Модуль деформации грунтов
Все известные и применимые методы и способы определения модуля деформации — стабилометрические и компрессионные испытания, испытания грунтов радиальными и лопастными прессиометрами и штампами, — дают не одинаковые результаты при испытаниях на объекте одних и тех же грунтов.
При этом полученный модуль деформации Е, при проведении компрессионных испытаний, может отличаться в пять раз от результатов штамповых испытаний. А иногда в некоторых, схожих условиях полученные результаты штамповых и компрессионных испытаний оказываются близкими к друг другу.
А физические характеристики, глинистых и песчаных грунтов, плотность , влажность, пористость, карбонатность и др. присущие грунтам не зависят от метода определения.
Каким бы методом эти характеристики не определялись, они будут практически одинаковыми или очень близкими.
В отличие от них модуль деформации отражает реакцию грунтов на внешние воздействия, то есть является реактивной характеристикой.
При разных способах и методах воздействия, или нагрузки (давления на грунты), реакция грунтов будет неодинаковой, соответственно, разными будут и получаемые значения модуля деформации Е, грунтов и других деформационных характеристик.
Поэтому деформационные характеристики не однозначны и не могут быть представлены одним методом, и должны характеризоваться полевыми и лабораторными методами исследования, типом фундамента, конкретным сооружением, размерами нагрузок.
Это важное обстоятельство нормативно закреплено в СП 47.13330.2012 и СП 47.13330.2016.
Лабораторные методы определения модуля деформации надо при проведении инженерно-геологических изысканий необходимо сочетать с полевыми методами – статическим зондированием и штамповыми испытаниями грунтов.
Модуль деформации грунтов
При изучении деформационных, механических свойств грунтов обычно производятся компрессионные испытания, сущность которых заключается в том, что грунт подвергают уплотнению ступенями нагрузки в рабочих кольцах компрессионных или компрессионно-фильтрационных приборах и наблюдают за изменением относительного сжатия и коэффициента пористости e. При этом грунты уплотняются без возможности бокового расширения. Поэтому при компрессионных испытаниях преобладают деформации уплотнения. Деформации формоизменения имеют подчиненное значение.
В результате получают некоторую зависимость, которую обычно выражают в виде компрессионной кривой = f(p), e = f(p).
Для расчетов модуля деформации и коэффициента сжимаемости на компрессионной кривой выбирают две точки.
Первая точка должна соответствовать природной нагрузке на грунт.
Вторая точка — конечной нагрузке на грунт после возведения сооружения.
Конечная нагрузка равна нагрузке от проектируемого сооружения за вычетом нагрузки от веса грунта выше глубины заложения фундамента.
Таким образом, для одного слоя на разных глубинах расчетные интервалы нагрузок будут не одинаковыми, увеличиваться с глубиной, соответственно, будут отличаться и значения модуля деформации.
На практике, при инженерно-геологических изысканиях для строительства для расчета принимают интервал нагрузок — чаще всего от 0,1 до 0,3МПа.
И учитывают глубину отбора образцов, которая может быть значительно ниже глубины заложения фундамента, где природная нагрузка на грунт на много больше 0,1 МПа.
В результате получаются заниженные значения модуля деформации, которые соответствуют разуплотненному состоянию грунта и не отражается, для свойств в его природном залегании.
При изысканиях для ответственных сооружений инженеры геологи, составляя программу лабораторных испытаний, должны руководствоваться схемой распределений предполагаемых нагрузок от веса грунтов и дополнительных нагрузок от внешних воздействий.
Модуль деформации грунтов
Схема распределения нагрузок позволяет правильно определить нагрузки грунтов от собственного веса, которые с глубиной увеличиваются, и дополнительные на грузки от внешних воз действий, которые с глубиной рассеиваются, а не являются постоянными для всей толщи активного деформирования грунтов. К сожалению, в действующих нормативных документах отсутствуют единые требования к выбору интервала давлений для определения модуля деформации грунтов.
