Лабораторна робота № 7

Визначення стисливості ґрунтів.

Під дією зовнішніх сил всі гірські породи деформуються. У більшості випадків ці деформації полягають у стисканні.

Стисливістю ґрунтів називають їх здатність зменшуватися в об’ємі (давати осідання) під дією зовнішнього навантаження. Стисливість ґрунтів обумовлюється наступними основними фізичними чинниками:

• пружністю кристалічних ґраток мінеральних частинок;

• ущільненням ґрунту, тобто зменшенням його пористості за більш компактного влаштування частинок;

• зміною фізичного стану, що супроводжується зменшенням об’єму ґрунту (висихання ґрунту, старіння його колоїдів та ін.).

Основним процесом, що обумовлює стисливість ґрунтів, являється їх ущільнення. Піщані та глинясті породи характеризуються різноманітним ступенями стисливості.

Стиснення піщаних порід пов’язане із взаємним переміщенням окремих зерен відносно один одного, більш компактним укладанням їх, а за більших навантаженнях сколюванням нерівностей та подрібненням зерен. Воно звичайно невелике за розмірами, протікає швидко у часі та не залежить від вологості.

Глинясті породи на відміну від інших порід відрізняються здатністю до пластичних деформацій, навіть за невеликих навантаженнях. В сухому стані та за дуже малої вологості вони володіють майже такою ж механічною міцністю, як і скельні гірські породи. Вологі – пластичні глини деформуються за стискання без помітного руйнування.

Деформація порід залежить від їх структури, ступеня дисперсності (гранулометричного складу), мінерального складу, вологості, хімічних властивостей, концентрації порового розчину. Вона характеризується коефіцієнтом ущільнення (коефіцієнтом компресії) та модулем загальної деформації.

Вивчення стисливості гірських порід, встановлення зв’язків між тиском від зовнішнього навантаження та зміною об’єму пор має суттєве значення за розрахунків осідань фундаментів будівель та споруд. Підрахувати можливі осадки фундаментів можливо лише за наявності показників ступеня стисливості порід – коефіцієнта компресії та модуля загальної деформації. Ці характеристики визначають за даними випробувань ґрунтів у лабораторних та польових умовах. В першому випадку випробування проводяться у стабілометрах та одометрах, а в другому – в шурфах та бурових свердловинах. З них найбільше розповсюдження отримали випробовування в одометрах, так як вони являються найбільш простими та доступними. Ці випробовування отримали назву компресії, а прилади – компресійних. Саме ці прилади використовують для проведення даної роботи.

Необхідне обладнання та матеріали.

1. Одометр.

2. Важільна система з комплектом гир для утворення вертикального навантаження.

3. Стрілкові індикатори для вимірювання вертикальних деформацій – 2 одиниці.

4. Секундомір.

5. Ґрунт, що досліджується.

Підготовчі роботи.

Для підготовки досліду в робоче кільце 1 одометра (рис.7.1) відбирають зразок із моноліт. Кільце із зразком 8 поміщають до корпусу 2 одометру, дно якого має отвори для відводу води з ґрунту в процесі його стискання. Попередньо торці зразку покривають паперовими фільтрами.

Рис. 7.1. Конструктивна схема одометра.

Далі до корпусу одометра вгвинчується направляюче кільце 7 та встановлюється на поверхню зразку штамп 6, який також має отвори. Зібраний в такому стані одометр ставлять під траверсу важільної системи для передавання вертикального навантаження на зразок. Потім за допомогою спеціальних тримачів 5 поєднують штамп з індикаторами 4 трохи спираючи їх на ніжки столика 3. За для спрощення розрахунків стрілки великого та малого циферблату зводять до нульового положення. Для досліджуваного ґрунту визначають в той же час основні фізичні характеристики, за якими розраховують коефіцієнт пористості ґрунту .

Виконання роботи:

1. Перевірити показання індикаторів, стрілки яких повинні відповідати нульовому положенню.

2. Подіяти на зразок вертикальним навантаженням, що прикладається окремими зростаючими кроками, рівними 1,0; 2,0; 3,0 . Для цього на підвіску важільної системи плавно опустити відповідно 2, 4 та 6 одиниць три кілограмових гир. Відповідно до стандартної методики випробувань кожний крок навантаження витримують до умовної стабілізації деформацій стискання.

Через обмеження часу кожний крок ущільнюючого навантаження при виконанні роботи утримується лише 15 хвилин.

3. Після прикладання кожного кроку навантаження два наглядача одночасно повинні знімати показники індикаторів за чорними цифрами циферблата з точністю до 0,001 мм через 1, 2, 3, 4, 5, 10 та 15 хвилин, записуючи їх до таблиці 7.1.

Таблиця 7.1

Ущільнюючий тиск ,	Час від моменту прикладання кожного кроку навантаження, хв.	Показання індикатору, мм
		лівого	правого	Середнє значення
	0
	1
	2
	3
	5
	10
	15

Обробка результатів випробовувань.

1. За даними табл. 1 визначити стискання зразку ґрунту в кінці дії кожного кроку навантаження.

2. Визначити зміну (зменшення) коефіцієнту пористості для кожної величини тиску та коефіцієнт пористості, що відповідає кожному значенню тиску

де - висота зразка до прикладання навантаження, рівна висоті кільця, мм;- коефіцієнт пористості ґрунту природного складання (значення вказує керівник заняття). Значеннярозраховується з точністю 0,001 та результат записується до табл.7. 2.

Таблиця 7.2

Тиск,	Деформація зразка при даному тиску, мм	Зміна коефіцієнта пористості при тиску	Коефіцієнт пористості	Коефіцієнт компресії,	Модуль загальної деформації,
0,0
0,5
1,0
2,0
3,0

3. За значенням питомого тиску та відповідному значенню коефіцієнта пористостіпобудувати на міліметровому папері компресійну криву (мал. 7.2). Масштаби прийняти: по осі абсцис -=1- 4 см; по осі ординат -=0,1 - 1 см. За початок координат прийняти=0,2;=0.

4. За кривою визначити коефіцієнт компресії

,

що являє собою тангенс кута нахилу, прямої, що сполучає дві точки цієї кривої. Згідно існуючому положенню при визначенні коефіцієнта розглядають ділянку в межах змін тиску від природного на цій глибинідо, яке виникає на цій глибині від зовнішніх навантажень. При виконанні роботи значення коефіцієнтавизначати у інтервалі 0,5-3з точністю до 0,001.

5. Розрахувати величину модуля загальної деформації за формулою,,

де - коефіцієнт бокового тиску;- коефіцієнт, що залежить від бокового розширення ґрунту (табл.7. 3).

Таблиця 7.3

Вид ґрунту	Значення
1. Крупноблочні ґрунти	0,9
2. Піщані ґрунти будь-якої крупності	0,78
3. Супіски тверді та пластичні	0,74
4. Суглинки та глини тверді	0,69
5. Суглинки пластичні	0,62
6. Глини пластичні	0,47

Значення глинястих ґрунтів коливається в середньому від 80 до 300, а піщаних – від 160 до 400.

Питання для самоконтролю.

1. Від чого залежить ступень стисливості ґрунтів?

2. Характер деформації та фактори, що обумовлюють стискання піщаних та глинястих порід.

3. Методи визначення характеристик стисливості ґрунтів.

4. Викласти схему виконання компресійних випробувань та обробки результатів цих випробувань.

5. Побудова компресійної кривої за даними випробувань.

6. Визначення коефіцієнта компресії.