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 |
Для получения доступа к полной версии без ограничений вы можете выбрать подходящий тариф или активировать демо-доступ.