какой метод используется для определения модуля деформации грунта вскрытого скважиной

Определения модуля деформации грунта

При расчете осадки фундамента сооружения важное значение имеет установление модуля деформации залегающего в районе строительства грунта. Эта величина – один из основных параметров, определяющих механические свойства и несущую способность основания.

Модуль деформации и способы его определения

Модуль деформации – это коэффициент, определяемый зависимостью упругих и остаточных деформаций грунта от величины загружения массива сжимающей нагрузкой. Соотношение этих величин определяется выражением:

Как видно из выражения, увеличение модуля деформации грунта происходит вместе с увеличением напряжений от прилагаемых нагрузок.

Модуль деформации определяется:

Определение в лабораторных условиях

В лабораториях для установления модуля деформации используются методы компрессионного и трехосного сжатия.

В одометрах (компрессионных приборах) сжатие образца производится без возможности его бокового расширения. Искомый параметр получают расчетом при определении деформации с учетом изменении давления от природного (вызванного собственным весом грунта) до предполагаемого давления от приложенной нагрузки.

При испытаниях по методу трехосного сжатия используется специальный прибор – стабилометр, с помощью которого оценивается сложное напряженное состояние образца. Модуль определяется по объемной деформации – отношению размеров цилиндра грунта к их исходному значению при ненагруженном состоянии.

Полученный при использовании стабилометра модуль деформации, как правило, в несколько раз выше величины, определенной при одометрических исследованиях. Такое превышение связано с различием напряженно-деформируемых состояний, вызванных приложением нагрузок.

Определение в полевых условиях

Для установления модуля деформации в полевых условиях применяется статическое испытание штампами. Оно позволяет определить более точное значение, чем полученное в лаборатории.

Сущность метода заключается в ступенчатом нагружении штампа с использованием домкрата или какого-либо груза (плит, бетонных блоков, тяжелой техники). Деформации основания, соответствующие значениям давления на отдельных этапах, измеряются посредством датчиков смещения либо прогибомеров.

График осадки строится как функция от давления под подошвой штампа. По полученной зависимости определяются изменения давления и осадки. Модуль деформации устанавливается по углу наклона линии, построенной по двум точкам деформационной кривой.

Определенный в лаборатории модуль деформации необходимо уточнять по результатам испытаний грунта штампами в полевых условиях. Ошибки преимущественно связаны с нарушением природной структуры образцов, что влияет на результаты лабораторных испытаний.

Источник

Определение модуля деформации грунта

В качестве деформационной характеристики грунта час­то используют модуль общей деформации , характеризующий остаточные и упругие деформации. Его определяют различными методами, в том числе по компрессионной кривой, испытанием грун­та статической нагрузкой, с помощью прессиометров, а также по простейшим физическим характеристикам грунта.

Для линейно деформируемой среды уравнения закона Гука используются в ограниченном интервале изменения напряжений от до . Поэтому уравнение (2.21) следует записать в приращениях:

. (2.22)

Принимая во внимание, что в условиях компрессионного сжатия , , а , получим выражение для модуля деформации:

. (2.23)

Для определения коэффициента необходимы значения или в рассматриваемом интервале изменения напряжения. При отсутствии этих данных коэффициент может быть принят равным: для песков – 0,8; супесей – 0,7; суглинков – 0,5; глин – 0,4.

Значение модуля деформации можно определять также на приборах трехос­ного сжатия (стабилометрах) (рис. 2.4, 2.5).

Значение модуля деформации грунта, найденное по данным лабораторных компрессионных испытаний образцов грунта, нередко отличается от действительно­го. Нередко компрессионные испытания проводятся с образцами частично нарушенной, а не природной структуры, что сказывается на результатах компрес­сионных испытаний и может привести к получению занижен­ных значений модуля деформации грунта.

