Руководство по геотехническому контролю за подготовкой оснований и возведением грунтовых сооружений в энергетическом строительстве (стр. 39 )

Рис. 25. Схема конструкции стабилометров

а) - типа А; б) - типа Б; 1 - шток; 2 - верхний и нижний поршни; 3 - резиновая оболочка;

4 - камера; 5 - краны; 6 - образец.

7.17.3.3. Испытаниям в приборах трехосного сжатия для определения прочности могут подвергаться скальные, полускальные, песчаные и другие рыхлые несвязные и глинистые грунты. Особенно целесообразно применять такие испытания для слабых водонасыщенных глинистых и илистых грунтов, т. к. это позволит наиболее правильно определить характеристики прочности грунта в неконсолидированном состоянии.

7.17.3.4. Для испытания глинистых грунтов методом раздавливания рекомендуются приборы трехосного сжатия (с диаметром образца не менее 4 см и высотой не менее двух диаметров), оснащенные аппаратурой для измерения порового давления в образце в процессе опыта. Конструкция прибора должна обеспечивать возможность проведения опытов как в условиях открытой системы (свободный отток воды из образца при его уплотнении), так и в условиях закрытой системы (отсутствие оттока воды из образца). Основные схемы испытаний образцов в приборах трехосного сжатия следующие:

а) раздавливание консолидированных образцов. Испытания проводятся в условиях открытой системы с дренированными образцами. Образцы уплотняются всесторонним давлением, равным максимальному для данной серии опытов, до стабилизации (полного рассеивания порового давления). Раздавливание образцов производится при нескольких (не менее трех) величинах давления всестороннего сжатия. Величина максимального давления всестороннего сжатия определяется в соответствии с глубиной отбора образца, а также внешней нагрузкой. Испытания надлежит производить не менее чем при трех вертикальных давлениях величиной до 1 МПа; при давлениях, превышающих 1 МПа, ступени нагрузок должны быть не более 0,5 МПа. Признаками разрушения образца при раздавливании следует принять непрерывное увеличение осадки при постоянном вертикальном давлении, а также визуальное наблюдение (образование "бочки" для слабых грунтов и хрупкое разрушение для плотных грунтов);

б) раздавливание неконсолидированных образцов. Испытания проводятся в условиях закрытой системы с обязательным измерением порового давления в образце. Приемник прибора порового давления рекомендуется устанавливать в центральной части образца. Опыты на раздавливание проводятся при различных величинах всестороннего давления (без предварительного обжатия образцов максимальным давлением), которым образец обжимается до стабилизации порового давления в нем. Приложение вертикальной нагрузки к образцу производится ступенями (также как и при раздавливании консолидированных образцов, см. схему 1). Влажность и плотность сухого грунта определяются до и после опыта. После опыта влажность и плотность сухого грунта определяются по пробам, взятым в середине образца и на торцевых участках.

7.17.3.5. По результатам всех опытов для данного вида грунта и соответствующей схемы испытаний методом наименьших квадратов строится прямолинейная зависимость между величинами всестороннего сжатия s3 и вертикальным давлением s1. Затем при трех-четырех величинах s3 по этой зависимости находят соответствующее значение s1. По этим данным строятся круги Мора, прямолинейная огибающая к которым и определяет tgj и c (приложение 9).

7.17.3.6. Сопротивление сдвигу крупнообломочных грунтов следует определять на крупномасштабных установках:

а) на строительстве Нурекской и Чарвакской плотин был сооружен большой сдвиговой прибор (рис. 26, а) [108]. Прибор рассчитан на исследование сопротивляемости сдвигу крупнообломочных грунтов с включением фракций крупностью до 200 мм, при вертикальном давлении s £ 1 МПа. Прибор состоит из: нижней подвижной каретки 1 размерами 1600х1000х410 мм; верхней каретки 2 - 1500х1000х410 мм; вертикального упора 3; домкратов 4 типа ДГ-200; горизонтального упора 5 smax = 2 МПа.

Верхняя каретка имеет свободу вертикальных перемещений и подвижность в горизонтальном направлении.

Зазор между каретками может изменяться до d = 200 мм.

Величина допускаемого зазора d должна назначаться в зависимости от гранулометрического состава испытываемого грунта по следующей формуле:

d / d10 £ 1,8, (84)

где d10 - диаметр частиц, масса которых в изучаемом грунте составляет 10%.

