РАЗДЕЛ 2
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИЗУЧЕНИЕ ФОРМИРОВАНИЯ ОСЕДАНИЯ ГРУНТА ВОКРУГ МОДЕЛЕЙ ЖЕСТКИХ КВАДРАТНЫХ, КРУГЛЫХ И ЛЕНТОЧНЫХ ФУНДАМЕНТОВ
Цель эксперимента: выявить качественную и количественную картину формирования осадочной воронки от жесткого штампа различной формы на модельном материале, песчаном и суглинистом основании в условиях линейно- деформируемого слоя.
2.1. Приборы и оборудование
Экспериментальная установка состоит:
1. Лоток размером 2,0 ? 1,0 ? 1,0 м для выполнения экспериментальных исследований по изучению формирования воронки оседания, рис.2.1 и 2.2.
2. Загрузочная рама - для передачи нагрузка на штамп.
3. Опорный стержень, жестко соединенный с загрузочной рамой для регулирования (варьирования) нагрузки на штамп.
а)
б)
Рис. 2.1 Экспериментальная установка
а) - общий вид лотка; б) - схема экспериментальной установки.
Для проведения экспериментов была изготовлена специальная установка (рис.2.1.), состоящая из лотка 1, загрузочного устройства 2 и двух реперных плит 3 и 4. Основные несущие элементы сварного каркаса лотка выполнены из профиля (швеллер №5, уголок 50x50).
Нагрузка на штамп передавалась при помощи специальной загрузочной рамки. Верхняя и нижняя часть загрузочной рамки выполнены из металлического профиля квадратного сечения, между собой обе части жестко соединяются стержнями. Нагрузку на штамп передавали ступенями непосредственно через опорный стержень, который жестко крепился к верхней части рамки.
В связи с увеличением геометрических размеров, а следовательно и веса, для удобства установки рамки в рабочее положение были внесены некоторые конструктивные изменения. При помощи блока и противовеса рамка могла находиться в подвешенном состоянии, что позволяло осуществлять приложение начальной нагрузки, равной весу металлической круглой пластины с прорезью в форме блина, а не весу самой рамки. Загрузочная рамка состоит из непосредственно самой рамки прямоугольной формы, выполненной из металлического профиля. Применение "удерживающей" конструкции 3 (рис.2.2) позволяло жестко фиксировать загрузочный стержень и равномерно передавать нагрузку на верхнюю часть рамки. При этом удерживающая конструкция имела возможность центрироваться при помощи подкладочных пластин. Благодаря этому загрузочный стержень выставлялся перпендикулярно верхней перекладине и параллельно боковым частям рамки, что обеспечивало осевую передачу нагрузки.
В зависимости от толщины слоя грунта вставлялись стержни необходимой длины. Длина стержня выбиралась с таким расчетом, чтобы во время эксперимента просвет между верхней частью рамки и верхней частью лотка составлял 5-20 см.
Во время опытов наблюдение за осадкой штампа проводили при помощи четырех индикаторов, расположенных на реперной пластине 120 ? 250 мм, сделанной из дюралюминия толщиной 4,5 мм. В центре пластины имеется отверстие, обеспечивающее свободный проход загрузочного стержня.
Для обеспечения надежного крепления индикаторов пластина имела 4 отверстия с резьбой М12, в эти отверстия вкручивались трубки из нержавеющей стали высотой 20 мм, в которые вставлялись индикаторы и затем закреплялись стопорными винтами. Реперная пластина удерживалась двумя стальными стержнями диаметром 10 мм. Стержни крепились к свободно опирающимся на каркас лотка двум уголкам 40?40. При помощи резьбы, имеющейся на концах стержней, и гаек обеспечивалось надежное крепление реперной пластины на нужной высоте.
Наблюдения за воронкой оседания проводили такими же индикаторами, расположенными на реперной пластине. Реперная пластина для наблюдения за осадкой воронки оседания была выполнена из оргстекла толщиной 10мм. На пластине были просверлены посадочные отверстия с шагом 10 см для индикаторов. Реперная пластина опиралась на два стержня 5, установленных в распор между стенками лотка. Измерения осадок штампа и поверхности окружающего грунта производили индикаторами часового типа с ценой деления 0,01 мм.
Рис. 2 .2. Схема загружения экспериментальной установки для опытов на грунте (a) и для опытов на модельном материале (б)
1- рамка; 2- устройство для центрирования и фиксации стержня 3, 4 - блок; 5 - трос; 6- груз из круглых металлических плит с прорезью.
Наблюдения за вертикальными деформациями поверхности осуществляли индикаторами часового типа 6ПАО с ценой деления, равной 0,01 мм. В целях уменьшения силового воздействия штоков были удалены пружины, что позволило штокам индикаторов опускаться только под действием собственною веса. Для распределения точечного давления штоков на основание под них подкладывали шайбы с площадью контакта 400 мм2. Индикаторы устанавливали на дополнительную реперную плиту 550 ? 750 мм из оргстекла толщиной 30 мм, по всей площади которой просверлены отверстия по сетке с ячейками 100 ? 100мм. Сама плита свободно опиралась на две стальные балочки квадратного профиля сечением 15 ? 15 мм, каждая из которых удерживалась двумя стальными стержнями. Принцип их крепления тот же, что и в первой реперной системе.
Применение загрузочного "стержня" позволяло передавать нагрузку на штамп в интервале 0 - 400 Н.
При проведении испытаний на грунте для создания равномерного отвода дренированной воды на дно лотка укладывался дренаж (слой песка 3 см), поверх которого укладывали лист железа толщиной 10 мм с отверстиями для отвода воды. При необходимости возможно осуществление сброса воды через сливной штуцер.
Рис.2.3.Схема экспериментальной установки для опытов
на модельном материале
2.2. Проведение экспериментов на модельном материале
Испытания на модельном материале проводили в следующей последовательности. В горизонтально выставленный с помощью уровня лоток в зависимости от требуемой толщи основания укладывались листы эластичного пенополиуретана (2?1?0,1 м).
Для опытов использовали квадратные штампы, изготовленные из дюралюминия с размерами в плане 150 ? 150 мм, и круглый штамп O 169,2 мм, толщиной 4,5 мм, что по