладыша, покрытого с двух сторон бумажными фильтрами, смоченными водой. Максимальное давление при тарировке принимают в зависимости от конструкции прибора и предельных нагрузок при испытаниях, но не менее 1,0 МПа, нагружение проводят ступенями по 0,05 МПа на первых двух ступенях и далее по 0,1 МПа с выдержкой по 2 мин.
5.4.3 Подготовка к испытанию
5.4.3.1 Образец грунта изготавливают с учетом требований 5.4.1.4.
5.4.3.2 Образец в рабочем кольце взвешивают, покрывают с торцов влажными фильтрами и помещают в цилиндрическую обойму компрессионного прибора.
При односторонней фильтрации воды из образца вместо влажного фильтра используют тонкую водонепроницаемую прокладку.
5.4.3.3 Выполняют следующие операции:
- устанавливают образец на перфорированный вкладыш;
- устанавливают на образец перфорированный штамп;
- собранный прибор устанавливают под механизм для вертикального нагружения образца грунта;
- регулируют механизм нагружения образца;
- подключают устройства для измерения вертикальных деформаций образца;
- записывают начальные показания приборов.
5.4.3.4 При необходимости водонасыщение образца проводят путем фильтрации воды снизу вверх под арретиром. Для этого заполняют поддон водой. Водонасыщение проводят для глинистых грунтов в течение 2-5 сут, для песков - до момента появления воды над штампом. Для ускорения водонасыщения применяют специальное устройство, в котором поддерживают уровень воды, превышающий верхнюю поверхность образца примерно на его высоту. Водонасыщение образца в рабочем кольце может быть проведено до испытания в специальной вакуумной камере, заполненной водой, после чего образец помещают в компрессионный прибор.
5.4.4.1 Нагружение образца проводят ступенями нагрузки равномерно, без ударов.
Примечание - допускается проведение испытаний с постоянной скоростью деформации образца с измерением порового давления, а также испытаний с измерением бокового давления.
Таблица 5.8 - Значение первой ступени давления в зависимости от коэффициента пористости
|
|
|
|
|
Коэффициент пористости |  1,0 | 1,0  0,75 | 0,75  0,6 |  0,6 |
Первая ступень давления , МПа | 0,005 | 0,0125 | 0,025 | 0,05 |
Таблица 5.9 - Значение первой ступени давления в зависимости от показателя текучести
|
|
|
|
|
|
Показатель текучести | 1,0 | 1,0  0,75 | 0,75  0,5 | 0,5 0,25 |  0,25 |
Первая ступень давления , МПа | 0,005 | 0,0125 | 0,025 | 0,05 | 0,1 |
5.4.4.4 На каждой ступени нагружения образца регистрируют показания приборов для измерения вертикальных деформаций в следующей последовательности: первое показание - сразу после приложения нагрузки, затем через 0,25; 0,5; 1; 2; 5; 10; 20; 30 мин и далее с интервалом 1 ч в течение рабочего дня, а затем - в начале и конце рабочего дня.
Примечание - Указанное время снятия показаний может быть несколько изменено для удобства построения кривой консолидации методом "квадратного корня из времени" (см. 5.4.4.5, 5.4.5.1).
5.4.4.6 Для неводонасыщенных в природном залегании глинистых грунтов, просадочных, набухающих и засоленных грунтов, а также песков уплотнение образца на данной ступени нагружения продолжают до момента достижения условной стабилизации деформации образца.
За критерий условной стабилизации деформации образца принимают ее приращение не превышающее 0,05% за время, указанное в таблице 5.3.
Таблица 5.10 - Ступени давления и время их выдерживания в зависимости от коэффициента увлажнения грунта
|
|
|
Коэффициент увлажнения грунта | Ступени давления , МПа | Время выдерживания ступеней  , ч |
 1,2 | 0,02 | 1 |
1,20-1,25 | 0,015 | 3 |
1,26-1,35 | 0,010 | 10 |
 1,35 | 0,010 | 24 |
Примечание - Последнюю ступень нагрузки выдерживают до условной стабилизации деформации в соответствии с 5.4.4.6. | ||
5.4.4.8 По специальному заданию для определения модуля деформации по ветви повторного нагружения может быть проведена разгрузка образца грунта, а затем повторное нагружение. Последняя ступень разгрузки и начало повторного нагружения определяются заданием. При полной разгрузке последняя ступень должна соответствовать давлению от штампа и смонтированного на нем измерительного оборудования. Повторное нагружение проводят в последовательности, аналогичной последовательности первого нагружения. Число ступеней при разгрузке допускается уменьшить.
Регистрацию деформации образца при разгрузке и повторном нагружении ведут через интервалы времени, указанные в 5.4.4.4, а критерий условной стабилизации деформации принимают по 5.4.4.6.
5.4.4.7 После окончания испытания необходимо удалить воду сверху образца и из поддона, опустить арретир, снять нагрузку, взвесить рабочее кольцо с грунтом, определить влажность и массу сухого грунта.
5.4.6 Обработка результатов
или
5.5 Метод суффозионного сжатия
5.5.1 Сущность метода
5.5.1.2 Эти характеристики определяют по результатам испытаний образцов грунта в компрессионно-фильтрационных приборах, исключающих возможность бокового расширения образца грунта при его нагружении вертикальной нагрузкой.
Результаты испытаний должны быть оформлены в виде графиков зависимостей деформаций образца от нагрузки.
5.5.1.3 Для испытаний используют образцы грунта по 5.4.1.4.
5.5.2 Оборудование и приборы
5.5.2.1 В состав установки для испытания грунта на суффозионное сжатие должны входить:
- компрессионно-фильтрационный прибор с рабочим кольцом с внутренними размерами по 5.4.1.4;
- механизм для вертикального нагружения образца грунта;
- устройства для измерения вертикальных деформаций образца грунта.
Конструкция компрессионно-фильтрационного прибора приведена в приложении М, раздел М.1.
5.5.2.2 Конструкция компрессионно-фильтрационного прибора должна обеспечивать:
- подачу воды к образцу грунта снизу (схема восходящего потока) или сверху (схема нисходящего потока);
- отвод воды, профильтровавшейся через образец грунта, и накопление ее в мерном сосуде;
- непрерывную на протяжении всего испытания фильтрацию воды, герметичность основных деталей прибора;
- первоначальную нагрузку на образец от штампа и закрепленных на нем измерительных приборов по 5.4.2.2.
5.5.2.3 Компрессионно-фильтрационные приборы тарируют на сжатие с помощью металлического вкладыша по 5.4.2.3.
5.5.3 Подготовка к испытанию
5.5.3.1 Образец грунта изготавливают с учетом требований 5.4.1.4.
