Реферат: Испытания штампами. Штамповые испытания

Положение пунктов проведения испытаний зависит от глубины заложения фундаментов проектируемого сооружения, ориентировки и конфигурации фундамента, распределения нагрузок, степени однородности разреза пород, залегающих в основании сооружения. В плане точки опытов желательно располагать непосредственно на оси фундамента либо на расстоянии не далее 3 м от ранее пройденных разведочных выработок. При сложном геологическом строении выработка проходится непосредственно вблизи пункта испытания, при этом ее глубина должна на 2 м превышать глубину установки штампа. Обычно выбор оборудования определяется положением уровня грунтовых вод. Если отметка проведения испытания находится выше уровня грунтовых вод, испытания проводятся в шурфах, если ниже, то для опытов целесообразно использовать скважины. Желательно, чтобы до проходки шурфа хотя бы в трех его углах было проведено статическое или динамическое зондирование с целью установления однородности механических свойств грунтов в выбранном пункте.

Испытаниям подвергают все основные несущие слои грунтов. Если зона уплотнения сферы взаимодействия представлена одним достаточно однородным слоем, грунта, то испытания проводят на одной глубине, соответствующей отметке заложения основных фундаментов. При неоднородном основании, сложенном несколькими слоями, состоящими из грунтов с различными свойствами, испытывают все встреченные слои. Расстояние между точками опробования по вертикали в одной выработке должно быть вдвое больше диаметра штампа, но не менее 0,6 м.

Минимальное число частных испытаний для определения значения модуля деформации, в соответствии со СНиП 2.02.01-83, должно составлять 3. Однако допускается ограничиться двумя испытаниями, если значения модуля деформации, полученные в них, не отличаются более чем на 25%. При наличии в разрезе пород слоев мощностью меньше ,6 м или чередовании тонких слоев получают только осредненные значения модуля деформации для комплекса слоев.

В соответствии с ГОСТ 12374-77, минимальные размеры горных и буровых выработок ограничены следующими значениями: шурфы - 1,5х1,5 м; дудки - диаметр 0,9 м; скважины - диаметр 325 мм.

Бурение скважин следует вести вертикально с обсадкой трубами до отметки испытаний. При бурении скважин для испытания грунтов ниже уровня грунтовых вод не допускается понижение уровня вод в скважине.

Перед установкой штампа следует тщательно зачистить забой выработки, применяя специальное оборудование. Обычно с помощью зачисток выбирают защитный слой мощностью, 0,1 - 0,2 м до отметки испытания. Если после такой операции дно выработки остается неровным, его планируют устройством подушки из мелкого или средней крупности маловлажного песка толщиной 1-2 см для глинистых и не более 5 см для крупнообломочных грунтов. Для достижения плотного контакта штампа с испытываемым грунтом необходимо произвести не менее двух поворотов вокруг его вертикальной оси, меняя направления поворота. После установки штампа следует проверить горизонтальность его положения.

Вслед зa установкой штампа монтируются нагружающие, воспринимающие реактивные усилия и реперные устройства, закрепляется измерительная аппаратура.

Нагрузка на штамп передается ступенями давлений в зависимости от показателей физических свойств пород (табл. 10). Удельное давление штампе на грунт ( Р ) определяют по формуле

где PМ – давление на манометре, МПа (кгс/см2); FП - площадь поршня домкрата, см2 ; FШТ - площадь штампа, см2.

Общее число ступеней давлений Р после давления, соответствующего природному давлению на грунт Pб на отметке испытания, дол;но быть не менее 4. В первую ступень давления следует включать вес деталей установки, влияющих на нагрузку штампа.

Каждую ступень давления необходимо выдерживать до условной стабилизация осадки, которая для глинистых пород считается достигнутой, если приращение осадки не превысит 0,1 мм за время, указанное в табл.3. Время выдержки каждой послёдующей ступени должно быть не менее времени выдержки предыдущей ступени.

Таблица 3. Параметры режима нагружения глинистых грунтов штампами (по ГОСТ 12374-77)

Показатели текучести глинистых грунтов	Ступень давления P, МПа при коэффициентах пористости				Время условной стабилизации, ч
	e≤0,5	0,5<e≤0,8	0,8<e≤1,1	e>1,1*
IL≤0,25	0,1	0,1	0,05	0,05	1
0,25< IL ≤0,75	0,1	0,05	0,05	0,025	2
0,75< IL ≤1	0,05	0,025	0,025	0,01	2
IL >1	0,05	0,025	0,01	0,01	3

Осадку следует определять как среднее арифметическое показаний двух прогибомеров, фиксирующих осадку противоположных сторон штампа. Измерение осадок необходимо производить с точностью 0,1 мм. Отсчеты по прогибомерам на каждой ступени давления необходимо производить при испытаниях глинистых грунтов через каждые 15 мин. в течение первого часа, 30 мин - в течение второго часа и далее через 1 ч до условной стабилизации осадки.

