Файл: Трофименков Ю.Г. Полевые методы исследования строительных свойств грунтов.pdf

ни« S — f(p) «ли касательной в точках криволинейного ее участка.

Таким образом, ответ на весьма важный вопрос о том, явля­ ется ли модуль деформации для грунта данного состава и со­ стояния величиной постоянной, зависит от того, к какому участку графика его относить.

Для принятых в практике расчетов осадок сооружений по теории линейно-деформируемых тел, выполняемых в соответст­ вия со СНиП ІІ-Б.1-62*, в качестве характеристики деформиру­ емости грунтов используется модуль деформации в пределах прямой пропорциональной зависимости осадки от нагрузки.

В этом случае при одноразовом действии сжимающей на­ грузки (статическая нагрузка от веса сооружения), передавае­ мой на грунт данного состава и состояния, модуль деформации является величиной постоянной и определяется в соответствии с ГОСТ 12374—66.

Однако помимо определения численного значения модуля де­ формации, характеризующего сжимаемость грунта на участке прямой пропорциональной зависимости осадки от нагрузки, при исследовании грунтов статическими нагрузками можно устанав­ ливать зависимость S =f ( p ) и на ее криволинейном участке. При испытании грунтов штампами определяют:

осадку грунта под нагрузкой; упругую деформацию грунта;

характер протекания во времени осадки грунта под нагруз­ кой;

величину критической (разрушающей) нагрузки; дополнительную осадку (просадку) в просадочных грунтах

при их увлажнении под нагрузкой и др.

Испытание грунтов статическими нагрузками непосредствен­ но в месте их залегания (in situ) с целью определения деформа­ ции и возможной осадки сооружений, возводимых на этих грун­ тах, проводят в различных странах в течение многих десятиле­ тий.

Прототипом современных методов исследования прунтов ста­ тическими нагрузками является метод Лемана [1].

■Метод Лемана е момента его опубликования (1881 г.) совер­ шенствовался и в настоящее время имеет множество вариантов, каждый со своими достоинствами и недостатками. При этом вы­ бор того или иного метода исследования строительных свойств грунтов зависит от местных условии, характера испытываемых грунтов, проектируемого сооружения и т. п.

Многочисленные эксперименты, проведенные в СССР и за ру­ бежом, показывают большое влияние размера штампа на вели­ чину осадки. Впервые такие опыты были поставлены Прессом в 1930 г. [1]. Испытания проводили в полевых условиях квадрат­ ными штампами различного размера, которые устанавливали на однородных мелкозернистых сухих песках и на влажных песча-

20

s , m

нистых глинах. Результаты этих -опытов с песчаными грунтами показали, что при одинаковых удельных давлениях осадки тем больше, чем больше площадь штампа (рис. 2).

Из -опытов Пресса видно также, что такая зависимость уста­ навливается лишь с некоторого определенного для каждого грунта размера штампа. При меньшем размере штампа наблю­ дается обратная зависимость. Для испытанных Прессом песков размер штампа оказался равным 30X 30 см, а для глин значи­

тельно меньшим.

Аналогичный график, выражающий соотношение между сто­ роной квадратного штампа и осадкой при одном и том же удель­ ном давлении, приводят >К. Терна,ги и Р. Пек [19].

Опытами Фундаментироекта, проведенными в Тайшете в 1960 г. на пылеватых влажных суглинках, минимальная осадка была зарегистрирована у штампа площадью 1200 см2. Осадки штампов, имеющих меньшую и большую площадь, возрастали

(рис. 3).

По-видимому, при площадях штампов меньше некоторой ве­ личины осадка происходит главным образом за счет смещения грунта в стороны и выпора его из-под штампа, а не за счет вер­ тикального обжатия .грунта.