5.5.3.2 Дополнительно к физическим характеристикам (см. раздел 4.4) должны быть определены: коэффициент фильтрации по ГОСТ 25584, количество легко- и среднерастворимых солей (степень засоленности) и их качественный состав (по результатам анализа водной и солянокислой вытяжек). По специальному заданию для засоленных глинистых грунтов определяют емкость поглощения и состав обменных катионов.
5.5.3.3 Подготовку к испытанию проводят в соответствии с 5.4.3.2 и 5.4.3.3.
5.5.4 Проведение испытания
5.5.4.1 Испытания засоленных грунтов в компрессионно-фильтрационном приборе проводят по схемам:
- "одной кривой" (при испытании одного образца грунта) - для определения характеристик сжимаемости грунта природной влажности при различных давлениях, относительной просадочности и относительного суффозионного сжатия при одном заданном значении давления;
- "трех кривых" (при испытании трех образцов грунта) - для определения при различных давлениях характеристик сжимаемости грунта природной влажности, относительной просадочности и относительного суффозионного сжатия.
Второй образец надлежит перед нагружением замочить (без применения арретира) до полного водонасыщения (см. 5.4.3.4) и затем прикладывать нагрузку на образец ступенями до заданного давления в соответствии с 5.4.4.2, 5.4.4.4, 5.4.4.6.
|
|
|
|
Содержание водорастворимых солей, % | Значения в зависимости от вида грунта, не менее | ||
| Песок | Супесь | Суглинок |
До 5 | 0,80 | 0,65 | 0,60 |
5-10 | 0,85 | 0,70 | 0,65 |
11-20 | 0,90 | 0,80 | 0,75 |
21-30 | 0,95 | 0,90 | 0,85 |
Св. 30 | 1,00 | 0,95 | 0,90 |
5.5.4.7 После начала фильтрации воды через образец показания индикаторов деформаций регистрируют в первый час через 15 мин, далее через час (но не менее пяти раз) в течение рабочего дня, затем один раз в день при испытании грунтов, содержащих легкорастворимые соли, и один раз в два - три дня при испытании грунтов, содержащих среднерастворимые соли.
5.5.4.8 В процессе выщелачивания солей необходимо отбирать фильтраты для определения в них количества солей по массе плотного остатка: первый фильтрат - после сбора 50 мл жидкости, второй - через двое - трое суток, далее - один раз в неделю при испытании грунтов, содержащих легкорастворимые соли, и один раз в две недели - при испытании грунтов, содержащих среднерастворимые соли.
5.5.4.9 После завершения испытания рабочее кольцо с влажным грунтом взвешивают, проводят контрольное измерение высоты образца грунта в кольце, определяют влажность грунта и массу сухого грунта, а также количественный и качественный состав солей.
5.5.5 Обработка результатов
5.5.5.3 При испытании по схемам "одной кривой" и "трех кривых" характеристики сжатия засоленного грунта природной влажности определяют в соответствии с 5.4.6.3 и 5.4.6.4.
5.5.5.10 Относительное суффозионное сжатие вычисляют с точностью 0,001 МПа, начальное давление суффозионного сжатия - с точностью 0,02 МПа.
5.6 Метод определения набухания и усадки
5.6.1 Сущность метода
5.6.1.2 Характеристики набухания определяют по результатам испытаний образцов в приборах свободного набухания грунтов (ПНГ) и в компрессионных приборах при насыщении грунта водой или химическим раствором. Усадку грунта определяют в условиях свободной трехосной деформации образца при высыхании грунта.
Результаты испытаний должны быть оформлены в виде графиков зависимостей относительных деформаций набухания образца от нагрузки и изменения объема образца от влажности при усадке.
5.6.1.3 Диапазон давлений, при которых проводят испытания на набухание под нагрузкой, определяется в программе испытаний с учетом передаваемых на основание нагрузок и давления набухания грунта (см. 5.6.4.2).
5.6.1.4 Для испытаний используют образцы ненарушенного сложения с природной влажностью или образцы нарушенного сложения с заданными значениями плотности и влажности. Образцы грунта природного сложения для испытаний свободного набухания, набухания под нагрузкой и усадки следует вырезать из одного монолита грунта.
Образец грунта для определения свободного набухания должен иметь форму цилиндра диаметром не менее 50 мм и соотношение начального диаметра и высоты от 2,5 до 3,0. Для испытаний в компрессионных приборах используют образцы грунта по 5.4.1.4. Не допускается использовать для испытаний глинистые грунты, содержащие крупнообломочные включения размерами зерен более 5 мм.
5.6.1.5 Образцы при испытании на набухание следует заливать грунтовой водой, взятой с места отбора грунта, водной вытяжкой или водой питьевого качества. В случаях, определяемых программой исследований, допускается применение дистиллированной воды и искусственно приготовленных растворов заданного химического состава.
5.6.1.6 Испытание для определения характеристик набухания проводят до прекращения поглощения образцом грунта воды (или раствора), а усадки - до полной потери им влажности. При усадке испарение воды (или раствора) из образца грунта не должно вызывать образования на нем усадочных трещин.
5.6.1.7 Свободное набухание определяют испытанием одиночного образца грунта.
Набухание под нагрузкой определяют испытанием партии идентичных образцов, вырезаемых из одного монолита грунта, путем обжатия их давлением и последующего водонасыщения.
5.6.2 Оборудование и приборы
5.6.2.1 В состав ПНГ должны входить следующие основные узлы и детали:
- основание прибора, рабочее кольцо с внутренним диаметром по 5.6.1.4, вкладыш-шаблон (для выдавливания части образца из рабочего кольца), обеспечивающий высоту образца в кольце не менее 10 мм, перфорированный верхний штамп, перфорированный поддон, ванночка для жидкости;
- устройство для измерения вертикальных деформаций образца.
5.6.2.2 Конструкция ПНГ должна обеспечивать:
- неподвижность рабочего кольца при испытании;
- подачу воды к образцу снизу и ее отвод;
- вертикальное давление от штампа, измерительного оборудования, расположенного на нем, и других неуравновешенных деталей не более 0,0006 МПа.
5.6.2.3 Для определения набухания грунта под нагрузкой используют компрессионные приборы по 5.4.2.1 и 5.4.2.2.
5.6.2.4 Для определения усадки грунтов необходимо иметь:
- рабочее кольцо компрессионного прибора внутренним диаметром по 5.4.1.4;
- предметное стекло, покрытое тонким ровным слоем парафина;
- емкость с крышкой (стеклянный колпак или эксикатор) объемом не более 1 л для сушки образцов;
- штангенциркуль;
- микрометр.
5.6.2.5 Компрессионные приборы тарируют на сжатие с помощью металлического вкладыша по 5.4.2.3.
Тарировку проводят при трехкратном нагружении прибора, каждый раз с заменой фильтров на новые.