Для расчета модуля деформации, в соответствии с ГОСТом 12248-2012, вводится коэффициент, учитывающий отсутствие поперечного расширения грунта в компрессионном приборе.
Коэффициент зависит от значения коэффициента поперечной деформации (коэффициент Пуассона), который определяется при трехосных испытаниях. При отсутствии экспериментальных данных в ГОСТе предлагаются различные значения, на пример, для суглинков — 0,35–0,37.
Это значение характеризует все возможные со стояния грунтов — от твердого до текучего, что в принципе не верно, так как практически исключается существующая зависимость коэффициента Пуассона от показателя текучести IL, и в результате занижается модуль де формации при испытании грунтов устойчивой консистенции. Для рас чета рекомендуется использовать установленную Н.А. Цытовичем связь коэффициента Пуассона с показателем текучести IL: = 0,05 + 0,45 IL
При использовании этой зависимости будут получены более высокие значения (см. Взаимосвязь коэффициента Пуассона с показателем теку чести). При расчете коэффициента Пуассона по уравнению Н. А. Цытовича, коэффициент устойчивых грунтов, а, следователь но, и модуль деформации увеличивается почти в 1,5 раза.
Надо отметить, что действие ГОСТ 12248-96 согласно п. 5.4.1.1. распространяется на глинистые грунты с показателем текучести IL > 0,25. Вместе с тем, в п. 5.4.7.5 приведены значения для глин при IL< 0 и от 0 до 1.
На практике компрессионные испытания выполняются для любых грунтов без ограничений.
Модуль деформации грунтов
Представляют интерес данные сопоставления результатов компрессионных и штамповых испытаний.
Однако, как указывалось выше, с точки зрения метрологии и теории ошибок это сопоставление нельзя назвать корректным, поскольку компрессионные и штамповые испытания проводят в разных условиях. Неодинаковы степень сохранности природного сложения образцов грунта, объемы исследований, условия проведения испытаний, развитие и моделирование процесса деформирования грунтов.
Но, сопоставление результатов компрессионных и штамповых испытаний предусмотрено нормативными документами, и переходные коэффициенты от компрессионного модуля деформации к штамповому модулю широко используются на практике.
Модуль деформации грунтов
Для установления значений переходных коэффициентов от компрессионного модуля деформации к штамповому модулю использованы результаты 142 полевых испытаний глинистых грунтов штампом площадью 600 см2 и результаты лабораторных исследований состава и свойств испытуемых грунтов. Испытания выполнялись в глинистых грунтах ледникового и озерно-ледникового происхождения на различных объектах северо-запада России. Материалы испытаний собраны автором, взаимосвязи установлены Э.И. Ткачуком (см. Взаимосвязи характеристик ледниковых и озерно-ледниковых глинистых грунтов)
Установлено, что для
твердых грунтов среднее значение переходного коэффициента mср = 3,
для полутвердых грунтов mср = 2,
для тугопластичных грунтов mср = 1,5,
для мягкопластичных грунтов mср = 1,3,
для текучепластичных грунтов mср = 1,1,
для текучих грунтов mср = 0,97.
Максимальное значение m = 5,2, минимальное m = 0,5.
Как вид но, по мере увеличения показателя текучести компрессионный модуль приближается к штамповому и даже превышает его.
Необходимо отметить, что согласно ГОСТу 25100-95 указанная консистенция соответствует нарушенному состоянию грунтов. В природном, ненарушенном состоянии консистенция слабых грунтов иная, обычно позволяющая отобрать образец не нарушенного сложения (монолит) для лабораторных исследований.
Не соответствие консистенции, определяемой по ГОСТу 25100-95 и природной консистенции, вызывает немало вопросов. В нормативных документах это несоответствие необходимо обосновать или устранить.
