Файл: Абелев М.Ю. Слабые водонасыщенные глинистые грунты как основания сооружений 8-й междунар. конгресс по механике грунтов и фундаментостроению.pdf

лось на ртуть в U-образной капиллярной трубке и она начинала смещаться в одно колено. Нажимом регулиру­ ющих винтов 27 на резиновую мембрану в приборе уда­ валось создать противодавление, которое удерживало ртуть на фиксированном месте. Таким образом, в воде, заполняющей прибор, возникало давление, равное поровому давлению в исследуемой точке грунта. Давление воды в приборе измерялось образцовым маномет­ ром 23.

Давление на грунт в большом компрессионном при­ боре создавалось водой, заполняющей его верхнюю часть, и передавалось через полихлорвиниловую пленку, свободно лежащую на грунте (воздух из-под пленки удаляли до начала испытаний). Для создания давления в воде были использованы бачки компенсатора 29, при­ меняемые при испытаниях грунтов на трехосное сжатие.

На полихлорвиниловой пленке помещался круглый металлический штамп, который обеспечивал равно­ мерность осадки грунта в приборе.

До начала испытаний установку тарировали на водонасыщенном крупнозернистом песке. Для этого весь компрессионный прибор загружали песком, затем все системы установки тщательно заполняли водой и при помощи бачков компенсатора устанавливали давления: 0,1; 0,5; 1 и 1,5 кгс/см2. На каждой ступени приложенной нагрузки определяли поровое давление в каждом прием­ ном зонде. Следует отметить, что при тарировке все зон­ ды показали давление, равное приложенному (закрытая система). После того как поровое давление достигало 1,5 кгс/см2, открывали отверстие 4 в нижнем днище большого компрессионного прибора и устанавливали емкость для выжимаемой из грунта воды. Одновремен­ но по двум приемным зондам (один у поверхности грун­ та, другой у днища прибора) следили за изменением порового давления. Как показали наблюдения, поровое давление в верхнем и нижнем зондах было почти одина­ ковым в определенные интервалы времени. Во всех приемных зондах оно уменьшалось до нуля за 4,2 мин. После падения порового давления до нуля вода пере­ ставала выжиматься из грунта, хотя приложенное дав­ ление оставалось равным 1,5 кгс/см2. Это свидетельст­ вует о том, что все давление воспринимается скелетом песчаного грунта (эффективные напряжения).

261

3. СОСТАВ ВЫПОЛНЕННЫХ ЛАБОРАТОРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ОПЫТОВ

Экспериментальное определение изменения порового

под образцом грунта, на скорость консолидации, а так­

тельное уплотнение грунтов на процесс фильтрационной консолидации.

В лабораторных исследованиях были испытаны под­ московная красная глина (с нарушенной структурой), илы оз. Сиваш и лёсс Душанбе. Физико-механические характеристики свойств грунтов приведены в табл. V . l .

Глинистый грунт предварительно высушивали до влажности 5,4—19,5% и размалывали на шаровой мельнице. Затем измельченный грунт просеивали через сито с отверстиями 0,25 мм. Просеянный глинистый грунт затворяли на дистиллированной воде с температу­ рой около 40° С в баке емкостью 0,5 м3. Повышенная температура грунтовой массы в период получения гли-

262

нистой пасты обеспечивала минимальную степень аэра­ ции дистиллированной воды.

верхности грунта. После наполнения прибора глинистой пастой на 15—20 см (по высоте) устанавливали верх­ нюю крышку, герметизировали прибор и вакуумирова­ ли его в течение 2 ч. Затем снова укладывали слой гли­ нистой пасты и снова создавали в приборе вакуум в те­ чение 2 ч.

Такая подготовка позволяла считать исследуемый грунт двухфазной системой. Кроме того, непосредствен­ ный отбор проб из различных точек грунта показал, что коэффициент его водонасыщения составлял 0,92—1.

В тех случаях, когда для данного эксперимента тре­ бовалось устройство песчаной подушки, в большой ком­ прессионный прибор до загрузки глинистой пасты укла­ дывали слой среднезернистого песка толщиной 4—6 см. Песок укладывали под воду и поверхность песчаной по­ душки тщательно выравнивали линейкой.

