Способ определения удельного сцепления мерзлых грунтов, обладающих реологическими свойствами

 

Использование: в строительстве на вечномерзлых грунтах при инженерно-геологических изысканиях при проектировании фундаментов и сооружений. Сущность: удельное сцепление мерзлых грунтов определяют расчетом по результатам испытаний на одноосное сжатие в режиме ползучести на сериях образцов, с построением графиков ползучести, перестройкой их в графики податливость-время и определением расчетного уровня напряжений по графикам податливость-время. Способ позволяет повысить точность определения удельного сцепления и, как следствие, повысить надежность фундаментов, безопасность эксплуатации сооружения за счет снижения допустимых нагрузок на фундаменты. 2 ил., 2 табл.

Способ относится к строительству, а именно к строительству на вечномерзлых грунтах, и может быть использован при инженерно-геологических изысканиях при проектировании фундаментов зданий.

Известен способ определения удельного сцепления методом шариковой пробы [1] заключающийся в приложении к грунту постоянной нагрузки через шариковый штамп и замере величины погружения штампа в грунт.

Значение удельного сцепления (С) по результатам испытаний шариковых штампов определяется по формуле C 0,18 (1) где Р постоянная нагрузка, Н, D диаметр штампа, см, S осадка штампа, см.

Значение нормативного удельного сцепления С определяют как 1/2 от значения С, полученного на 30 минуте испытания.

Главным недостатком способа является его относительно невысокая точность, особенно для грунтов, обладающих ярко выраженными реологическими свойствами, в силу того, что в основу метода положено решение задачи теории пластичности. Кроме того, при проведении испытаний необходимо учитывать требование, чтобы отношение осадки штампа к его диаметру S/D были в пределах от 1/200 до 1/10, что в свою очередь усложняет программу испытаний, создавая искусственное ограничение.

Наиболее близким решением к заявляемому способу является способ определения удельного сцепления С по результатам испытаний мерзлых грунтов на одноосное сжатие.

При испытании на одноосное сжатие образцов грунта (цилиндров с высокой в 1,5-2 раза большей его диаметра) увеличивают сжимающую нагрузку до тех пор, пока не произойдет хрупкого разрушения образца или не возникнут прогрессивно возрастающие его деформации. Величину разрушающей нагрузки (Р) относят к площади поперечного сечения образца, принимая распределение давлений равномерным (σ= P/F, где Р нагрузка, F площадь поперечного сечения образца). При этом значение удельного сцепления С принимается равным.

С 0,5 σ_I, (2) где σ_I значение сопротивления грунта одноосному сжатию [2] Недостатком указанного способа является недостаточная точность, обусловленность разным влиянием на результаты экспериментов особенностей строения мерзлых грунтов (льдистости, текстуры, температуры, влажности и др.) и скорости нагружения. Кроме того, особенности деформационных свойств грунтов (например, реологические свойства) не получают отражения при проведении испытаний, так как деформации ползучести не успевают проявиться, что приводит к завышению значений разрушающего давления.

Технической задачей изобретения является повышение точности определения удельного сцепления и, как следствие, повышение надежности фундаментов, безопасности эксплуатации сооружения за счет снижения допустимых нагрузок на фундаменты.

Задача решается тем, что в способе определения удельного сцепления мерзлых грунтов, обладающих реологическими свойствами, включающем отбор и подготовку образцов грунта, испытание образцов на одноосное сжатие, определение удельного сцепления в зависимости от значения сопротивления грунта одноосному сжатию σ, испытание образцов на одноосное сжатие, согласно изобретению, ведут в режиме ползучести на сериях образцов при различных постоянных нагрузках, по полученному пучку кривых определяют максимальное значение напряжений пучка кривых податливость время, при котором они укладываются в узкий пучок с погрешностью экспериментального разброса (σ_пучка^max) и удельное сцепление определяют по формуле С 0,5 σ_пучка^max.

На фиг.1 представлены графики ползучести ( ε-t деформация-время) на разных ступенях нагружения; на фиг.2 графики податливость-время, полученные по экспериментальным данным, приведенным ниже.