Модуль деформации грунтов
Определение модуля деформации методом трехосных испытаний грунтов
Испытания проводятся в приборах трехосного сжатия (стабилометрах), которые позволяют определять прочностные и деформационные характеристики грунтов. Основное преимущество стабилометра – это возможность по воссозданию в образце грунта изначального напряженного состояния, со ответствующего напряженному состоянию грунта в условиях естественного залегания. Испытания по определению модуля деформации проводятся при заданном всестороннем давлении на образец. При этом имеют место не только деформации, но и уплотнение. Испытание для определения характеристик сжимаемости и прочности проводят при заданных определенных значениях всестороннего давления на образец.
Модуль деформации грунтов
Модуль деформации грунтов
По данным ОАО «ВНИ ИГ им. Б.Е. Веденеева», значения модуля деформации, которые получены при компрессионном сжатии, превышают значения, полученные при трехосном сжатии.
И при исследовании основания одного из проектируемых в Санкт-Петербурге зданий для диапазона давлений 1,5–3,5МПа наблюдалось стабильное превышение компрессионного модуля деформации над трехосным , составляющее 50–70 МПа. Это может быть только объяснено различным характером деформирования грунта в компрессионном приборе и стабилометре.
При этом имеют место только деформации формо – образования
Кроме того, высота образца в стабилометре в несколько раз выше, и в нем могут присутствовать тонкие про слои более слабых грунтов, трещины и другие дефекты, отсутствующие в образце, помещен ном в компрессионном приборе.
Модуль деформации грунтов
Определение модуля деформации методом штамповых испытаний.
Сущность метода заключается в замере возникающих перемещений металлического винтового или плоского штампа, сжатии им грунтов природного сложения, металлическим конусом или плоской поверхностью. Преимущественно применяют штампы площадью 600 и 5 000 см 2. Реже применяют штампы площадью 1 000, 2 500 и 10 000 см2.
При испытаниях грунтов штампами возможны как деформации уплотнения, так и деформации формо -изменения. При испытании песчаных грунтов главную роль играет уплотнение грунтов под штампом.
За время проведения испытаний глинистых грунтов уплотнение грунта из-за низких значений коэффициента фильтрации практически не успевает проявиться.
Здесь огромную роль играют деформации формо- изменения, особенно при испытаниях слабых грунтов, имеющих низкую прочность на сдвиг.
При испытании глинистых грунтов устойчивой консистенции штампами получаемый модуль деформации, как уже было отмечено, выше компрессионного модуля деформации.
В насыщенных водой глинистых грунтах штамповый модуль деформации не имеет никакого отношения к компрессионному.
Но иногда бывают и исключения. Например, при наличии трещин в твердых глинах, в случаях интенсивного поступления поверхностных или подземных вод на забой выработки, приводящего к размягчению глинистых грунтов.
Опыт показывает, что результаты испытаний штампом площадью 600 см2 мелких и пылеватых песков во многом зависит от степени насыщения водой грунтов. Например, при испытаниях штампом насыщенных водой мелких и пылеватых песков озерно-ледникового комплекса наиболее часто получают значение модуля деформации 8–15 МПа.
При испытаниях тех же песков средней степени водонасыщения и маловлажных модуль деформации от 20–30 МПа и более.
Известно, что чем больше площадь штампа, тем, как правило, выше значение модуля деформации для од них и тех же грунтов. Например, для ледниковых суглинков северо-запада России модуль де формации по результатам испытаний штампом площадью 5 000 см2 на 20% выше модуля деформации, полученного по результатам испытаний штампом площадью 600 см2.
Занижение модуля деформации в песках насыщенных водой, обусловлены разуплотнением частиц песка на забое скважины. Что и сопровождается подъемом частиц песка, по стволу скважины, из за притока воды.
В результате наблюдаемые осадки под штампом оказываются сильнее, чем осадки не раз уплотненного грунта.
При испытаниях крупнообломочных грунтов необходимо обращать внимание на подготовку забоя.
В случае, если над забоем будут выступать крупные об ломки пород, происходит увеличение напряжений на выступах, что ведет к неправильной осадки штампа, вдавливающего не весь грунт, а только его выступающие части, и уменьшения модуля деформации.