б) Во ВНИИГ им. создан и успешно эксплуатируется большой сдвиговой прибор БСП-620. На рис. 26 представлен разрез этого прибора. Его конструкция такова: 1 - лабораторный испытательный пресс ПСУ-500; 2 - пульт управления прессом; 3 - прямоугольная жесткая стальная рама, огибающая в плане пресс и предназначенная для упора в нее горизонтального домкрата; 4 - толстостенная стальная обойма, состоящая из двух одинаковых колец (нижнего и верхнего) диаметром 620 мм; 5 - вкладыши для стальных упоров в раме; 6 - круглые стальные штампы для сжатия образца сверху и снизу, имеющие возможность свободно входить в сдвижные обоймы; 7 - роликовые тележки между опорными плитами пресса и штампами для практического устранения трения между ними при сдвиге; 8 - гидравлические домкраты, рассчитанные на усилие 100 или 200 т (ДГ-100, ДГ-200); 9 - насосная станция домкрата (НСР-400 м); 10 - деревянные ряжевые опоры под стальную раму; 11 - винтовые домкраты для поддержания рамы в горизонтальном положении и на разных уровнях; 12 - деформометры; 13 - манометры; 14 - колонны пресса. Для поддержания заданной высоты зазора между сдвижными кольцами служат катки-ролики нескольких диаметров.

Рис. 26

а) сдвиговой полевой прибор (габариты 1500х1000х850 мм);

б) большой сдвиговой прибор БСП-620

При подготовке прибора к испытаниям сначала устанавливают на нижней роликовой тележке 7 нижнюю половину обоймы 4 со штампом 6, пользуясь временными деревянными упорами, а затем - верхнюю половину, создавая необходимые зазоры катками-роликами.

Обойму загружают крупнообломочным грунтом, и на него помещают верхний штамп, а сверху - вторую роликовую тележку. После этого на образец передают прессом вертикальное давление s2 = 0,1 МПа и освобождают нижнее кольцо от временных упоров, т. к. трение между грунтом и обоймой удерживает их в отрегулированном положении. В таком состоянии вся установка готова к проведению опыта.

В дальнейшем передаваемое на образец вертикальное давление фиксируется станцией управления прессом 2, а горизонтальное давление - манометрами, установленными на насосной станции 9 и на домкрате. Осадка образца и горизонтальные перемещения определяются по струнным деформометрам, имеющим точность 0,01 мм.

Круглая в плане форма для образца при значительных размерах в диаметре (620 мм) и высотой (400 мм) позволяет определять прочностные характеристики материала крупностью до 80 мм.

В приборе БСП-620 можно не только исследовать свойства каменной наброски при сдвиге под значительным нормальным давлением (sн = 0,1¸2,5 МПа), но также проводить и компрессионные испытания этого материала под высоким давлением (sz = 0,1¸10 МПа) без включения в работу горизонтального домкрата или делать это одновременно с передачей на образец заданной нормальной нагрузки.

Сопоставление результатов испытаний одинаковых грунтов на установке БСП-620 и на стабилометре большого размера показало идентичность получаемых механических характеристик.

в) В ряде лабораторий имеются большие стабилометры СШ-240 и ПТС-300 (Гидропроект, ВНИИГ), на которых можно проводить испытания крупнообломочных материалов в условиях определенного ограничения бокового расширения испытуемого образца [138]. В приложении 9 описаны методы исследования прочностных свойств крупнообломочных материалов на приборе ПТС-300.

На рис. 27 дана схема прибора СШ-240. Сущность конструкции этого стабилометра заключается в том, что жидкость, регистрирующая боковое давление образца, заключена в шланг, спирально проложенный по внутренней стенке металлического цилиндра и опоясывающий образец грунта во время испытания. Стабилометр СШ-240 состоит из металлического цилиндра 1, съемного днища 2, шланга 3, спирально уложенного по всей высоте цилиндра, направляющего кольца 4, штампа 5, двух штуцеров с кранами 6, опорной рамы 7, манометров 8, прогибомеров 9, мерного цилиндра 10, защитной оболочки 11.

Рис. 27. Схема прибора СШ-240

Диаметр испытуемого образца составляет 240 мм, высота - 460 мм, удельная осевая нагрузка до 7 МПа, удельная боковая нагрузка до 1,2-1,5 МПа, объемная деформация, являющаяся функцией бокового давления грунта, - до 6 л.

Для проведения опыта грунт укладывается в камеру с послойным уплотнением до заданной плотности. Пустота между витками шланга, цилиндром и защитной оболочкой заполняется водой, которая может свободно изливаться в мерный цилиндр. В процессе опыта по объему поступившей в мерный цилиндр воды определяется боковая объемная деформация грунта.

Опыт проводится со ступенчатым увеличением осевого давления. После приложения каждой последующей ступени нагрузки регистрируется величина бокового давления, а также осевая и боковая деформации образца.

При такой схеме испытания увеличение осевого давления выводит образец из предельного состояния, достигнутого им от предыдущей ступени нагрузки. Деформации образца в созданных условиях их ограничения происходят до тех пор, пока не наступит предельное состояние грунта.

Указанный метод позволяет получить в одном опыте зависимость параметров сопротивления сдвигу от нагрузки в достаточно широком диапазоне. Этот метод применим для сыпучих грунтов нарушенной структуры, в процессе ограниченного деформирования которых не происходит существенных изменений их свойств, оказывающих влияние на сопротивление сдвигу.

7.18. Определение коэффициента фильтрации грунта без учета влияния нагрузки

7.18.1. Общие положения