5.6.3 Подготовка к испытанию
5.6.3.1 Образцы грунта изготавливают с учетом требований 5.6.1.4.
5.6.3.2 При определении свободного набухания часть образца с помощью вкладыша - шаблона выдавливают из рабочего кольца и срезают ножом так, чтобы высота оставшегося образца была не менее 10 мм.
5.6.3.3 Образец грунта в рабочем кольце покрывают с двух сторон фильтрами и помещают:
а) при определении свободного набухания - в ПНГ;
б) при определении набухания под нагрузкой - в компрессионный прибор.
Затем проводят следующие операции:
- регулируют механизм нагружения образца в компрессионном приборе;
- устанавливают устройства для измерения вертикальных деформаций образцов;
- записывают начальные показания устройств.
5.6.3.4 При испытании грунта на усадку образец грунта извлекают из кольца и помещают на предметное стекло, покрытое тонким ровным слоем парафина. Затем измеряют высоту в центре образца, а его диаметр - по трем, заранее размеченным направлениям. Результаты измерений записывают в журнал испытаний.
Попадание прямых солнечных лучей на образцы грунта во время испытаний усадки не допускается.
5.6.3.5 Характеристики набухания глинистого грунта нарушенного сложения следует определять на образцах с заданными значениями плотности и влажности.
5.6.3.6 При определении характеристик усадки грунта нарушенного сложения следует применять образец грунта влажностью, на 5% - 10% превышающей влажность грунта на границе текучести. Грунт выдерживают в пустом эксикаторе в течение суток. Затем при помощи шпателя заполняют грунтом рабочее кольцо, внутренняя поверхность которого предварительно смазана тонким слоем технического вазелина. Образование пустот при подготовке образца не допускается.
Приготовленный образец на предметном стекле помещают под стеклянный колпак или в емкость с крышкой. За начальные размеры образца принимаются размеры кольца по высоте и внутреннему диаметру.
5.6.4 Проведение испытания
5.6.4.1 При определении свободного набухания в ПНГ подают жидкость снизу образца и регистрируют развитие деформаций во времени по показаниям индикаторов деформаций.
5.6.4.2 Для определения зависимости набухания грунтов от нагрузки и давления набухания испытывают партию образцов, передавая на них различные давления по следующей программе. На первом компрессионном приборе давление должно быть около 0,0025 МПа, что соответствует давлению от штампа и смонтированного на нем измерительного оборудования, на втором - 0,025 МПа, на третьем - 0,05 МПа, на четвертом - 0,1 МПа. На последующих приборах давление повышают на 0,1-0,2 МПа до необходимых пределов (см. 5.6.1.3).
После нагружения образцов грунта в компрессионных приборах их выдерживают до условной стабилизации деформаций (см. 5.4.4.6), после чего образцы замачивают, залив жидкость в поддон.
Примечание - Давление набухания допускается определять, измеряя возникающее усилие набухания замоченного образца путем компенсации деформаций набухания ("компенсационный метод").
5.6.4.3 После замачивания образцов как при свободном набухании, так и в компрессионных приборах регистрируют деформации через 5; 10; 30; 60 мин, далее через 2 ч в течение рабочего дня, а затем в начале и конце рабочего дня до достижения условной стабилизации деформаций.
В случае отсутствия набухания замачивание проводят в течение трех суток.
5.6.4.4 За критерий условной стабилизации деформаций свободного набухания грунтов или деформаций набухания под нагрузкой при данной ступени давления в компрессионных приборах следует принимать деформацию не более 0,01 мм за 16 ч.
5.6.4.5 После завершения набухания образца необходимо слить жидкость из прибора, кольцо с влажным грунтом (без фильтров) взвесить, провести контрольное измерение высоты образца грунта в кольце и определить влажность грунта.
5.6.4.6 Испытание для определения усадки грунта проводят в три этапа.
На первом и втором этапах испытания измерение высоты, диаметра и массы образца грунта, помещенного в эксикаторе, проводят не реже двух раз в сутки и результаты заносят в журнал испытаний.
Критерием условного завершения испытания на первом этапе является отсутствие изменений в линейных размерах образцов в двух последовательных измерениях.
На втором этапе сушку образца грунта проводят на воздухе.
Критерием условного завершения испытания на втором этапе, после пяти-шести измерений, является отсутствие изменений в массе образца грунта.
На третьем этапе сушку образца грунта проводят в термостате при температуре (105±2) °С в соответствии с требованиями ГОСТ 5180 до постоянной массы и в конце испытания проводят контрольное измерение линейных размеров образца грунта.
5.6.5 Обработка результатов
5.6.5.1 По результатам испытаний грунта в ПНГ или компрессионных приборах вычисляют:
5.6.5.3 По результатам испытаний усадки вычисляют:
- объем грунта на каждый момент измерения по формуле
- влажность грунта на каждый момент измерения, вычисляемую по формуле
6 Методы определения характеристик прочности и деформируемости мерзлых грунтов
6.1 Метод испытания шариковым штампом
6.1.1 Сущность метода
Образцы должны иметь форму цилиндра диаметром не менее 70 и высотой не менее 35 мм.
6.1.2 Оборудование и приборы
6.1.2.1 В состав установки для испытаний мерзлого грунта шариковым штампом входят:
- стержень с шариковым штампом диаметром (22±2) мм;
- опорная плита с подвижным столиком;
- плоский штамп для предварительного обжатия образца грунта;
- рабочее кольцо для отбора грунта;
- механизм для вертикального нагружения образца грунта;
- устройство для измерения глубины погружения шарикового штампа.
Принципиальная схема установки приведена в приложении П. Наряду с рычажным допускается применять прибор с одноштоковым загружением.
6.1.3 Подготовка к испытанию
6.1.3.1 Образец грунта изготавливают с учетом требований 6.1.1.3.
6.1.3.2 После выдерживания образца в рабочем кольце при температуре испытания в течение 12 ч проводят в течение 15 с обжатие образца плоским штампом, на который передают давление, равное напряжению от собственного веса грунта на глубине отбора образца. После обжатия образец разгружают.
6.1.3.3 Образец грунта в рабочем кольце помещают на подвижный столик установки и проводят следующие операции:
- покрывают образец защитным кружком из глянцевой парафинированной бумаги или полиэтиленовой пленки, в котором должно быть вырезано отверстие диаметром, на 2-3 мм превышающим диаметр шарикового штампа;
- устанавливают на образец грунта шариковый штамп и центрируют его, фиксируя момент касания шариком поверхности грунта по показаниям устройств для измерения деформаций образца грунта;
- закрепляют стержень штампа стопорным винтом;
- записывают начальные показания устройств или включают автоматическую запись.