Модуль деформации грунтов
При испытаниях крупнообломочных грунтов важно оценить репрезентативность (представительность) испытуемого объема грунта. Репрезентативную площадь Sr штампа для испытаний грунтов, содержащих q обломков диаметром d, можно определить расчетным путем по формуле Sr =d2/ 4q
Получается, что результаты испытания грунтов штампом площадью 5 000 см2и больше вернее результатов испытания штампами меньших размеров. Достоверность возрастает в результате повышения репрезентативности испытаний, а так же в связи с тем, что при одном и том же удельном давлении в случае использования большего штампа возрастает его осадка и, соответственно, увеличивается точность ее измерения. При расчете значения модуля деформации в соответствии с требования ми ГОСТа 20276-2012 модуль де формации занижается, не столь существен но, как при компрессионных испытаниях.
В формулах расчета модуля деформации по результатам штамповых испытаний для глинистых грунтов предусматривается постоянное значение коэффициента Пуассона , соответствующее грунтам не устойчивой консистенции. Поэтому для расчета модуля деформации рекомендуется применять значение , рас считанное по уравнению Н.А. Цытовича
Определение модуля деформации Прессиометрические испытания грунтов
Проведение прессио-метрических испытаний заключается в обжатии стенок буровой скважины эластичной камерой (радиальный прессиометр) или двумя металлическими выдвижными лопастями (лопастной прессиометр) с замером возникающих при этом де формаций грунта. При испытаниях необходимо учитывать, что модуль деформации определяется в направлении, перпендикуляр ном к обычному, вертикальному направлению действия нагрузки, что имеет значение при испытаниях анизотропных грунтов. Чаще всего прессио-метрические испытания выполняются в глинистых грунтах, в которых проявляются, в основном, деформации формо- изменения. Один из главных факто ров, влияющих на качество прессиометрических испытаний — длительность стояния скважины до начала испытаний. Длительность стояния скважины определяет сохранность природного состояния грунтов. Известны случаи, когда скважины сужались в результате длительного стояния, и испытания выполнялись на раз уплотненных грунтах. В некоторых грунтовых массивах, в результате действующих в них дополнительных напряжений (на пример, вызванных тектоническими перемещениями), сужение ствола скважины наблюдалось уже в процессе бурения. В связи с этим, не рекомендуется оставлять радиальный прессиометр в скважине при перерывах в работе, поскольку извлечение прибора из суженного ствола может привести к разрыву эластичной камеры. При уровне подземных вод выше от метки испытаний глинистый грунт в стенках скважин ослабляется (размокает, разжижается и пр.), поэтому задержки с началом испытаний ниже уровня воды недопустимы. Испытания лопастным прессиометром ниже забоя скважины или в массиве исключают разуплотнение грунтов. При расчете модуля деформации по результатам испытаний лопастным прессиометром коэффициент Пуассона ν рекомендуется определять по уравнению Н. А. Цытовича.
Модуль деформации грунтов
УРАВНЕНИЯ ВЗАИМОСВЯЗИ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ПОРИСТОСТИ E:
- пески крупные и средней крупности не зависимо от влажности e = 0.775 — 0.015 qз;
- пески мелкие не зависимо от влажности e = 0.8255 — 0.01875 qз;
- пески пылеватые не водонасыщенные e = 0.8857 — 0.02857qз;
- пески пылеватые водонасыщенные e = 0.88 — 0.04 qз.
При веденные уравнения соответствует значениям qз табл. И.1 СП 11-105-97 и значениям e табл.Б.18 ГОСТ 25100-95.
Определение модуля деформации методом статического зондирования.
Статическое зондирование производится вдавливанием зонда в грунт с одновременным измерением показателей сопротивления грунта зондированию. Это эффективный и общепризнанный полевой метод исследования свойств грунтов. Однако, статическое зондирование является косвенным методом исследований. Значения модуля деформации при таких исследованиях определяют на основе корреляционных зависимостей с удельным со -противлением грунта под ко ну сом зон да qз.
