Способы определения модуля деформации грунтов

Модуль деформации грунтов

Все известные и применимые методы и способы определения модуля деформации — стабилометрические и компрессионные испытания, испытания грунтов радиальными и лопастными прессиометрами и штампами, — дают не одинаковые результаты при испытаниях на объекте одних и тех же грунтов.

При этом полученный модуль деформации Е, при проведении компрессионных испытаний, может отличаться в пять раз от результатов штамповых испытаний. А иногда в некоторых, схожих условиях полученные результаты штамповых и компрессионных испытаний оказываются близкими к друг другу.

А физические характеристики, глинистых и песчаных грунтов, плотность , влажность, пористость, карбонатность и др. присущие грунтам не зависят от метода определения.

Каким бы методом эти характеристики не определялись, они будут практически одинаковыми или очень близкими.

В отличие от них модуль деформации отражает реакцию грунтов на внешние воздействия, то есть является реактивной характеристикой.

При разных способах и методах воздействия, или нагрузки (давления на грунты), реакция грунтов будет неодинаковой, соответственно, разными будут и получаемые значения модуля деформации Е, грунтов и других деформационных характеристик.

Поэтому деформационные характеристики не однозначны и не могут быть представлены одним методом, и должны характеризоваться полевыми и лабораторными методами исследования, типом фундамента, конкретным сооружением, размерами нагрузок.

Это важное обстоятельство нормативно закреплено в СП 47.13330.2012 и СП 47.13330.2016.

Лабораторные методы определения модуля деформации надо при проведении инженерно-геологических изысканий необходимо сочетать с полевыми методами – статическим зондированием и штамповыми испытаниями грунтов.

Модуль деформации грунтов

При изучении деформационных, механических свойств грунтов обычно производятся компрессионные испытания, сущность которых заключается в том, что грунт подвергают уплотнению ступенями нагрузки в рабочих кольцах компрессионных или компрессионно-фильтрационных приборах и наблюдают за изменением относительного сжатия и коэффициента пористости e. При этом грунты уплотняются без возможности бокового расширения. Поэтому при компрессионных испытаниях преобладают деформации уплотнения. Деформации формоизменения имеют подчиненное значение.

В результате получают некоторую зависимость, которую обычно выражают в виде компрессионной кривой = f(p), e = f(p).

Для расчетов модуля деформации и коэффициента сжимаемости на компрессионной кривой выбирают две точки.

Первая точка должна соответствовать природной нагрузке на грунт.

Вторая точка — конечной нагрузке на грунт после возведения сооружения.

Конечная нагрузка равна нагрузке от проектируемого сооружения за вычетом нагрузки от веса грунта выше глубины заложения фундамента.

Таким образом, для одного слоя на разных глубинах расчетные интервалы нагрузок будут не одинаковыми, увеличиваться с глубиной, соответственно, будут отличаться и значения модуля деформации.

На практике, при инженерно-геологических изысканиях для строительства для расчета принимают интервал нагрузок — чаще всего от 0,1 до 0,3МПа.

И учитывают глубину отбора образцов, которая может быть значительно ниже глубины заложения фундамента, где природная нагрузка на грунт на много больше 0,1 МПа.

В результате получаются заниженные значения модуля деформации, которые соответствуют разуплотненному состоянию грунта и не отражается, для свойств в его природном залегании.

При изысканиях для ответственных сооружений инженеры геологи, составляя программу лабораторных испытаний, должны руководствоваться схемой распределений предполагаемых нагрузок от веса грунтов и дополнительных нагрузок от внешних воздействий.

Модуль деформации грунтов

Схема распределения нагрузок позволяет правильно определить нагрузки грунтов от собственного веса, которые с глубиной увеличиваются, и дополнительные на грузки от внешних воз действий, которые с глубиной рассеиваются, а не являются постоянными для всей толщи активного деформирования грунтов. К сожалению, в действующих нормативных документах отсутствуют единые требования к выбору интервала давлений для определения модуля деформации грунтов.

Для расчета модуля деформации, в соответствии с ГОСТом 12248-2012, вводится коэффициент, учитывающий отсутствие поперечного расширения грунта в компрессионном приборе.

Коэффициент зависит от значения коэффициента поперечной деформации (коэффициент Пуассона), который определяется при трехосных испытаниях. При отсутствии экспериментальных данных в ГОСТе предлагаются различные значения, на пример, для суглинков — 0,35–0,37.

Это значение характеризует все возможные со стояния грунтов — от твердого до текучего, что в принципе не верно, так как практически исключается существующая зависимость коэффициента Пуассона от показателя текучести IL, и в результате занижается модуль де формации при испытании грунтов устойчивой консистенции. Для рас чета рекомендуется использовать установленную Н.А. Цытовичем связь коэффициента Пуассона с показателем текучести IL: = 0,05 + 0,45 IL

При использовании этой зависимости будут получены более высокие значения (см. Взаимосвязь коэффициента Пуассона с показателем теку чести). При расчете коэффициента Пуассона по уравнению Н. А. Цытовича, коэффициент устойчивых грунтов, а, следователь но, и модуль деформации увеличивается почти в 1,5 раза.