Вертикальную песчаную дрену устраивали следую­ щим образом. До укладки в прибор глинистой пасты на его дно (если требовалось устройство песчаной подуш­ ки совместно с вертикальной песчаной дреной, — на уло­ женный слой песка) строго вертикально по оси прибора устанавливали тонкостенную медную трубку внутрен­ ним диаметром 5 см. В нее под воду засыпали средне-

укладки глинистой пасты в прибор поворотами и не­ большими рывками выдергивали обсадную трубу, одно­ временно прикладывая усилие к сердечнику. Выходя­ щий из трубы песок образовывал вертикальный песча­ ный столб в глинистой пасте. Как показали последую­ щие откопки дрены, тело вертикальной дрены не имело ни шеек, ни разрывов.

В тех случаях, когда требовалось устроить верти­ кальную песчаную дрену уже после уплотнения грунта (например, после исследования работы песчаной по­ душки), на оси прибора устанавливали тонкостенную

263

медную трубку с открытым концом и забивали ее в уплотненную глинистую пасту. Чтобы уменьшить со­ противление при забивке, нижний край трубки затачи­ вали. После погружения обсадной трубы из ее внутрен­ ней полости ложкой с режущим краем удаляли грунт и промывали трубку дистиллированной водой. Затем че­ рез обсадную трубку укладывали среднезернистый пе­ сок, устанавливали сердечник и извлекали ее.

После укладки глинистой пасты воду, покрывающую грунт, удаляли вакуум-насосом. Поверхность глинистой пасты покрывали тонкой полихлорвиниловой пленкой. При этом тщательно удаляли воздушные пузырьки между пленкой и поверхностью грунта.

На полихлорвиниловую пленку укладывали жесткий круглый штамп диаметром 44 см (диаметр большого компрессионного прибора 50 см). Вдоль боковой по­ верхности цилиндра прибора полихлорвиниловую плен­ ку укладывали «гармошкой», что позволяло круглому штампу свободно перемещаться при уплотнении грунта. Края полихлорвиниловой пленки заводили во фланец, где ее плотно прижимали к крышке и фланцу стяжны­ ми болтами. Затем полость большого компрессионного прибора (выше полихлорвиниловой пленки) заполняли водой и на болтах устанавливали верхнюю крышку при­ бора. Чтобы удалить из верхней полости прибора воз­ дух, через газовые краны пропускали дистиллирован­ ную воду под небольшим давлением. После отсчета начальных показаний индикаторов деформаций и под­ соединения шлангов давления к бачкам компенсатора приступали к проведению основных экспериментов.

4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СОВМЕСТНОЙ РАБОТЫ ПЕСЧАНОЙ ПОДУШКИ И ВЕРТИКАЛЬНОЙ ПЕСЧАНОЙ ДРЕНЫ

Данный эксперимент проводился на лабораторной установке и был продолжением проведенного ранее экс­ периментального исследования работы песчаной подуш­ ки, поставленного для изучения распределения порового давления по высоте грунтового массива в процессе кон­ солидации. После отбора образцов и определения их физико-механических характеристик в месте отбора проб была дополнительно уложена глинистая паста (до пер­ воначального уровня). Затем по центру грунтового ци-

264

липдра была устроена песчаная дрена. Чтобы песок дрены имел большую сжимаемость, к нему добавляли 3—5% слюды. Отверстие в днище прибора было закры­ то болтом 5. После насыщения песчаной дрены водой прибор был герметизирован. Следует отметить, что в

Приемные зонды порового давления для возможно­ сти сравнения полученных данных с данными экспери­ ментального исследования работы вертикальной песча­ ной дрены были установлены по определенной схеме.

Испытание проводилось по следующей методике. Че­ рез бачок компенсатора к грун.ту прикладывали нагруз­ ку 0,25 кгс/см2. В течение трех суток через каждые 6 ч

и в течение 24 ч глинистую пасту обжимали по схеме «закрытая система» и периодически (через 4 ч) опре­ деляли поровое давление в приемных зондах.

