ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 29.06.2024
Просмотров: 99
Скачиваний: 1
Б. Л. ГОХФЕЛЬД, Г. В. ЖОРНИК
ПОЛЕВЫЕ МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ ГРУНТОВ
ИЗДАТЕЛЬСТВО «БУДІВЕЛЬНИК»
К И Е В - 1 9 7 3
Гос.публична»
6С1
Г74
УДК 624.131
Б. Л. Гохфельд, Г. В. Жорник. Полевые методы испытаний грунтов.
В книге даны практические рекомендации по ме тодике и технологии проведения испытаний грун тов штампами и зондированием при инженерных изысканиях. Главное внимание уделено обобще нию передового опыта применения описываемых методов. Освещаются рациональные приемы про изводства работ и обработка полученных дан ных, приведены сведения об оборудовании и приспособлениях.
Прилагаются таблицы, графики и примеры обра ботки материалов испытаний.
Рассчитана на инженерно-технических работни ков производственных организаций, занимающих ся инженерно-геологическими исследованиями.
© ' . Б У Д І В Е Л Ь Н И К - 197У
г |
0326—065 |
470—73 |
|
М203(04)—73 |
|||
|
В В Е Д Е Н И Е
Постоянно возрастающие требования к качеству и надежно сти инженерно-геологических данных повлекли за собой необ ходимость более тщательного и всестороннего исследования грунтов оснований в их естественном залегании. Тенденция к сокращению сроков проектно-изыскательских работ и удешев лению их поставила на повестку дня вопрос о широком внедре нии в практику полевых инженерно-геологических исследований новых методов, позволяющих при сокращении продолжительно сти и стоимости исследований получить достоверную информа цию в объемах, превышающих возможности традиционных ме тодов.
Переход строительного проектирования на расчеты оснований по второму предельному состоянию выдвинул в число важней ших характеристику деформационных свойств грунтов — мо дуль общей деформации. Широко известный метод компресси онных испытаний грунтов в настоящее время уже не отвечает возросшим требованиям к точности получаемых характеристик. В этом отношении предпочтение отдается методу исследования сжимаемости грунтов штампами в полевых условиях, так как последние лучше моделируют работу основания и фундамента, проводятся на значительно, больших по сравнению с образцами массивах и практически исключают нарушения структуры грун та, сопутствующие компрессионным испытаниям.
Индустриализация строительных работ, повышение ответ ственности сооружений выдвинули в число наиболее распро страненных свайные фундаменты. Достоверные исходные дан ные для расчета свай вообще не могут быть получены лабора торным путем. Для этой цели наиболее приемлемы методы динамического и статического зондирований, которые, кроме указанного, позволяют расчленить геологический разрез и оце нить его однородность.
Необходимость широкого применения полевых методов иссле дований грунтов в полевых условиях очевидна, однако отсут ствие литературы, обобщающей накопленный опыт, в значитель ной мере тормозит процесс внедрения полевых методов.
В книге обобщен многолетний опыт производства полевых и ка
меральных работ и изложены |
наиболее рациональ'ные приемы |
их ведения. Рассматриваются |
три полевых метода: штампы, ди- |
намическое и статическое зондирования. Эти методы в ком плексе с буровыми, горнопроходческими, геофизическими и ла бораторными работами позволяют проводить инженерно-геоло
гические исследования на уровне |
современных требований и |
|
дают возможность всесторонней оценки грунтов основания. |
||
Введение |
и глава I написаны |
Гохфельдом Б. Л., глава I I — |
Жорником |
Г. В. |
|
Авторы выносят большую благодарность Я. В. Юрику за со ставление таблиц.
Глава I
ИСПЫТАНИЯ СЖИМАЕМОСТИ ГРУНТОВ ШТАМПАМИ
§ 1. ДЕФОРМАТИВНЫЕ СВОЙСТВА ГРУНТОВ
Характерной особенностью песчано-глинистых и особенно глинистых грунтов основания является их способность сжимать
ся |
под |
воздействием |
внешней |
нагрузки. Эти |
грунты обладают |
в |
сотни |
и тысячи раз |
большей |
сжимаемостью |
по сравнению с |
камнем, бетоном, железобетоном и другими строительными ма териалами.