В связи с этим в практике изысканий для изучения деформационных свойств, наряду с лабораторными исследованиями, используют полевые методы испытания грунтов пробными статическими нагрузками (рис. 2.6). Испытания грунта проводят в горных выработках (расчистках, котлованах, шурфах, штреках, буровых скважинах и т.д.) или в массиве грунта при сохранении природного сложения грунта. В соответствии с ГОСТ 20276-99 штампы должны быть жесткими, круглой формы, следующих типов:

по площади, дополняющей площадь штампа до 5000 см 2 ;

Рис. 2.6. Испытание грунта ста­тическими нагрузками в шурфе

а – схема установки; б – зависимость осадка от интенсивности давления

На дно шурфа (рис. 2.6, а) или скважины устанавливают жесткий штамп 4, тщательно при­тирая его к основанию. Ступенчато возрастающая нагрузка на штамп прикладывается с помощью домкрата или тарированными грузами, а осадки измеряются с помощью прогибомеров, закрепленных на реперной системе. По данным испытаний строят график зависимости осадки штампа от давления (2.6, б).

На графике проводят осредняющую прямую методом наименьших квадратов или графическим методом (рис. 2.7).

За начальные значения и (первая точка, включаемая в ос4реднение) принимают давление, равное напряжению и соответствующую осадку; за конечные значения и – значения и , соответствующие четвертой точке графика на прямолинейном участке.

Рис. 2.7. График зависимости осадки штампа от давления :

1 – линейная часть графика; 2 – осредняющая прямая

Модуль деформации грунта вычисляют для линейного участка графика по формуле

(2.24)

Выражение (2.24) получено из формулы осадки жесткого штампа на упругом основании, выведенной для условий дефор­маций упругого полупространства Буссинеском. Оно в опреде­ленной мере справедливо и для линейно деформируемого полу­пространства.

Разработаны и применяются методы определения модуля деформации грунта с использованием радиальных, лопастных прессиометров, плоских дилатометров, а также результатов статического зондирования.

Для предварительных расчетов оснований СНиП 2.02.01–83 (2004) допускает определять модуль деформации грунтов по физическим характеристикам (таб­лицам СНиП 2.02.01–83 или региональных нормативных доку­ментов).

Модуль деформации и коэффициент Пуассона являются показателями деформационных свойств грунта и используются при расчете осадок основания и кренов фундаментов зданий и сооружении.

Источник

Модуль общей деформации грунта (понятие и особенности)

Величина модуля общей деформации меняется в процессе воздействия на грунт:

где E_ot — модуль общей деформации грунта в период действия нагрузки t

P — нагрузка;

h — мощность деформируемого слоя;

S_t — полная деформация, успевающая развиться за период времени t.

Модуль общей деформации по сравнению с модулем нормальной упругости имеет следующие отличия [Механика грунтов. Бартоломей А.А.]:

Модуль деформации грунта определяют по следующим нормативным документам

Рассмотрим немного подробнее нормирование методов определения модуля деформации.

Определение лабораторного модуля деформации согласно ГОСТ 12248-2010:

1. Методом одноосного сжатия в соответствии с разделом 5.2. для определения модуля деформации и упругости для полускальных и глинистых грунтов с I_L ≤ 0,25.

Модуль деформации вычисляется по п.5.2.5.3:

Модуль деформации E в заданном диапазоне напряжений Δσ вычисляют по нагрузочной ветви зависимости ε₁ = f(σ) по формуле:

2. Методом трехосного сжатия в соответствии с разделом 5.3. для определения

модуля деформации любых дисперсных грунтов..

Модуль деформации вычисляется по п.5.2.5.3:

Модуль деформации E определяют при испытаниях, проведенных при постоянном значении напряжений σ₃ ( Δσ₃ =0) и вычисляют по формуле:

Δσ₁ — приращение напряжений σ₁ в заданном диапазоне;

Δε₁ — приращение относительных вертикальной деформации образца.

3. Методом компрессионного сжатия в соответствии с разделом 5.4. для песков мелких и пылеватых, глинистых грунтов, органо-минеральных и органических грунтов.

Модуль деформации вычисляется по п.5.4.6.4:

Модуль деформации E в заданном диапазоне напряжений Δσ вычисляют по нагрузочной ветви зависимости ε₁ = f(σ) по формуле:

E_oed = Δp / Δε (5.33)

где Δε — изменение относительного сжатия, соответствующее Δp;

m_o — коэффициент сжимаемости, соответствующий Δp;

β — коэффициент, учитывающий отсутствие поперечного расширения грунта в компрессионном приборе и вычисляемый по формуле:

β = 1- (2 · υ 2 ) / (1 — υ ) (5.36)

где υ — коэффициент поперечной деформации, определяемый по результатам испытаний в приборах трехосного сжатия по 5.3 или в компрессионных приборах с измерением бокового давления.