6.1.4 Проведение испытания
6.1.4.1 К образцу грунта плавно, не допуская ударов, прикладывают постоянную нагрузку. Ориентировочную нагрузку принимают в зависимости от состояния грунта в соответствии с таблицей 6.1.
Таблица 6.1 - Ориентировочные значения нагрузки на шариковый штамп
|
|
|
Вид грунта | Состояние мерзлого грунта | Нагрузка, Н |
Мелкие пески и супеси | Пластичномерзлый | 40 |
| Твердомерзлый | 50 |
Глины и суглинки | Пластичномерзлый | 20 |
| Твердомерзлый | 30 |
6.1.4.2 Значение нагрузки на шариковый штамп уточняют из условия
При несоблюдении условия выражения (6.1) следует провести корректировку нагрузки. Если осадка превышает рекомендуемое значение или не достигает его, то нагрузку следует соответственно уменьшить или увеличить и опыт повторить заново с учетом 6.1.4.6.
6.1.4.3 Испытание проводят в ускоренном и длительном режиме. Показания приборов для измерения вертикальной деформации образца при испытании в ускоренном режиме (8 ч) снимают через 1; 5; 10; 15; 20; 30 и 60 мин после приложения нагрузки, затем не реже чем через 2 ч - в течение 8 ч, далее при длительном испытании - два раза в сутки (в начале и конце рабочего дня) до условной стабилизации деформации или ведется автоматическая запись с интервалами не реже чем перечисленные.
6.1.4.4 Для каждого вида грунта рекомендуется провести серию, состоящую не менее чем из шести восьмичасовых опытов (для одного значения температуры). Один, а при обосновании два-четыре опыта из каждой серии оставляют в качестве длительных.
6.1.4.5 Испытание заканчивают через 8 ч после начала опыта (при ускоренных испытаниях) или после достижения условной стабилизации глубины погружения шарикового штампа при длительных испытаниях. За критерий условной стабилизации деформации принимают приращение вертикальной деформации, не превышающее 0,01 мм за 12 ч.
6.1.4.6 Испытания на том же образце могут быть проведены при соблюдении следующего условия: центр места нового погружения шарикового штампа должен отстоять от границ предыдущих отпечатков шарика и края образца не менее чем на половину диаметра шарика.
6.1.4.7 В процессе испытания фиксируют глубину погружения в грунт шарикового штампа при заданной нагрузке во времени, а также температуру испытаний.
6.1.5 Обработка результатов
6.1.5.1 По показаниям устройств для измерения деформаций определяют глубину погружения шарикового штампа в грунт в конце испытания (через 8 ч при ускоренном режиме испытания или по достижении условной стабилизации деформации).
6.2 Метод одноплоскостного среза по поверхности смерзания
6.2.1 Сущность метода
Данным методом испытывают пески (кроме сыпучемерзлых) и глинистые грунты с содержанием органических веществ в обоих видах грунтов не более 10% при температурах, указанных в 4.5.
6.2.1.2 Эти характеристики определяют по результатам испытаний образцов грунта в одноплоскостных срезных приборах с фиксированной плоскостью среза путем приложения к образцу грунта, смороженного с образцом материала фундамента, грунтовым раствором или льдом, срезающей нагрузки при одновременном нагружении образца нагрузкой, нормальной к плоскости среза.
6.2.1.4 Для испытаний используют образцы грунта или грунтового раствора ненарушенного и нарушенного сложений.
Образцы должны иметь форму цилиндра диаметром не менее 70 мм и высотой от 1/2 до 1/3 диаметра.
6.2.1.5 Диаметр образца материала должен быть равным диаметру образца грунта.
6.2.2 Оборудование и приборы
6.2.2.1 В состав установки для испытания мерзлого грунта методом одноплоскостного среза по поверхности смерзания должны входить:
- срезной прибор с фиксированной плоскостью среза;
- рабочее кольцо для образца грунта, грунтового раствора, льда с внутренними размерами по 6.2.1.4;
- формы для смораживания образца грунта с материалом фундамента, грунтовым раствором, льдом и грунтом;
- механизмы для создания срезающей и нормальной нагрузок;
- устройства для измерения деформаций образца.
Принципиальная схема срезного прибора приведена в разделе П.1 приложения П.
6.2.2.2 Конструкция срезного прибора должна обеспечивать возможность приложения удельной срезающей нагрузки не менее 0,7 МПа для длительных опытов и 1,5 МПа - для кратковременных.
6.2.2.3 Формы для смораживания изготавливают из материала низкой теплопроводности (например, из органического стекла). Толщина стенок колец формы из органического стекла должна быть не менее 20 мм.
Конструкция формы должна обеспечивать возможность одностороннего промораживания образца через его торцевые поверхности и исключать отжатие и отток воды из грунта при его промораживании.
Принципиальные схемы форм приведены в разделе П.2 приложения П.
6.2.3 Подготовка к испытанию
6.2.3.1 Образец грунта изготавливают с учетом требований 6.2.1.4 и раздела П.2 приложения П.
6.2.3.2 Образец материала изготавливают с учетом требований раздела П.2 приложения П диаметром, равным диаметру образца грунта, и высотой, определяемой конструкцией срезного прибора.
6.2.3.3 Подготовленный к испытанию образец помещают в срезную коробку прибора и проводят следующие операции:
- закрепляют образец так, чтобы плоскость смерзания располагалась в зазоре между подвижной и неподвижной частями прибора, составляющем 1-2 мм;
- устанавливают на образец штамп для передачи нормального давления и центрируют его;
- закрепляют устройства для измерения деформаций образца грунта;
- устанавливают срезной прибор на станину под пресс и центрируют;
- освобождают подвижную часть срезной коробки, присоединяют к ней механизм для создания срезающей нагрузки;
- записывают начальные показания устройств для измерения деформаций образца и фиксируют время начала испытания.
6.2.4 Проведение испытания
6.2.4.1 К образцу плавно, не допуская ударов, прикладывают нормальную нагрузку и затем - первую ступень срезающей нагрузки.
6.2.4.2 Значение нормального давления, при котором проводят испытание, назначают в зависимости от напряженного состояния грунтового массива с учетом глубины залегания образца или определяют в программе испытаний. При отсутствии данных это давление принимают равным 0,1 МПа.