Надо отметить, что действие ГОСТ 12248-96 согласно п. 5.4.1.1. распространяется на глинистые грунты с показателем текучести IL > 0,25. Вместе с тем, в п. 5.4.7.5 приведены значения для глин при IL

Источник

Определение модуля деформации грунта

В качестве деформационной характеристики грунта час­то используют модуль общей деформации , характеризующий остаточные и упругие деформации. Его определяют различными методами, в том числе по компрессионной кривой, испытанием грун­та статической нагрузкой, с помощью прессиометров, а также по простейшим физическим характеристикам грунта.

Для линейно деформируемой среды уравнения закона Гука используются в ограниченном интервале изменения напряжений от до . Поэтому уравнение (2.21) следует записать в приращениях:

. (2.22)

Принимая во внимание, что в условиях компрессионного сжатия , , а , получим выражение для модуля деформации:

. (2.23)

Для определения коэффициента необходимы значения или в рассматриваемом интервале изменения напряжения. При отсутствии этих данных коэффициент может быть принят равным: для песков – 0,8; супесей – 0,7; суглинков – 0,5; глин – 0,4.

Значение модуля деформации можно определять также на приборах трехос­ного сжатия (стабилометрах) (рис. 2.4, 2.5).

Значение модуля деформации грунта, найденное по данным лабораторных компрессионных испытаний образцов грунта, нередко отличается от действительно­го. Нередко компрессионные испытания проводятся с образцами частично нарушенной, а не природной структуры, что сказывается на результатах компрес­сионных испытаний и может привести к получению занижен­ных значений модуля деформации грунта.

В связи с этим в практике изысканий для изучения деформационных свойств, наряду с лабораторными исследованиями, используют полевые методы испытания грунтов пробными статическими нагрузками (рис. 2.6). Испытания грунта проводят в горных выработках (расчистках, котлованах, шурфах, штреках, буровых скважинах и т.д.) или в массиве грунта при сохранении природного сложения грунта. В соответствии с ГОСТ 20276-99 штампы должны быть жесткими, круглой формы, следующих типов:

I — с плоской подошвой площадью 2500 и 5000 см 2 ;

II — с плоской подошвой площадью 1000 см 2 с кольцевой пригрузкой

по площади, дополняющей площадь штампа до 5000 см 2 ;

III — с плоской подошвой площадью 600 см 2 ;

IV — винтовой штамп площадью 600 см 2 .

Рис. 2.6. Испытание грунта ста­тическими нагрузками в шурфе

а – схема установки; б – зависимость осадка от интенсивности давления

На дно шурфа (рис. 2.6, а) или скважины устанавливают жесткий штамп 4, тщательно при­тирая его к основанию. Ступенчато возрастающая нагрузка на штамп прикладывается с помощью домкрата или тарированными грузами, а осадки измеряются с помощью прогибомеров, закрепленных на реперной системе. По данным испытаний строят график зависимости осадки штампа от давления (2.6, б).

На графике проводят осредняющую прямую методом наименьших квадратов или графическим методом (рис. 2.7).

За начальные значения и (первая точка, включаемая в ос4реднение) принимают давление, равное напряжению и соответствующую осадку; за конечные значения и – значения и , соответствующие четвертой точке графика на прямолинейном участке.

Рис. 2.7. График зависимости осадки штампа от давления :

1 – линейная часть графика; 2 – осредняющая прямая

Модуль деформации грунта вычисляют для линейного участка графика по формуле

(2.24)

где – коэффициент Пуассона, принимаемый равным 0,27 – для крупнообломочных грунтов; 0,30 – для песков и супесей; 0,35 – для суглинков; 0,42 – для глин; – коэффициент, принимаемый в зависимости от заглубления штампа h/D (h — глубина расположения штампа относительно поверхности грунта; D – диаметр штампа); – коэффициент, принимаемый равным 0,79 для жесткого круглого штампа; Dp – приращение давления на штамп, равное ; DS – приращение осадки штампа, соответствующее Dp, определяемое по осредняющей прямой.

Коэффициент принимают равным 1 при испытаниях грунтов штампами в котлованах, шурфах и дудках. При испытаниях грунтов винтовым штампом в буровых скважинах ниже забоя и в массиве без бурения скважин коэффициент принимают в зависимости от отношения h/D по ГОСТ 20276-99 .

Выражение (2.24) получено из формулы осадки жесткого штампа на упругом основании, выведенной для условий дефор­маций упругого полупространства Буссинеском. Оно в опреде­ленной мере справедливо и для линейно деформируемого полу­пространства.

Разработаны и применяются методы определения модуля деформации грунта с использованием радиальных, лопастных прессиометров, плоских дилатометров, а также результатов статического зондирования.

Для предварительных расчетов оснований СНиП 2.02.01–83 (2004) допускает определять модуль деформации грунтов по физическим характеристикам (таб­лицам СНиП 2.02.01–83 или региональных нормативных доку­ментов).

Модуль деформации и коэффициент Пуассона являются показателями деформационных свойств грунта и используются при расчете осадок основания и кренов фундаментов зданий и сооружении.

Источник