Раздел 2
Экспериментальные исследования кренов на моделях фундаментов с однослойным и
многослойным основанием
2.1. Методика изготовления глинистой пасты. Определение физико-механических
характеристик грунтов
Для изготовления глинистой пасты, применяемой для первого лоткового
эксперимента, использовался воздушно-сухой грунт (суглинок), который перед
испытаниями находился в помещении в течение одного года. Применение
воздушно-сухого грунта в качестве основания объясняется тем, что при его
замачивании водой получаемая глинистая паста представляет собой более
однородную массу.
Эксперименты проводились на: двухслойном основании (первый слой – суглинок,
второй слой – песок); однородном основании (однородный слой – суглинок);
трехслойном основании (первый слой – суглинок, второй слой – песок, третий слой
– суглинок), модельном материале (пенополиуретан).
Первый слой, растирался до однородного образования на металлическом листе при
помощи трамбовки массой 15 кг. Грунт замачивался водой и пропускался через ряд
сит с диаметром ячеек от 1,0 мм до 0,3 мм. Второй слой - песок, просеивался
через ряд сит с диаметром ячеек от 0,3 до 0,5мм, затем замачивался водой и
укладывался в лоток. Третий слой - супесь. Технология приготовления -
аналогична первому слою.
Грунт укладывался в лоток слоями толщиной около 3,0 см и уплотнялся трамбовкой.
Когда толщина общего слоя в лотке достигала 20 см, лоток дополнительно
заполнялся водой так, чтобы ее поверхность была выше поверхность грунта. В
таком состоянии грунт находился 7 суток. При этом, каждый день в лоток
добавлялась вода с целью поддержания ее уровня, который падал из-за и ее
испарения.
После того, как уменьшение уровня воды за сутки не превышало 5,0 мм, в середине
лотка осуществлялась подсыпка мелкого песка толщиной слоя 5,0 мм. Она
предназначалась для выравнивания поверхности грунта в месте опирания на него
штампа. Песчаная подсыпка не оказывала существенного влияния на свойства
глинистой пасты, однако позволяла установить штамп строго горизонтально и
обеспечить примыкание его к поверхности грунта по всей площади.
Механические свойства грунта определялись в лабораторных условиях. Для
проведения компрессионных испытаний его образцы отбирались из лотка. Расстояние
от центра лотка до центра рабочего кольца, погружаемого в грунт в месте отбора
образцов показано на рис. 2.1.
800
Рис. 2.1. Расположение мест отбора образцов грунта для испытания их в
компрессионном приборе.
1 – штамп 100 ґ 100 мм;
2 - рабочее кольцо компрессионного прибора Ж 87,6 мм.
Для обеспечения минимального нарушения естественной структуры испытываемых
образцов рабочее кольцо компрессионного прибора погружалось в грунт, а затем
острым ножом вырезался образец грунта, включающий в себя рабочее кольцо. После
чего лишний грунт постепенно убирался, и рабочее кольцо, таким образом,
оказывалось наполненным грунтом.
Для проверки точности определения значений сжимаемости грунта использовались
два одинаковых компрессионных прибора, к которым прикладывались одинаковые
нагрузки. Рабочее кольцо одного из приборов было полностью заполнено грунтом, а
другое – наполовину. Для перехода от значений модуля деформации, полученных в
лабораторных условиях, к расчетным значениям модуля деформации использовались
рекомендации ГОСТ.
Результаты определения свойств грунта по методике ГОСТ представлены в таблице
2.1.
Для определения реологических характеристик грунта и модельного материала нами
была использована методика [110,112] при реализации основной идеи работы [62].
С этой целью были осуществлены опыты на ползучесть грунта, в которых при
неизменной внешней нагрузке регистрировались вертикальные перемещения образцов.
Результаты определения реологических свойств грунта представлены в таблице 2.2,
а модельного материала – в таблице 2.3.
Таблица 2.2.
Реологические свойства грунта
Номер слоя
Параметры ядра ползучести вида
СК,
см2
сут
н,
д. ед
Е,
кПа
, 1/сут
, 1/сут
,
1/сут
, 1/сут
0,56
2,08
5,80
4,00
58
0,35
560
0,30
420
Примечания:
В таблице 2.2. приняты такие обозначения:
– составное ядро ползучести грунтового скелета; и – параметры части ядра
ползучести, описывающей обратимые во времени деформации; и – параметры части
ядра ползучести, описывающие накопление деформаций;
Таблица 2.1.
Физические и механические свойства грунтовых слоев, установленные с
использованием методик ГОСТа
№ грунтового слоя
Наименова
ние грунта
Удельный вес
частиц
гS,
кН/м3
Удель
ный вес
г,
кН/м3
Весовая влажность
W, %
Пределы пластичности
IP,
д. ед
IL,
д. ед
Коэфф. прочности , д. ед
Степень влажности
Sr, д. ед
Прочностные св-ва
Деформационные
свойства
WP,
W,
ц,
град
с,
кПа
Коэфф. Пуассо-на
н, д. ед
Модуль общей деформ.
Е, кПа
Суглинок палево-желтый
27,0
19,1
27,0
33
20
13
0,55
0,80
0,92
18
18
0,35
201
Песок мелкий
26,5
19,4
22,0
0,67
0,87
30
0,3
420
СК – коэффициент консолидации при компрессии; н – коэффициент Пуассона; Е –
модуль упругости грунта.
В первой строке табл.2.2 представлены реологические свойства суглинка.
Таблица 2.3.
Деформационные и реологические свойства модельного материала.
№ п/п
Параметры ядра ползучести вида
н,
д. ед
Е.о. д.,
МПа
Е у,
кПа
д, 1/сут
д1, 1/сут
5
0,0399
0,00333
0,3
96
122
Примечание.
В таблице 2.3. приняты такие обозначения:
Е.о. д. - модуль общей деформации материала;
Е у – модуль упругости материала.