Таблица 6.2 - Значения касательного напряжения на первой ступени нагружения при срезе
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Грунты | Значение касательного напряжения , МПа, на первой ступени нагружения при температуре образца грунта, °С | |||||||||
| -1 | -1,5 | -2 | -2,5 | -3 | -3,5 | -4 | -6 | -8 | -10 |
При определении | ||||||||||
Пески | 0,09 | 0,11 | 0,14 | 0,16 | 0,18 | 0,20 | 0,23 | 0,26 | 0,31 | 0,35 |
Глинистые грунты | 0,07 | 0,09 | 0,11 | 0,13 | 0,14 | 0,16 | 0,18 | 0,21 | 0,24 | 0,27 |
При определении | ||||||||||
Пески | 0,12 | 0,15 | 0,17 | 0,19 | 0,21 | 0,22 | 0,24 | 0,29 | 0,34 | 0,38 |
Глинистые грунты | 0,08 | 0,10 | 0,12 | 0,13 | 0,15 | 0,16 | 0,18 | 0,21 | 0,24 | 0,27 |
Примечания
1 Значения при определении сопротивления срезу мерзлых грунтов, грунтовых растворов по поверхности смерзания с металлическим материалом фундамента следует принимать с коэффициентом 0,7. 2 Значения при определении при смораживании разнородных грунтов следует принимать для наименее прочного грунта. 3 Если на первой ступени нагружения наблюдается незатухающая ползучесть, значения необходимо уменьшить в два раза. | ||||||||||
Таблица 6.3 - Приращение касательного напряжения в зависимости от температуры грунта
|
|
Температура образца грунта ниже , °С | Приращение касательного напряжения , МПа |
До -1 | 0,01 |
От -3 до -1 | 0,02 |
От -6 до -3 | 0,03 |
Более -6 | 0,04 |
6.2.4.5 На каждой ступени нагружения записывают показания устройств для измерения деформации среза образца через интервалы времени, принимаемые по 6.1.4.3, до достижения условной стабилизации деформации (см. 6.1.4.5).
6.2.4.6 Если на очередной ступени нагружения стабилизации деформации не наблюдается, то нагрузку выдерживают до возникновения деформации с постоянной скоростью, которая считается достигнутой, если скорость в течение двух следующих друг за другом 12-часовых интервалов сохраняется постоянной.
6.2.4.7 Испытание прекращают, если деформация с постоянной скоростью установлена не менее чем для двух ступеней срезающей нагрузки.
6.2.4.8 После окончания испытания из зоны среза отбирают пробы для определения влажности.
6.2.4.9 При проведении испытания при непрерывном быстром возрастании нагрузки к образцу плавно, не допуская ударов, прикладывают срезающую нагрузку, увеличивая ее непрерывно и обеспечивая такую постоянную скорость деформирования образца, чтобы время от начала испытания до момента разрушения образца составляло 20-40 с.
6.2.5 Обработка результатов
6.3 Метод одноосного сжатия
6.3.1 Сущность метода
6.3.1.2 Характеристики по 6.3.1.1 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.
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 не менее 70 мм и соотношение диаметра и высоты, равное 1/2-1/2,3. При обосновании допускается применять образцы диаметром не менее 45 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 приспособлений для установки и крепления образца грунта;
- механизм для вертикального нагружения образца;
- устройства для измерения продольных и поперечных деформаций.
Принципиальная схема установки приведена в приложении С.
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 или ступени длительностью не более 5 с;
- общую нагрузку на образец грунта не менее 15 кН;
- возможность относительной деформации образца не менее 0,2.
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 извлекают из кольца, помещают между нижним и верхним штампами и проводят следующие операции:
- закрепляют паровлагонепроницаемую оболочку на боковых поверхностях штампов;
- образец со штампами помещают на нижнюю неподвижную платформу установки и центрируют;
- закрепляют устройства для измерения поперечных и продольных деформаций образца.
6.3.3.3 После выдерживания образца грунта в установке проводят предварительное обжатие образца давлением, равным напряжению от собственного веса грунта на глубине 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.
6.3.4.1 К образцу плавно, не допуская ударов, прикладывают нагрузку, непрерывно увеличивая ее и обеспечивая постоянную скорость деформирования образца не менее 1 мм/с, или ступенями длительностью не более 5 с.
6.3.4.3 В процессе испытания проводят 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.
При обосновании допускается определять изменение площади образца по формуле
6.3.5.6 Продолжительность действия каждой ступени нагружения должна быть 24 ч, при обосновании - 48 ч и более.
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 (см. приложение У, рисунок У.1).
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 значения 0,20.
Скорость деформации считают постоянной, если в трех последовательных интервалах измерений деформация изменяется не более чем на 0,02 мм за 2 ч.
6.3.6.1 К образцу грунта прикладывают нагрузку в соответствии с 6.3.5.1.
6.3.6.2 Нагрузку на образец на каждой ступени 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 6.1.4.5, или до достижения стадии незатухающей ползучести.
6.3.6.5 На каждой ступени нагружения записывают показания устройств для измерения деформаций образца грунта через интервалы времени, принимаемые по 6.1.4.3.
6.3.6.6 В процессе испытания для каждой ступени нагружения выполняют следующие операции:
- строят кривую ползучести (см. рисунок У.1 приложения У);
- на кривой ползучести выделяют линейные участки, отражающие деформирование образца грунта с постоянной скоростью, если оно имело место при данном значении напряжения;
Реологическую кривую на начальном участке аппроксимируют прямой наилучшего приближения к экспериментальным точкам графически или методом наименьших квадратов.
6.3.6.8 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 Результаты испытаний обрабатывают одновременно с проведением самих испытаний и переход к следующему этапу испытаний (ступени нагружения, догружения и т.д.) осуществляют после обработки результатов на предыдущем этапе.
6.4 Метод компрессионного сжатия
6.4.1 Сущность метода
6.4.1.2 Характеристики деформируемости определяют по результатам испытаний образцов грунта в компрессионных приборах (одометрах), исключающих возможность бокового расширения образца при его нагружении вертикальной нагрузкой в мерзлом или оттаянном состоянии.
Результаты испытаний оформляют в виде графика зависимости относительной деформации образца от нагрузки.
Диапазон давлений устанавливают в зависимости от напряженного состояния грунта в массиве с учетом нагрузок на основание и глубины залегания образца, а также температуры и влажности-льдистости образца из условия, что число ступеней должно быть не менее пяти.
6.4.1.4 Для испытаний используют образцы мерзлого грунта ненарушенного сложения с природной влажностью и льдистостью.
Образцы должны иметь форму цилиндра диаметром не менее 70 мм и высотой от 1/2 до 1/3,5 диаметра.
6.4.2 Оборудование и приборы
6.4.2.1 В состав установки для испытаний грунта методом компрессионного сжатия входят:
- компрессионный прибор (одометр);
- механизм вертикального нагружения образца грунта;
- устройства измерения вертикальных деформаций образца грунта.
6.4.2.2 Принципиальные схемы приборов для испытаний на компрессию в мерзлом состоянии и при оттаивании приведены в разделе Х.1 приложения X.
6.4.3 Подготовка к испытанию
6.4.3.1 Образец грунта изготавливают с учетом требований 6.4.1.4.
6.4.3.2 Для испытываемых грунтов дополнительно к физическим характеристикам, указанным в 4.4, должны быть определены следующие характеристики: тип криогенной текстуры, суммарная влажность, льдистость за счет видимых ледяных включений, засоленность и содержание органического вещества.