При отсутствии экспериментальных данных допускается принимать β равным:

Определение полевого модуля деформации согласно ГОСТ 20276-2012:

1. Методом испытания штампом в соответствии с разделом 5 для определения модуля деформации дисперсных грунтов: минеральных, органо-минеральных и органических грунтов.

Определяют по результатам нагружения грунта вертикальной нагрузкой в забое горной выработки с помощью штампа.

Модуль деформации E вычисляется по п.5.5.2:

K_p — коэффициент, принимаемый в зависимости от заглубления штампа h/D ( h — глубина расположения штампа относительно дневной поверхности грунта, см; D — диаметр штампа, см);

K₁ — коэффициент, принимаемый для жесткого круглого штампа равным 0,79;

Δp — приращение давления на штамп;

ΔS — приращение осадки штампа, соответствующее Δp.

2. Методом испытания радиальным прессиометром в соответствии с разделом 5 для определения модуля деформации дисперсных грунтов: песков, глинистых, органо-минеральных и органических грунтов..

В состав установки для испытания грунта радиальным прессиометром должны входить:

Модуль деформации E вычисляется по п.5.5.2:

где K_r — корректирующий коэффициент;

r_o — начальный радиус скважины;

Δp — приращение давления на стенку скважины;

ΔS — приращение перемещения стенки скважины (по радиусу).

Источник

Модуль деформации грунта.

Модуль деформации грунта

Деформационные характеристики грунтов требуются при расчетах оснований по второй группе предельных состояний. Например, при определении осадок фундаментов по СП 22.13330.2016 «Основания зданий и сооружений». Также испытания грунтов штампом применяется при контроле качества грунтов оснований фундаментов, полов.

Модуль деформации или как его называют в механике сплошной среды – модуль Юнга является коэффициентом пропорциональности зависимости «деформация-напряжение», предложенной Гуком в виде:

Грунты показывают линейно упругое поведение до относительно небольших нагрузок. Однако даже при этом при разгрузке в грунтах возникает остаточная деформация. Поэтому полагают, что при нагружении до предела пропорциональности для грунтов также справедлива линейная зависимость Гука, однако при больших нагрузках деформации в грунтах нелинейно зависят от напряжений. Это особенно важно при проектировании высотных зданий, когда давление по подошве фундаментов может составлять более 1000 кПа. Испытания образцов грунта в стабилометре позволяют определять касательный модуль деформации подобный модулю Юнга. Подобие модуля деформации модулю Юнга позволяет использовать решения теории упругости при расчете осадки фундаментов.

Отличия модуля упругости от модуля деформации

Модуль упругости всегда больше модуля общей деформации. Модуль

упругости определяется из испытаний образцов грунта при их упругом поведении, которое имеет место при разгрузке (ветвь аb), а модуль общей деформации, характеризующий поведение грунта при наличии как упругих, так и остаточных деформаций, и находят из испытаний по ветви нагружения Oа.

Касательный и секущий модуль деформации

Из закона Гука следует постоянство модуля деформации (модуль упругости). В то же время из следующего рисунка видно, что этот закон справедлив только до точки a зависимости напряжение – деформация.

Если участок Oa прямолинейный, то, проведя через него линию и определив угол ее наклона получим касательный модуль деформации

В то же время через точки О и а можно провести секущую,совпадающую с касательной к начальному участку кривой деформирования грунта. Угол наклона этой секущей также будет равен углу наклона касательной. Поэтому на начальном участке кривой деформирования касательный модуль Et совпадает с секущим модулем деформации Es.

При небольшом уровне деформации (менее 0,01–0,05 %) значения касательного Et и секущего модулей Es деформации равны и характеризуют упругое поведение грунта, т.е. Es = Et = E.

Если теперь провести прямую через точки с и b, то угол ее наклона позволит вычислить значение упругого модуля при разгрузке грунта.

Этот модуль Ee используется для расчета величины подъема дна котлована при его разработке.