Изучение деформативных свойств грунтов под воздействием внешней нагрузки является важнейшим разделом механики грун тов. На нем основан современный прогрессивный метод проекти рования оснований по предельным состояниям.
Деформации грунтов основания, выражающиеся в их сжатии (уплотнении) и сдвиге, происходят за счет перемещения и пе регруппировки твердых частиц.
Уплотнение грунтов приводит к их упрочнению и улучшению строительных свойств. При деформации сдвига происходит на рушение сплошности грунта, возникает местная, а иногда и об щая потеря прочности (устойчивости) основания.
Вертикальные деформации оснований могут проявиться за счет осадки и просадки грунтов. При осадке грунты уплотня
ются без коренного нарушения |
сложения. Просадки |
случаются |
|
в результате перемещения частиц с коренным изменением |
струк |
||
туры грунта. При этом часто наблюдается выдавливание |
грунта |
||
из-под фундамента. |
|
|
|
Просадка—это деформация |
лессовидных грунтов |
при |
зама |
чивании, мерзлых грунтов при оттаивании, рыхлых песков при встряхивании.
Процесс деформации основания в общем виде происходит в
следующей |
последовательности. |
|
|
|
В начале нагрузки на основание |
происходит |
сжатие грунтов |
||
в условиях |
ограниченного "бокового |
расширения, |
вызванное |
не |
большими |
перемещениями частиц |
вниз, с незначительным |
от |
клонением от вертикали.
При увеличении давления у краев фундамента возникают на пряжения, превышающие сопротивление грунтов сдвигу, вслед ствие чего в основании появляются области местного сдвига грунта.
При последующем увеличении давления области сдвига по степенно захватывают все больше участков. Под фундаментом
б
образуется уплотненное грунтовое ядро. Оно перемещается вме сте с фундаментом, отделяясь от окружающего грунта поверх ностью скольжения или разрыва. При опускании ядро раскли нивает окружающий грунт, в результате появляются новые области сдвига и грунт начинает перемещаться в стороны и вверх, в направлении наименьшего сопротивления. При этом появляются поверхности скольжения, выходящие за пределы
подошвы фундамента, происходит выпирание грунта из-под фун дамента, создаются условия для резкого опускания, смещения
иповорота фундамента.
В1930 г. Н. М. Герсеванов установил общую закономерность изменения состояния грунта в процессе деформации. При этом он предложил рассматривать три фазы деформации грунтов под
фундаментом при |
нагрузке возрастающими ступенями (рис. 1) |
|||||
по фазам: уплотнения |
О—а; местных |
сдвигов |
а—Ъ; |
выпирания |
||
b—с. |
|
|
|
|
|
|
В первой |
фазе |
(уплотнение) при |
нагрузке |
на фундамент в |
||
основании |
возникают |
деформации |
затухающего |
характера, |
||
грунт уплотняется |
только за счет уменьшения |
его |
пористости. |
Зависимость между нагрузкой и осадкой фундамента близка к прямолинейной.
В фазе местных сдвигов скорость деформаций приобретает постоянный характер, а осадки основания становятся неравно мерными, большими чем осадки в фазе уплотнения. Причинами этих осадок являются как уплотнение, так и сдвиг частиц грун та по некоторым плоскостям сдвига. По краям подошвы фунда мента образуются зоны местных нарушений прочности основа ния. При дальнейшем росте нагрузки в конце фазы появляются криволинейные поверхности скольжения, выходящие за гфеде-
лы подошвы фундамента. Зависимость между осадкой фунда мента и нагрузкой во второй фазе заметно отклоняется от пря молинейной.
В ходе деформации основания в фазе выпирания (третья фа за), при увеличении нагрузки до некоторого критического поло жения, зоны нарушения прочности основания образуют поверх ность скольжения, охватывающую всю подошву фундамента. Несущая способность основания полностью исчерпывается.
Исследования, проведенные в последние десятилетия, показа ли, что первая и вторая фазы (уплотнения и местных сдвигов) по Герсеванову во многих случаях накладываются одна на дру гую. С одной стороны, в начале загружения основания, еще при небольших нагрузках, наряду с уплотнением грунтов появляют ся локальные сдвиги, не нарушающие прочности и устойчивости основания. С другой стороны, с увеличением давления фаза местных сдвигов незаметно переходит в фазу выпирания.