6.4.3.3 Образец грунта в рабочем кольце помещают в направляющий цилиндр одометра и проводят следующие действия:
- на образец ставят штамп и центрируют его;
- подготавливают устройства для измерения вертикальных деформаций образца симметрично оси штампа;
- одометр устанавливают на станину под пресс и центрируют;
- выдерживают образец при температуре испытания не менее 1 сут для образца диаметром 71,4 мм и 2 сут - диаметром 112,8 мм;
- записывают начальные показания приборов;
- фиксируют температуру и время начала испытания или включают автоматическую запись.
6.4.4 Проведение испытания
6.4.4.1 К образцу плавно, не допуская ударов, прикладывают нагрузку первой ступени нагружения, создавая давление в соответствии с требованиями 6.4.1.3.
6.4.4.2 После стабилизации деформации (в соответствии с 6.4.4.3) увеличивают нагрузку на образец ступенями нагружения в соответствии с 6.4.1.3. Число ступеней должно быть не менее пяти.
6.4.4.3 Каждую ступень нагружения прикладывают после условной стабилизации вертикальной деформации образца на предшествующей ступени, принимаемой по 6.1.4.5.
6.4.4.5 На каждой ступени нагружения записывают показания устройств для измерения вертикальной деформации образца грунта через интервалы времени, принимаемые по 6.1.4.3.
6.4.5 Обработка результатов
6.4.5.1 По результатам испытания для каждой ступени нагружения вычисляют:
6.5 Метод определения сопротивления срезу оттаивающих грунтов
6.5.1 Сущность метода
6.5.1.2 Эти характеристики определяют по результатам испытаний образцов мерзлого грунта в одноплоскостных срезных приборах с фиксированной плоскостью среза путем сдвига оттаивающей части образца относительно другой его части - мерзлого образца сдвигающей нагрузкой при одновременном нагружении образца нагрузкой, нормальной к площади среза.
6.5.1.4 Оттаивание образцов мерзлого грунта проводят сверху вниз. Срез проводят на контакте оттаивающего грунта с мерзлым слоем ("приконтактный слой").
6.5.1.5 Испытания проводят по схеме неконсолидированного быстрого среза.
6.5.1.6 Для испытаний используют образцы мерзлого грунта ненарушенного сложения с природной плотностью, влажностью и льдистостью или образцы нарушенного сложения с заданными значениями плотности и влажности. Образцы должны иметь форму цилиндра диаметром не менее 70 мм и высотой 0,7-1,0 диаметра.
Примечание - По специальному заданию могут применяться другие методы оттаивания грунта и конструкции приборов, обеспечивающие моделирование процесса промерзания - оттаивания и нагружения грунта.
6.5.2 Оборудование и приборы
6.5.2.1 В состав установки для испытаний оттаивающего грунта методом одноплоскостного среза по поверхности мерзлого грунта должны входить:
- срезной прибор с фиксированной плоскостью среза, состоящий из подвижной и неподвижной частей, включающий в себя рабочие кольца с внутренними размерами по 6.5.1.6;
- жесткий тепловой штамп с регулируемой постоянной температурой;
- устройство для создания и регулирования температуры теплового штампа;
- датчики (щупы и др.) для контроля границы раздела оттаивающего и мерзлого грунтов;
- механизм вертикального нагружения образца;
- механизм создания горизонтальной срезающей нагрузки;
- устройства измерения вертикальных и горизонтальных деформаций образца.
Принципиальная схема установки приведена в разделе Ц.1 приложения Ц.
6.5.2.2 Срезной прибор должен быть тарирован для установления поправки на преодоление трения подвижной части срезной коробки.
6.5.2.3 Для изготовления образцов мерзлого грунта нарушенного сложения необходимы:
- формы для замораживания грунта;
- уплотнитель.
6.5.2.4 Формы, в которых проводится замораживание грунта, должны быть изготовлены из нетеплопроводного материала (органическое стекло и др.) со стенками толщиной не менее 20 мм и обеспечивать возможность промораживания в заданном направлении, а также исключать возможность отжатия воды или утечки ее из грунта во время промораживания.
Схема формы для приготовления образца мерзлого грунта нарушенной структуры приведена в разделе Ц.2 приложения Ц.
Примечание - Для исключения радиального оттаивания изготавливаются рабочие кольца из нетеплопроводного материала или тепловой штамп, диаметр которого на 2 мм меньше диаметра рабочего кольца.
6.5.3 Подготовка к испытанию
6.5.3.1 Образцы грунта изготавляют с учетом требований 6.5.1.6.
6.5.3.2 Для образцов дополнительно к физическим характеристикам, указанным в 4.4, должны быть определены тип криогенной текстуры и льдистость.
6.5.3.3 Образцы мерзлого грунта ненарушенного сложения с природной влажностью и льдистостью вырезают из монолита или керна так, чтобы при последующем испытании он имел по отношению к нагрузке ориентацию, соответствующую природному залеганию.
6.5.3.4 Образцы грунта нарушенного сложения изготавливают из талого грунта заданного состава, влажности и плотности. Требуемая плотность достигается уплотнением грунта при заполнении рабочих колец. Между рабочими кольцами помещают прокладки для создания зазора между кольцами.
6.5.3.5 Замораживание грунта проводят в холодильных камерах при заданной температуре в специальных формах из оргстекла. Крышку формы устанавливают в зависимости от заданных условий промораживания: при помещении крышки снизу - промораживание идет сверху; при помещении крышки сверху - промораживание идет снизу. Форму с образцом помещают в помещение или холодильный шкаф с заданной отрицательной температурой воздуха.
6.5.3.6 Во время замораживания измеряют температуру контрольного образца грунта, в который помещают термодатчик. Промораживание заканчивают, когда температура контрольного образца достигнет заданного значения. После этого образец извлекают из формы, герметизируют и сохраняют в эксикаторах (со льдом или снегом) до испытаний. Время хранения - не более пяти суток.
6.5.3.7 Образец грунта в рабочих кольцах помещают в срезной прибор. На образец ставят тепловой штамп и центрируют его.
6.5.3.8 Температуру в тепловом штампе создают и регулируют с помощью ультратермостата (циркуляция антифриза или другой незамерзающей жидкости) или других нагревающих устройств. Температура на нижней поверхности штампа не должна превышать 50 °С.
6.5.3.9 Проводят регулирование механизма нагрузки. Закрепляют устройства для измерения вертикальных и горизонтальных деформаций, записывают время начала испытаний и начальные показания приборов.