Прямая, проведенная через точки b и е, используется для определения модуля Er, характеризующего повторное нагружение грунта, после его разгрузки. Например, нагружение основания глубокого котлована (более 5 м) весом этажей, равным весу вынутого грунта.

При циклическом нагружении грунта, после определенного количества циклов «нагрузка – разгрузка» грунт начинает вести себя упруго, без остаточной деформации. В этом случае его упругая осадка определяется с помощью упругого модуля Ec, который находится из наклона прямой gf.

Этот модуль используется, например, при проектировании железнодорожного балласта или жесткого покрытия автомобильного полотна.

Определение модуля деформации методом компрессионного сжатия в одометре и методом трехосного сжатия в стабилометре

В стабилометре модуль общей деформации оказывается больше компрессионного модуля общей деформации в несколько раз. Это объясняется различным видом напряженно-деформированного состояния, возникающего в образцах грунта при их нагружении, что видно из следующего рисунка.

Найденные значения модулей деформации должны быть уточнены с результатами испытаний того же грунта штампами.

Определение модуля деформации грунта штампом

Испытания грунтов штампом проводятся для определения деформационных характеристик грунтов перед проектированием, строительством или при контроле качества уплотнения грунтов.

В ходе испытаний определяется:

⦁ Модуль деформации E;

⦁ Начальное просадочное давление p sl и относительная деформация просадочности основания ε sl ;

Штамповые испытания грунтов. Метод штампа грунты.

Проведение штамповых испытаний.

Вкратце суть статических испытаний грунтов оснований штампами можно описать так:

Круглый плоский или винтовой штамп нагружается поэтапно (ступенями) посредством домкрата или пригружается грузом (ФБС блоки, плиты или тяжелая техника: экскаватор, грузовой автомобиль и т.д.). Нагрузка при проведении штамповых испытаний увеличивается ступенями.

На каждом этапе с помощью прогибомеров или датчиков перемещений измеряются деформации основания, соответствующие давлению на данном этапе.

Данные обрабатываются, заносятся в журнал и строится график зависимости осадки штампа от давления S = f(P).

По полученным данным определяют модуль деформации Е, МПа грунта.

Для определения модуля деформации следует построить график зависимости осадки штампа от давления под его подошвой и в пределах линейного участка этой зависимости найти значения приращения давления и осадки. Модуль определяется углом наклона прямой линии, проведенная через две точки кривой деформирования, то этот модуль правильнее называть секущим модулем деформации.

Определение модуля деформации грунта прессиометром

Данному виду испытаний присущ существенный недостаток обусловленный тем, что для проведения испытаний необходимо предварительно пробурить скважину диаметром несколько большим диаметра прессиометра. Кроме того при проходке скважины структура грунта вблизи стенок разрушается. Эти два фактора оказывают влияние на характер зависимости «изменение объема рабочей камеры – давление» в виде образования нелинейной зависимости на участке ob кривой деформирования.

При определении характеристик грунтов модуля деформации используют прямолинейный участок ab.

Значение модуля деформации находится из выражения:

Модуль деформации грунта. Скачать брошюру «ГеоШтамп» в формате PDF

Испытания штампом. Скачать брошюру «ГеоШтамп» в формате PDF

Заказать испытания грунтов

Все права защищены, 2010-2030

Копирование информации с данного сайта допускается только со ссылкой на http://geostamp.ru

Предложения, размещенные на данном интернет-сайте, не являются публичной офертой.

Источник

1.4. ДЕФОРМИРУЕМОСТЬ ГРУНТОВ ПРИ СЖАТИИ

Характеристикой деформируемости грунтов при сжатии является модуль деформации, который определяют в полевых и лабораторных условиях. Для предварительных расчетов, а также и окончательных расчетов оснований зданий и сооружений II и III класса допускается принимать модуль деформации по табл. 1.12 и 1.13.

ТАБЛИЦА 1.12. НОРМАТИВНЫЕ ЗНАЧЕНИЯ МОДУЛЕЙ ДЕФОРМАЦИИ Е ПЕСЧАНЫХ ГРУНТОВ

Примечание. Значения E приведены для кварцевых песков, содержащих не более 20 % полевого шпата и не более 5 % в сумме различных примесей (слюды, глауконита и пр.).