В связи с вышеизложенным стали рассматривать не три, а две
фазы напряженного |
состояния, возникающие |
под фундамента |
|
ми при постепенном нарастании нагрузки на основание |
(рис.2): |
||
фазу уплотнения и локальных сдвигов (О—А) |
и фазу |
развития |
|
значительных сдвигов |
(А—В). |
|
|
При этом надежность оснований определяется двумя харак терными давлениями, соответствующими границам двух рас сматриваемых фаз напряженного состояния: начальным крити ческим Рнач.кр и предельным давлениям Р к р .
В пределах первой фазы О—А для практических целей при нята линейная зависимость между осадкой основания и давле нием. Давление Рнач.кр (точка А на границе двух фаз) рассмат ривается как предел возможного использования закономерно стей линейно деформируемого полупространства, т. е. как пре дел пропорциональности Р п р . Повышение этого давления может вызвать местную потерю устойчивости грунтов основания. По этой причине среднее давление на основании не должно превы шать Рнач.кр •
Строительными нормами и правилами (СНиП П-Б. 1—62) принимается, что глубина зон основания~2>чГде в результате при ложения центральной нагрузки могут появиться местные нару
шения прочности основания, не должна |
превышать |
lU ширины |
|||
фундамента |
Ь. |
|
|
|
|
При z=xUb |
получена |
формула СНиП |
Н-Б. 1—62 для опреде |
||
ления так называемого |
нормативного |
давления |
на |
основание |
|
Я", Соответствующего Пределу ПрОПОрЦИОНаЛЬНОСТИ |
Рпр |
=Рнач.кр, |
т. е. пределу применения линейной зависимости между дефор мациями и напряжениями.
Предельное давление (точка В на рис. 2) соответствует окон чанию второй фазы, т. е. полному использованию несущей спо собности основания. Незначительное превышение его может вызвать полную потерю устойчивости основания и сооружения.
Полевые испытания грунтов штампами позволяют не только установить более точные характеристики сжимаемости грунтов, но и выделить все фазы деформаций и определить те граничные значения давлений, при которых сохраняется линейная зависи
мость между осадкой и нагрузкой. В этом и заключается |
одно |
из очень важных преимуществ полевого метода испытаний |
грун |
тов штампами перед компрессионными испытаниями, так как при проектировании мало знать модуль общей деформации грунтов, необходим еще и интервал давлений, для которого справедливы принятые значения модуля общей деформации.
§ 2. МЕТОД ПОЛЕВЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ГРУНТОВ ШТАМПАМИ
Основная задача и возможности метода
Штампы моделируют совместную работу фундаментов и ос нований. Применяя их, мы получаем возможность изучить зави симости между нагрузками Р и осадками 5 как по конечным значениям (рис. 3, а), так и во времени (рис. 3, б), а следова тельно, и установить предел Рпр , при котором линейная зави симость нарушается и грунт из фазы уплотнения переходит в фазу сдвигов. Это очень важное преимущество метода, так как все строительные расчеты в настоящее время ориентируются на работу грунтового основания главным образом в первой фазе деформаций.
Модули общей деформации Еоп |
определяются |
по |
известным |
|||
формулам |
Буссинеска, |
Шлейхера |
и других, |
в которые вводятся |
||
|
Q5 1,0 1,5 Ркг/смг |
0 1 2 3 |
4 5 |
6 7 |
25 tv |
|
1,0 |
I |
I |
|
|
|
|
I |
\> |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
3.0 |
p |
|
|
5.0 |
'up |
|
|
7,0 |
|
S,MM
Рис. 3. Графическое изображение результатов опыта:
а — зависимость S=f ( Р ) ; 6 — зависимость S - ! (t) при P=const .
полученные в процессе опыта значения предельных нагрузок Р„р и соответствующих им осадок 5 п р .
Отсюда основной |
задачей |
метода |
является изучение |
сжимае |
мости грунтов в их |
естественном залегании и, как конечный ре |
|||
зультат, определение модуля |
общей |
деформации £ о п с |
одновре- |