Для получения надежных значений модуля деформации грунтов должны использоваться корреляционные зависимости между показателя ми статического зондирования и результатами прямых испытаний грунтов, выполненных в исследуемом районе, а еще лучше, на данной площадке.
Вместе с тем, очень часто для определения модуля деформации используют табличные значения, приведенные в СП 11-105-97, которые не всегда соответствуют действительным свойствам грунтов. Особенно это касается песчаных грунтов, для которых характеристики E, а так же c, φ приведены без учета крупности песков. По этому, если нет корреляционных зависимостей модуля деформации и показателей зондирования, следует вначале по результатам статического зондирования определить коэффициент пористости, а за тем по табл. Г.1 СП 50-101-2004 установить значения E (а так же c, φ), которые в указанных документах приводятся с учетом крупности песков кварц- полевошпатового состава. При интерпретации результатов статического зондирования следует учесть некоторые его особенности. На пример, насыщенные водой пылеватые пески и супеси озерно-ледникового происхождения могут оказывать высокое сопротивление погружению зонда. Но при динамических воз действиях эти грунты легко переходят в плывунное состояние, что может привести к деформациям сооружений. В данном случае высокое сопротивление зондированию еще не служит гарантией высокой прочности грунтов. Резкие скачки на графиках статического зондирования нередко связаны с созданием и разрушением уплотненной зоны вокруг внедряемого конуса, а не с изменчивостью состава и свойств грунтов. При статическом зондировании песчаных грунтов в случае уменьшения сопротивления может создаться ошибочное впечатление о снижении плотности сложения песков, хотя на самом деле сопротивление падает в связи с вхождением зонда в водонасыщенные отложения, которые могут быть не менее плотными, чем выше лежащие грунты. Если под конус зонда попадает твердое включение, то в слабых грунтах оно перемещается вместе с зондом и, соответственно, будет зарегистрировано высокое сопротивление грунтов. С учетом перечисленных особенностей часть точек зондирований должна размещаться рядом с буровыми скважинами. В свою очередь, результаты бурения уточняются на основании статического зондирования.
Модуль деформации грунтов
Требуемое качество результатов деформационных исследований определяется уровнем ответственности проектируемого сооружения, сложностью инженерно-геологических условий, действующими нормативными документами, требованиями заказчика. Очевидно, что нет смысла добиваться высокой точности модуля деформации во всех случаях проектирования. В некоторых случаях можно воспользоваться табличными данными, в других — корреляционной зависимостью физических и деформационных характеристик или корреляционной зависимостью параметров зондирования и деформационных характеристик, и т.п.
При изысканиях под ответственные сооружения в сложившейся практике инженерно-геологических изысканий большая часть де формационных исследований выполняется компрессионными методами. Затем результаты компрессионных исследований увеличиваются на коэффициент перехода к штамповому модулю деформации, который может отражать результаты испытаний штампа ми площадью 5 000 см2или 600 см2. Согласно Пособию к СНиП2.01-83 п.2.54, наиболее достоверным методом являются испытания грунтов в шурфах и котлованах штампом площадью 5 000 см2.
В случаях высокого уровня подземных вод, большой глубины исследования и очень низ ких температур воздуха испытания штампами площадью 5 000 см2не проводятся, и в качестве приоритетного метода принимаются испытания грунтов в буровых скважинах винтовым штампом площадью 600 см2.
Инженерные изыскания на каждом объекте должны быть специфичны, строго соответствовать проектной задаче, определять преимущественно параметры грунтов, необходимые для алгоритма расчёта или не расчётного назначения геотехнических мероприятий по защите фундаментов и геологической среды от ожидаемых вредных воздействий. Такой подход обеспечивает проектировщика необходимыми данными при минимуме затрат со стороны заказчика. Однако, он требует продуманно геотехнического задания и не стандартных решений по программам изысканий.