ТАБЛИЦА 1.13. НОРМАТИВНЫЕ ЗНАЧЕНИЯ МОДУЛЕЙ ДЕФОРМАЦИИ Е ПЫЛЕВАТО-ГЛИНИСТЫХ ГРУНТОВ

Примечание. Значения E не распространяются на лёссовые грунты.

1.4.1. Определение модуля деформации в полевых условиях

Для определения модуля деформации используют график зависимости осадки от давления (рис. 1.1), на котором выделяют линейный участок, проводят через него осредняющую прямую и вычисляют модуль деформации Е в соответствии с теорией линейно-деформируемой среды по формуле

где ν — коэффициент Пуассона (коэффициент поперечной деформации), равный 0,27 для крупнообломочных грунтов, 0,30 для песков и супесей, 0,35 для суглинков и 0,42 для глин; ω — безразмерный коэффициент, равный 0,79; d — диаметр штампа; Δр — приращение давления на штамп; Δs — приращение осадки штампа, соответствующее Δр.

При испытании грунтов необходимо, чтобы толщина слоя однородного грунта под штампом была не менее двух диаметров штампа.

Модули деформации изотропных грунтов можно определять в скважинах с помощью прессиометра (рис. 1.2) [3].

В результате испытаний получают график зависимости приращения радиуса скважины от давления на ее стенки (рис. 1.3).

Коэффициент k определяется, как правило, путем сопоставления данных прессиометрии с результатами параллельно проводимых испытаний того же грунта штампом. Для сооружений II и III класса допускается принимать в зависимости от глубины испытания h следующие значения коэффициентов k в формуле (1.2): при h k = 3; при 5 м ≤ h ≤ 10 м k = 2; при 10 м h ≤ 20 м k = 1,5.

ТАБЛИЦА 1.14. ЗНАЧЕНИЯ МОДУЛЕЙ ДЕФОРМАЦИИ Е ПЕСЧАНЫХ ГРУНТОВ ПО ДАННЫМ ДИНАМИЧЕСКОГО ЗОНДИРОВАНИЯ

Для сооружений III класса допускается определять Е только по результатам зондирования.

1.4.2. Определение модуля деформации в лабораторных условиях

В лабораторных условиях применяют компрессионные приборы (одометры), в которых образец грунта сжимается без возможности бокового расширения. Модуль деформации вычисляют на выбранном интервале давлений Δр = p₂ – p₁ графика испытаний (рис. 1.4) по формуле

где e₀ — начальный коэффициент пористости грунта; β — коэффициент, учитывающий отсутствие поперечного расширения грунта в приборе и назначаемый в зависимости от коэффициента Пуассона ν (табл. 1.15); а — коэффициент уплотнения;

ТАБЛИЦА 1.15. СРЕДНИЕ ЗНАЧЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ПУАССОНА v И КОЭФФИЦИЕНТА β

Давление р₁ соответствует природному, а р₂ — предполагаемому давлению под подошвой фундамента.

Значения модулей деформации по компрессионным испытаниям получаются для всех грунтов (за исключением сильносжимаемых) заниженными, поэтому они могут использоваться для сравнительной оценки сжимаемости грунтов площадки или для оценки неоднородности по сжимаемости.

При расчетах осадки эти данные следует корректировать на основе сопоставительных испытаний того же грунта в полевых условиях штампом. Для четвертичных супесей, суглинков и глин можно принимать корректирующие коэффициенты m (табл. 1.16), при этом значения Е_oed необходимо определять в интервале давлений 0,1—0,2 МПа.

ТАБЛИЦА 1.16. КОЭФФИЦИЕНТЫ m ДЛЯ АЛЛЮВИАЛЬНЫХ, ДЕЛЮВИАЛЬНЫХ, ОЗЕРНЫХ И ОЗЕРНО-АЛЛЮВИАЛЬНЫХ ЧЕТВЕРТИЧНЫХ ГРУНТОВ ПРИ ПОКАЗАТЕЛЕ ТЕКУЧЕСТИ I_L ≤ 0,75

Сорочан Е.А. Основания, фундаменты и подземные сооружения

Источник