Данные и результаты испытаний грунтов статическими нагрузками заносятся в журнал, который является основным документом производства испытаний.

Испытания при необходимости могут выполняться до критического или предельного давления. За критическое принимают такое давление, при котором наблюдается значительное увеличение осадки (по сравнению с осадкой за предыдущую ступень нагрузки) при небольшом увеличении нагрузки или осадка, не затухающая в течение длительного времени и протекающая равномерно; появление "валиков выпирания" вокруг штампа или трещин.

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ

По результатам испытания грунтов статическими нагрузками оценивают их сжимаемость, количественной характеристикой которой служит модуль деформации К. Для вычисления модуля деформации отроят график зависимости осадки от давления, откладывая по оси абсцисс значения Р (в масштабе 1 см - 0,025 МПа) и по оси ординат соответствующие им условно стабилизированные значения S(в масштабе 1 см - 1 мм осадки). Через нанесенные на график четыре опытные точки каждой ступени нагрузки необходимо провести осредненную прямую методом наименьших квадратов. За начальные значения Р0 и S0 (первая точка, включаемая в осреднение) следует принимать давление, равное природному давлению Рб и соответствующую осадку; за конечные значения РП и SП- значения Рi и Si , соответствующие четвертой точке графика на прямолинейном участке. Если при давлении Рiприращение осадки будет вдвое больше, чем для предыдущей ступени давления Рi-1, а при последующей ступени давления Рi+1 приращение осадки будет равно или больше приращения осадки при Рi, то зa конечное значение РП и SП следует принимать Рi-1 и Si-1. При этом число включаемых в осреднение точек должно быть не менее трех. В противном случае при испытании грунта необходимо применять меньшие по величине ступени давления. Для построения осредняющей прямой допускается использование графических методов.

Модуль деформации грунта E следует вычислять для прямолинейного участка графика S =f(Р) по формуле 1. Результаты определения модуля деформации следует выражать с точностью: 1,0 МПа при Е > 10,0 МПа; 0,5 МПа при Е = 2,0÷10,0 МПа и 0,1 МПа при E < 2,0 МПа.

Получаемый по результатам испытаний график S =f(Р) часто отличается от идеализированной, кривой показанной на рис. 8. Ниже приведены графики, встречающиеся на практике (рис. 4). Рассмотрим наиболее характерные.

Рис. 4. Графики S = f (Р) : 1 - отсутствие осадки на первых ступенях, нагрузки; 2 - преувеличение осадки на первых ступенях нагрузки; 3 - неравноверный прирост осадок по ступеням нагрузок.

1. На первых ступенях нагрузки осадки отсутствуют, и кривая графика начинается не с нуля (см. рис. 4, кривая 1). Отсутствие осадки на первых ступенях пытаются объяснить тем, что измерительные приборы устанавливаются после монтажа всей установки, и, таким образом, возможны осадки под действием веса установки, которые не были измерены в процессе нагружения первыми ступенями давления. Однако некоторые исследователи считают, что такое объяснение графика возможно лишь для сильносжимаемых слабых грунтов, так как установки при площади штампа 5000 см2 создают давление от собственного веса редко превышающее 0,01 МПа, Они же склонны объяснять это явление свойствами самого грунта, его структурной прочностью, а также тем, что грунт находится в переуплотненном состоянии. В данном случае неизмеренная осадка (+ ΔSН) должна быть учтена при интерпретации результатов и прибавлена к общей осадке грунтов под штампом, а график должен быть параллельно перенесен вниз.

2. На начальных участках графика наблюдается значительный рост осадки, которая затем уменьшается (см. рис. 4, кривая 2). Такая осадка является следствием плохой зачистки грунта под штампом либо наличием выступающих твердых включений в породе. При интерпретации графика неизмеренную осадку (- ΔSН) следует вычесть из общей осадки грунтов под штампом, а исправленный график следует переместить вверх.

3. Осадки, закономерно возрастающие с увеличением нагрузки, при достижении некоторого давления начинают уменьшаться и кривая графика становится более пологой (см. рис. 4, кривая 3). Такой вид графика свидетельствует о наличии на небольшой глубине под штампом либо прослойки более плотного грунта в сжимаемой зоне, либо крупных включений (галек, камней, валунов). Результаты такого испытания не могут быть использованы. Грунт под штампом должен быть проверен путем углубления выработки, а испытание повторено на другом месте.

Обычно график зависимости S=f(P) совмещают с графиками зависимости осадки от времени S=f(t) при каждой ступени нагрузки Рi = const. При необходимости график S = f(P) дополняют ветвью разгрузки. Разгрузка штампа производится ступенями вдвое превышающими ступень нагрузки, наблюдения за восстановлением осадки во времени производится в течение одного часа для каждой ступени разгрузки.