Определяем модуль деформации испытаниями штампом, прессиометром, методом компрессионного сжатия и методом трехосных испытаний в стабилометре
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:
в котором каждому равному приращению одноосного напряжения σ соответствует пропорциональное возрастание деформации ε .
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 провести прямую из начала координат в точку c, то она будет секущей к кривой деформирования, и ее наклон будет определять значение секущего модуля деформации Es при уровне напряжений σc , соответствующем точке c. Значение этого модуля используется при проектировании фундаментов мелкого заложения с учетом допуска развития некоторой степени остаточных деформаций, ограниченных величиной расчетного сопротивления грунта основания.
Если провести прямую, касательную к точке с, то по углу ее наклона можно вычислить касательный модуль деформации Et . Этот модуль можно использовать для определения приращения осадки фундамента, соответствующего приращению внешней нагрузки, например, от следующего надстраиваемого этажа здания.
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.
Следует иметь в виду, что за начало линейного участка принимается давление на грунт, равное бытовому давление на глубине испытаний, а за окончание этого же линейного участка, давление равное дополнительным напряжениям от внешней нагрузки .
Определение модуля деформации грунта прессиометром
Наиболее часто используется балонный прессиометр, предложенный Менардом. Значительно реже применяются самозабуривающийся и конусный прессиометры. Испытания прессиометром можно выполнить в дисперсных и скальных грунтах, прочность которых на одноосное сжатие не превышает 10 МПа. В опытах измеряется давление, изменение объема или радиуса рабочей камеры. После обработки результатов измерений можно найти предельное давление pl и прессиометрический модуль деформации Ep , последний определяется с использованием решения теории упругости или смешанной задачи теории упругости и теории пластичности о расширении цилиндрической полости. Интерпретация результатов испытаний зависит от типа прессиометра.
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.
Модуль деформации грунта
ПРЕССИОМЕТРИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ ГРУНТОВ Испытания прессиометром — это относительно новая методика исследования грунтов, с помощью которой определяют анизотропию и деформационные характеристики. Потребность в сборе данных по модулю деформации грунта продиктована строительными стандартами и нормами, регулирующими возведение фундамента. Впервые концепция исследования механических свойств грунта на основе радиального расширения скважины была предложена еще в 1933 году. Но первый комплекс для решения практических задач при оценке жесткости грунта в полевых условиях стал применяться с 1957 года. Ее автором стал Луи Менар, поэтому сегодня это оборудование часто называют прессиометром Менара. Строительство промышленных и гражданских объектов требует точных прессиометрических испытаний грунтов. Устарелые компрессионные методы определения деформируемости имеют расхождения с реальными цифрами в 5 и более раз.
Или напишите:
Смотреть видео об услуге
Все услуги
Штамповые испытания
Прессиометрические испытания грунтов
Определение коэффициента уплотнения грунта с использованием ДПГ
Модуль деформации – это одна из характеристик грунта, которая позволяет оценить его сжимаемость, с точки зрения теории упругости – это величина, связывающая напряжения с деформациями. Необходимость в определении этой характеристики возникает, если нужно рассчитать основания по деформациям. Известно, что расчет оснований по второй группе предельных оснований является основным, поэтому переоценить значение этой характеристики невозможно. В связи с тем, что грунт не является упругим телом, то использование модуля упругости приведет к большим расхождениям с экспериментом. Поэтому, в практике геотехники и механики используется модуль общей деформации грунта – это характеристика линейной взаимосвязи приращений давления и деформаций грунта, с использованием допущений работы грунта как упругого тела. Одно из этих допущений – работа грунта в условиях однократного нагружения, без фазы разгрузки. Действительно для задач массового проектирования и нового строительства грунт испытывает поэтапное нагружение в процессе строительства без фазы разгрузки. Однако, есть задачи в геотехнике, например, проектирование глубоких котлованов, расчет влияния нового строительства, где грунт испытывает снятие бытовых давлений, поэтому в решении этих задач также используется модуль упругости или модуль на ветви вторичного нагружения грунта. Соотношение устанавливается экспериментально, для предварительных расчетов пользуются зависимостью Еur=5Е, где Eur – модуль упругости, МПа.