21

По этому вопросу уместно отметить следующее. Известно, что при достаточно жестком штампе сжимающие напряжения по плоскости контакта его с грунтом не равны средней интенсивно­ сти нагрузки. При этом к краям жесткого штампа давление на грунт увеличивается, достигая по периметру весьма больших значений. Естественно, что вследствие этого по периметру штам­ па возникают остаточные пластические деформации, определяе­ мые прочностными характеристиками грунта и не характеризую­ щие-его уплотняемость (сжимаемость).

Таким образом, в исследованиях но определению сжимаемо­ сти грунтов некоторую роль играет этот фактор, не учитываемый при определении модуля деформации. Влияние его тем больше (при прочих равных условиях), чем меньше площадь штампа.

Из сказанного следует, что наиболее достоверные результаты могут быть получены при испытаниях опытных фундаментов, площади которых равны или близки площадям проектируемых фундаментов. Такие испытания вследствие громоздкости, высо­ кой стоимости и длительности их проведения могут осуществ­ ляться только в исключительных случаях. Поэтому при массо­ вых исследованиях грунтов применяются штампы значительно меньших размеров по сравнению с размерами будущих фунда­ ментов.

Воцрос об оптимальных размерах штампов, несмотря на большое число проведенных теоретических и экспериментальных исследований, до сих пор остается не вполне ясным. В некоторых зарубежных странах, основываясь на исследованиях и опытах, подобных опытам Пресса, стали применять штампы малых раз­ меров. Так, в США для испытания песков применяют квадрат­ ные штампы площадью 900 см2, а для испытания глин — пло­ щадью 3600 см2 [19].

В руководстве по выбору решений, связанных с устройством фундаментов, опубликованном Норвежским геотехническим ин­ ститутом, Н. Янбу, Л. Бьеррум и Б. Къернсли, касаясь вопроса об осадках фундаментов, приводят в качестве примера испыта­ ние однородного песка штампом площадью 1000 см2, весьма близким по площади к штампу, принятому в США. В этой же работе для определения величины осадки фундамента, заложен­ ного на песке, по данным испытания штампом, в виде графика приводится соотношение между осадками фундамента S шири­ ной b и штампа Si шириной Ь\ (рис. 4).

В СССР для .испытаний грунтов статической нагрузкой используют штампы значительно больших размеров, чем за ру­ бежом.

Стандартными для испытаний в шурфах, котлованах, шахтах, штольнях и рассечках считаются круглые в плане штампы пло­ щадью 2500 и 5000 см2; для испытаний в скважинах — круглый в плане штамп площадью 600 см2.

22

1 2 5 10 20 SO WO Ь/Ь,

Однако где бы ни производили испытания грунта статической нагрузкой, сущность их остается неизменной. Изменяются толь­ ко техника испытания и применяемое оборудование.

Испытания грунтов статическими нагрузками можно разде­ лить на два основных типа: испытания в шурфах и испытания в буровых скважинах.

Испытания в шурфах нередко называют «поверхностными», а испытания в скважинах — «глубинными». Эти термины нельзя признать оправданными, поскольку глубина, на которой произво­ дится испытание, не является определяющим признаком.

Особые случаи статических испытаний грунта .в подземных горных выработках по технике выполнения мало чем отлича­ ются от испытаний в шурфах.

-2. ИСПЫТАНИЯ ГРУНТА В ШУРФАХ

Оборудование

Основным оборудованием для испытаний грунта статической нагрузкой являются: штамп, установка для его нагружения и из­ мерительная аппаратура. Исключение составляют исследования путем нагружения грунта укладкой элементов сборных железо­ бетонных конструкций, которые не требуют специальных штам­ пов и установок.

Штампы. Для испытаний грунта в шурфах должны приме­ няться штампы, имеющие в плане круглую форму. Следует от­ метать, что в некоторых случаях еще находят применение штам­ пы, имеющие в плане квадратную форму, широко использовав­ шиеся ранее. Штамп, служащий для передачи на грунт нагрузки, должен обладать необходимой жесткостью, а его нижняя поверх­ ность, соприкасающаяся с грунтом, должна быть плоской.

23