Способ осуществляют следующим образом (на примере конкретных экспериментов).

Для испытания были отобраны образцы мерзлых грунтов, выбранные с глубин 5-15 м на территории строительной площадки 9-ти этажного дома по ул. Хантайской в г. Норильске. Мерзлые грунты были представлены супесью, физические характеристики которой представлены в табл. 1.

Для исключения изменения влажности образцов в течение испытательного периода, включающего время экспериментов, образцы в соответствии с ГОСТ 12071-84 покрывались парафиновой пленкой. Хранились образцы в морозильной камере при температуре, соответствующей температуре в эксперименте. Температура в эксперименте была принята равной расчетной температуре грунтов 1^оС.

Испытания велись в режиме ползучести на сериях образцов при различных постоянных нагрузках. При этом образец после нагружения в дальнейшем больше не испытывался. Каждое нагружение выполнялось на трех образцах. Размеры образцов: высота h 100 мм, диаметр d 50 мм. Образец и прибор выдерживались в морозильной камере в течение 24 ч при заданной температуре испытаний для ликвидации температурного градиента по объему образца.

В табл. 2 представлены экспериментальные данные, полученные при ступени нагружения σ= 0,2 МПа. Аналогичные результаты были получены при ступенях нагружения 0,1; 0,15; 0,2; 0,25 и 0,35 МПа. По экспериментальным данным были построены осредненные графики ползучести (ε-t) на разных ступенях нагружения, представленные на фиг.1. Полученные графики были перестроены в графики податливость (П) время (t).

На фиг. 2 представлены графики зависимости П(t) f(t), полученные по результатам испытаний на одноосное сжатие при различных значениях σ. Как видно из фиг.2, графики, полученные при σ от 0,1 до 0,25 МПа, лежат в узком пучке.

В результате было определено значение σ_пучка^max равное 0,25 МПа, а значение С 0,5 σ_пучка^max 0,125 МПа.

С целью контроля были проведены испытания образцов грунта на одноосное сжатие в соответствии с методикой по известному способу [2] Условия экспериментов.

Образец диаметр 50 мм, высота 100 мм, пределы нагрузок 0-5000, Н. Испытывалось 8 образцов. Полученные результаты представлены в табл. 3.

Среднее значение разрушающих напряжений 0,35 МПа, разброс значений от среднего не более 8,5% В этом случае значение удельного сцепления С, вычисленного по формуле (2), равно 0,175 МПа.

Расхождение составило по сравнению с предлагаемым способом 0,055 МПа или 31% При этом получено завышенное значение удельного сцепления С, что может привести к проектированию более высоких нагрузок на фундамент.

Таким образом, более точное определение значения удельного сцепления С, используемое при вычислении расчетного сопротивления грунтов под подошвой фундаментов, позволяет повысить безопасность эксплуатации сооружения, снизить эксплуатационные и ремонтные расходы, связанные с усилением фундаментов.

Формула изобретения

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УДЕЛЬНОГО СЦЕПЛЕНИЯ МЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ, ОБЛАДАЮЩИХ РЕОЛОГИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИ, включающий отбор и подготовку образцов грунта, испытание образцов на одноосное сжатие и определение удельного сцепления в зависимости от значения сопротивления грунта одноосному сжатию по формуле, отличающийся тем, что испытания образцов на одноосное сжатие ведут в режиме ползучести на сериях образцов при различных постоянных нагрузках, по полученным результатам строят осредненные графики ползучести на каждой ступени нагружения с перестройкой их в графики и податливость (П) время (t), по полученному пучку кривых определяют максимальное значение напряжений пучка кривых податливость время при котором они укладываются в узкий пучок с погрешностью экспериментального разброса, а удельное сцепление определяют по формуле C=0,5σ_{max пуч.}, где C удельное сцепление мерзлого грунта, МПа;
σ_{max пуч.}- максимальное напряжение пучка кривых податливость время, при котором они укладываются в узкий пучок кривых с погрешностью экспериментального разброса, МПа.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4