6.5.4 Проведение испытания
Таблица 6.4 - Нормальные давления на образец в зависимости от показателя текучести и коэффициента водонасыщения
|
|
|
Грунты | Нормальное давление , МПа | |
глинистые и органо-минеральные с показателем текучести | мелкие и пылеватые пески с коэффициентом водонасыщения |
|
0,5 |  0,50 | 0,1; 0,15; 0,2 |
0,5 1,0 | 0,50  0,80 | 0,05; 0,1; 0,15 |
1,0 |  0,80 | 0,025; 0,075; 0,125 |
6.5.4.2 В процессе оттаивания с помощью щупа (термодатчиков и др.) контролируют температуру грунта в зоне среза, т.е. на границе раздела оттаивающего и мерзлого грунтов, которая должна быть расположена на 1-3 мм ниже верхней части рабочего кольца в подвижной обойме (см. раздел Ц.1 приложения Ц). Устанавливают зазор 2 мм между подвижной и неподвижной частями срезной коробки.
6.5.4.3 Сразу после передачи нормальной нагрузки приводят в действие механизм создания срезающей нагрузки и проводят срез образца грунта не более чем за 2 мин с момента приложения вертикальной нагрузки.
При передаче срезающей нагрузки ступенями их значения не должны превышать 10% значения нормального давления, при котором проводится срез, и приложение ступеней должно следовать через каждые 10-15 с.
При передаче непрерывно возрастающей срезающей нагрузки скорость среза принимают в интервале 2-3 мм/мин так, чтобы срез проходил не более чем за 2 мин.
6.5.4.4 Испытание следует считать законченным, если при приложении очередной ступени срезающей нагрузки происходит мгновенный срез (срыв) одной части образца по отношению к другой или относительная деформация образца превысит 10% (в зависимости от того, что наступит раньше).
При проведении среза с постоянной скоростью за окончание испытаний принимают момент, когда срезающая нагрузка достигнет максимального значения, после чего наблюдается некоторое ее снижение или установление постоянного значения, или относительная деформация образца превысит 10% (в зависимости от того, что наступит раньше).
6.5.4.5 После окончания испытания образец следует разгрузить, извлечь рабочее кольцо с образцом из прибора и отобрать пробы для определения влажности из зоны среза образца.
6.5.5 Обработка результатов
Приложение А
(рекомендуемое)
Формы первой и последующих страниц журналов лабораторных испытаний грунтов
Форма первой страницы журнала
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Организация (лаборатория) | |||||||||||||||||||
|
| ||||||||||||||||||
Журнал испытаний грунта методом | |||||||||||||||||||
|
| ||||||||||||||||||
Объект (пункт) | |||||||||||||||||||
|
| ||||||||||||||||||
Сооружение | |||||||||||||||||||
|
| ||||||||||||||||||
Шурф (скважина) N | |||||||||||||||||||
|
| ||||||||||||||||||
Глубина отбора образца, м | |||||||||||||||||||
|
| ||||||||||||||||||
Лабораторный номер образца | |||||||||||||||||||
|
| ||||||||||||||||||
Наименование грунта | |||||||||||||||||||
|
| ||||||||||||||||||
Сложение грунта | |||||||||||||||||||
|
| ||||||||||||||||||
Визуальное описание грунта в лаборатории | |||||||||||||||||||
|
| ||||||||||||||||||
Вид испытания | |||||||||||||||||||
|
| ||||||||||||||||||
Прибор (тип, номер) |
| ||||||||||||||||||
|
| ||||||||||||||||||
Схема испытания | |||||||||||||||||||
|
| ||||||||||||||||||
Схема фильтрации | |||||||||||||||||||
|
| ||||||||||||||||||
Сведения о замачивании | |||||||||||||||||||
|
| ||||||||||||||||||
Жидкость для замачивания (фильтрации) | |||||||||||||||||||
|
| ||||||||||||||||||
Дата испытаний: начало | окончание | ||||||||||||||||||
|
|
|
| ||||||||||||||||
Данные о рабочем кольце (образце): | |||||||||||||||||||
|
| ||||||||||||||||||
Высота, мм | |||||||||||||||||||
|
| ||||||||||||||||||
Диаметр, мм | |||||||||||||||||||
|
| ||||||||||||||||||
Площадь, см | |||||||||||||||||||
|
| ||||||||||||||||||
Объем, см | |||||||||||||||||||
|
| ||||||||||||||||||
Масса, г | |||||||||||||||||||
|
| ||||||||||||||||||
Масса с грунтом, г | |||||||||||||||||||
|
| ||||||||||||||||||
Масса образца, г | |||||||||||||||||||
|
| ||||||||||||||||||
Физические характеристики грунта
|
|
|
|
Характеристика | Значение | Примечание | |
| до опыта | после опыта |
|
|
|
|
|
Журнал испытаний для определения сопротивления дисперсного грунта одноплоскостному срезу, сопротивления мерзлого грунта срезу по поверхности смерзания с материалом фундамента и сопротивления срезу оттаивающего грунта
Предварительное уплотнение дисперсных и оттаивающих грунтов
Номер образца___________
|
|
|
|
|
|
|
Дата испытания | Давление на образец , МПа | Время снятия отсчета  , ч | Показания индикатора вертикальных деформаций | Вертикальная деформация образца , мм | Относительное сжатие (набухание) | Примечание |
|
|
|
|
|
|
|
Срез грунта
Номер образца_________
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Дата испыта- ния | Темпе- ратура испы- тания  , °С | Время снятия отсчета , ч | Время от начала опыта  , ч | Верти- кальное давле- ние на образец грунта , МПа | Гори- зонта- льная среза- ющая нагрузка , кН | Каса- тельное напря- жение , МПа | Абсо- лютная дефор- мация среза , мм | Абсолютная деформация среза с учетом поправки на трение в приборе  , мм | Относи- тельная дефор- мация среза, % | Скорость дефор- мации среза , мм/ч | Темпе- ратура контро- льного образца  , °С | Приме- чание |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Примечание - Температуру испытаний и контрольного образца, а также скорость деформации среза указывают при испытании мерзлых грунтов.