После того как поровое давление достигало макси­ мума и стабилизировалось, вывертывали болт 5 в дни­ ще прибора (см. рис. V.1) и через определенные про­ межутки времени во всех приемных зондах измеряли поровое давление. Затем систематически измеряли де­ формации грунтового массива и контролировали вели­ чину внешнего давления по образцовому манометру, установленному на крышке прибора. Результаты иссле­ дования приведены на рис. Ѵ.2.

Исследования уплотнения показали, что предвари­ тельное обжатие нагрузкой в 1,5 кгс/см2 явилось причи­ ной появления искусственной структурной прочности сжатия в 0,25 кгс/см2. При этой нагрузке ни один из при­ емных зондов в течение трех суток не обнаружил появ­ ления порового давления. Это показывает, что вся на­ грузка полностью была воспринята скелетом грунта (эффективное напряжение).

Анализ результатов экспериментального исследова­ ния (см. рис. Ѵ.2) подтверждает эффективность верти­ кальных песчаных дрен. В рассматриваемом эксперимен­ те (песчаная подушка совместно с вертикальной песча­ ной дреной) поровое давление уменьшалось гораздо быстрее, чем в эксперименте, поставленном только для

265

песчаной подушки. Особенно это наглядно для приемных зондов, расположенных ближе к вертикальной песчаной дрене.

Характер экспериментальных кривых в большинстве случаев достаточно хорошо согласуется с графиками теоретических расчетов (см. рис. IV.6).

и, хгс/смг

Рис. V.2. Изменение порового давления во времени при устройстве вертикальной дрены диаметром 5 см и песчаной подушки на экспери­ ментальном стенде (на графике указаны номера приемных дат­ чиков)

Как и в предыдущих экспериментах, начальное поро­ вое давление, найденное в опыте, по величине значитель­ но отличается от теоретических значений (по теории фильтрационной консолидации).

Несмотря на тот факт, что вода перемещалась в пес­ чаную подушку и вертикальную песчаную дрену одно­ временно, поровое давление в датчиках № 6, 7 не умень­ шилось до нуля. Это можно объяснить тем, что при уплотнении глинистых грунтов величина начального градиента фильтрации возрастает и, следовательно, воз­ никают условия для появления остаточного порового давления.

Заслуживает внимания и тот факт, что во всех точ­ ках грунтового массива, где измерялось поровое дав­

266

5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ ВЕРТИКАЛЬНЫХ ДРЕН В ГРУНТАХ СО СТРУКТУРНОЙ ПРОЧНОСТЬЮ СЖАТИЯ

Эксперимент был поставлен для изучения влияния структурной прочности сжатия грунта на работу верти­ кальной песчаной дрены (без применения песчаной по­ душки) .

Исследование было проведено на экспериментальной лабораторной установке как продолжение эксперимен­ тального исследования работы вертикальной песчаной дрены. В места, откуда были отобраны образцы для ис­ следования физико-механических характеристик грунта, была дополнительно уложена глинистая паста такой же влажности. Отверстие в днище прибора было закрыто болтом 5 (см. рис. V.1), а прибор герметизирован. При­ емные зонды порового давления располагали по опреде­ ленной схеме.

Нагрузку к грунту прикладывали следующим обра­ зом: первоначально — 0,25 кгс/см2 (в течение трех су­ ток с периодическим измерением порового давления в грунтовом массиве и измерением деформаций); затем сразу через компенсатор •— 1,5 кгс/см2 и в течение 24 ч грунт обжимали в большом компрессионном приборе по закрытой системе.

После измерения порового давления во всех зондах вывинчивали болт 5 в днище прибора и периодически (через определенные промежутки времени) измеряли поровое давление во всех фиксированных точках грун­ тового массива. Одновременно по индикаторам перио­ дически определяли деформацию глинистой пасты и контролировали величину действующего внешнего дав­ ления.

дует отметить, что при этой нагрузке образец грунта не деформировался (индикаторы не зарегистрировали де­ формаций) .

После приложения нагрузки 1,5 кгс/см2 поровое дав­ ление во всех приемных зондах было меньше внешнего давления на величину, большую искусственной структур­ ной прочности сжатия (0,25—0,35 кгс/см2).

267