Журнал испытания грунта методом одноосного сжатия
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Журнал N 1 | Номер образца________________ | ||||||||
Дата испы- тания | Разрушающая сила , МПа | Относительная вертикальная деформация в момент разрушения | Предел прочности образца грунта на одноосное сжатие , МПа, в состоянии | Примечание | |||||
| при при- родной влаж- ности | в воз- душно- сухом состо- янии | в водо- насы- щенном состо- янии |
| природной влажности | воздушно- сухом | водонасы- щенном |
| |
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Журнал N 2 | Номер образца______________ | |||||||||||||
Нагру- зка  , кН | Напря- жение , МПа | Показания датчиков деформаций | Средние значения показаний датчиков деформаций | Приращение показаний датчиков деформаций | Относительные деформации образцов ·10  | |||||||||
|
| продольные | поперечные | продо- льные | попе- речные | продо- льные | попе- речные | продо- льные | попе- речные | |||||
|
| |  |  |  |  |  |  |  | |  | | | |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
Журнал испытания грунта методом трехосного сжатия
Номер образца_______________
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Дата испы- тания | Время снятия отсчета , ч | Время , мин | Давление в камере , МПа | Вертикальная нагрузка | Поровое давление , МПа | Вертикальные деформации | ||||
|
|
|
| Осевая нагрузка , кН | Площадь образца  , см | Давление , МПа |
| Показания по прибору | Деформация с поправкой , мм | Относительная деформация |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Окончание
|
|
|
|
|
Объемные деформации | Вертикальное напряжение , МПа | Примечание | ||
Показания по прибору | Объемная деформация с поправкой , см | Относительная деформация |
|
|
|
|
|
|
|
Журнал испытания грунта методом компрессионного сжатия
Номер образца_______________
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Дата испы- тания | Темпе- ратура испы- тания , °С | Время снятия отсчета , ч | Время от начала опыта , ч | Номер ступени нагру- жения | Давле- ние на образец грунта , МПа | Давле- ние , МПа | Показание индикаторов деформаций | Абсо- лютная дефор- мация образца , мм | Поправка на дефор- мацию прибора , мм | Абсолютная дефор- мация с учетом поправки  , мм | Относи- тельная дефор- мация образца | Приме- чание | ||
|
|
|
|
|
|
|  |  | сред- нее |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Обработка кривой консолидации методом "корень квадратный из времени"
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Давле- ние , МПа | Высота образца , мм | Общая дефор- мация , мм | Дефор- мация за ступень нагрузки , мм | Относи- тельная дефор- мация за ступень нагрузки  | Время от начала приложения ступени нагрузки , мин | Корень квад- ратный из времени  , мин | Время, соответ- ствующее 90% фильтрационной консолидации , мин | Время, соответ- ствующее 100% фильтрационной консолидации , мин | Коэффициент фильтрационной консолидации , см /мин (см /год) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Обработка кривой консолидации логарифмическим методом
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| Вторичная консолидация | ||||
Давле- ние , МПа | Высота об- разца , мм | Общая дефор- мация , мм | Дефор- мация за ступень нагрузки , мм | Относи- тельная дефор- мация за ступень нагрузки | Время от начала прило- жения ступени нагрузки , мин | Дефор- мация, соответ- ствующая 50% первичного уплотнения  | Время, требу- емое для 50% перви- чного уплот- нения , мин | Коэффи- циент фильтра- ционной консо- лидации , см /мин (см /год) | Дефор- мация | Время | Коэффи- циент втори- чной консо- лидации | ||
|
|
|
|
|
|
|
|
|  |  |  |  |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Журнал испытания засоленного грунта на суффозионное сжатие
Номер образца________________
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Дата испы- тания | Темпе- ратура испы- тания , °С | Время снятия отсчета , ч | Время от начала опыта , ч | Номер сту- пени наг- руже- ния | Давле- ние на образец грунта , МПа | Показание индикаторов деформаций | Абсо- лютная дефор- мация образца , мм | Поп- равка на дефор- мацию прибора , мм | Абсо- лютная дефор- мация с учетом , , мм | Относи- тельное сжатие (набу- хание) образца | Объем про- филь- тровав- шейся воды , л | Плотный остаток филь- трата  , г/л | Гради- ент напора , МПа/см | Приме- чание | ||
|
|
|
|
|
| | | сред- нее |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Обработка результатов испытания
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| Степень выщелачивания солей , д.е. |
| ||
Дав- ление , МПа | Абсо- лютная дефор- мация образца , мм | Относи- тельная дефор- мация | Относи- тельная просадоч- ность | Относи- тельное набу- хание | Относи- тельное суффо- зионное сжатие | Нача- льное давление суффо- зионного сжатия , МПа | Прира- щение относи- тельной суффо- зионной осадки | В процессе опыта | Прира- щение степени выщела- чивания  | Откорректи- рованное значение | Приме- чание
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Журнал испытания грунта на набухание и усадку
Результаты испытаний набухания в ПНГ
Номер образца___________________
|
|
|
|
|
|
Дата испытания | Время , ч | Показание индикатора деформаций | Абсолютная деформация образца , мм | Относительное свободное набухание | Примечание |
|
|
|
|
|
|
Результаты испытаний набухания под нагрузкой в компрессионном приборе
Номер образца_________________
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Дата испы- тания | Время , ч | Давление на образец , МПа | Показания индикаторов деформаций | Абсолютная деформация образца , мм | Поправка на деформацию прибора , мм | Абсолютная деформация с учетом , , мм | Относительное набухание образца | Примечание | ||
|
|
| | | среднее |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Результаты испытаний на усадку
Номер образца_________________
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Дата испы- тания | Время , ч | Масса образ- ца, г | Влажность образца, % | Высота образца, см | Диаметр образца, см | Объем образца, , см | Относительная усадка образца | Примечание | |||||
|
|
|
|
| | |  | сред- ний |
| по высоте  | по диаметру  | по объему  |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Журнал испытания мерзлого грунта шариковым штампом
Номер образца ________________
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Дата испы- тания | Темпе- ратура испы- тания , °С | Время снятия отсчета , ч | Время от начала опыта , ч | Нагрузка , кН | Диаметр шари- кового штампа , см | Отсчет по датчику дефор- маций | Глубина погружения шарикового штампа , мм | Восьмичасовое значение эквивалентного сцепления , МПа | Предельно длительное значение эквивалентного сцепления , МПа | Примечание |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Журнал испытания мерзлого грунта методом одноосного сжатия
1 Испытание при непрерывном быстром возрастании нагрузки
Номер образца __________
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Дата испы- тания | Темпе- ратура испы- тания , °С | Время снятия отсчета , ч | Время от начала испы- тания , ч | Характер деформи- рования образца | Разруша- ющая нагрузка , кН | Значения диаметра образца после испытания , мм | Средняя площадь сечения образца после испытания , см | Высота образца в момент разру- шения , мм | Условно- мгновенное сопро- тивление одноосному сжатию , МПа | Приме- чание | |||
|
|
|
|
|
| 1-е | 2-е | 3-е | сред- нее |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 Испытание на ползучесть
Номер образца_______________
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Дата испы- тания | Температу- ра испы- тания, , °С | Время снятия отсчета , ч | Время от начала опыта , ч | Номер ступени нагру- жения | Давле- ние на образец , МПа | Отсчеты по приборам для измерения деформаций | |||||||||
|
|
|
|
|
| продольных | поперечных | ||||||||
|
|
|
|
|
| 1 | 2 | среднее | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | среднее |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Продолжение
|
|
|
|
|
|
|
|