Чтобы определить деформационные свойства грунтов, используются несколько способов. Одним из эффективных методов определения модуля деформации считают его оценку по результатам штамповых испытаний. С их помощью выполняется исследование в условиях природного залегания грунтов, а также искусственных оснований для контроля качества уплотнения путем сравнения с проектной деформацией. Модуль деформации, определенный таким способом, принято называть штамповым. Это значение используется в известных аналитических формулах при расчете осадки фундамента (модель слоя конечной толщины, метод послойного суммирования, метод эквивалентного слоя, метод Бронина и др.).
Методы определения модуля деформации грунта
Штамповый метод испытания предусматривает использование винтовых и плоских штампов. Он предназначен для применения на любых промышленных или общественных объектах первого и второго уровня ответственности. К таким объектам можно отнести:
- промышленные сооружения;
- жилые многоэтажные дома;
- складские помещения;
- логистические комплексы;
- офисные центры;
- ТРЦ;
- газопроводы;
- емкости;
- газгольдеры и т.д.
На деформацию влияет степень напряжения в грунте, которая возникает в результате нагрузки от фундаментов сооружений. Исходя из этого, данный параметр необходимо определять при уровне деформации, соответствующем рассматриваемой глубине под подошвой основания здания.
В большинстве современных сооружений показатель вертикальной деформации составляет 0,01-0,1%. Такой показатель вынуждает использовать штампы и прессиометры. Данные способы определения модуля деформации считаются прямыми. Это обусловлено тем, что для определения модуля применяются результаты проведенных испытаний и решения теории упругости.
Существуют и другие методы полевых исследований, но они считаются косвенными. Данный факт обусловлен тем, что они предусматривают использование корреляционных зависимостей, а не решений теории упругости.
Алгоритм расчета модуля упругости грунта и модуля деформации
Для определения этих данных выполняются следующие действия:
- Построение графика зависимости осадки штампа от изменения уровня давления. Для создания этого графика используются сведения, полученные в ходе исследований.
- Определение диапазона давлений. Он размещается на линейном участке графика.
- Определение приращения осадки для определенного диапазона давлений.
- Если используется винтовой штамп, то потребуется определение коэффициента заглубления.
- Расчет показателей согласно ГОСТ 20276.1-2020.
Для расчета модуля деформации используется специальная формула ГОСТ 20276.1-2020:
В этой формуле v означает коэффициент Пуассона. Это показатель деформируемости грунта, который характеризует соотношение продольных и поперечных деформаций. Для определения данного коэффициента проводятся исследования в приборах трехосного сжатия или компрессионных приборах с измерением бокового давления.
Чтобы определить модуль деформации для винтового штампа, используется несколько видоизмененная формула:
Ключевое отличие этой формулы — наличие коэффициента Kp. Он зависит от степени заглубления штампа. Для его определения необходимо разделить глубину расположения на диаметр штампа.
Для создания формулы штампового модуля использовалось уравнение Буссинеска относительно единичной силы, которая была приложена к упругому полупространству.
Результаты деформационных испытаний зависят сразу от нескольких критериев:
- степени ответственности возводимого объекта;
- законодательных норм;
- инженерно-геологических условий;
- пожеланий заказчика.
Зачастую высокая точность модуля деформации грунтов неактуальна. Иногда будут актуальны табличные значения или корреляционная зависимость физических и деформационных характеристик. Также можно использовать корреляционную зависимость параметров зондирования и деформационных характеристик.
Примеры определения модуля деформации грунта:
Методы проверки модуля общей деформации грунта
| Наименование работ | Цены |
|---|---|
| Испытания мерзлых грунтов горячим штампом | от 55 000 руб |
| Штамповые испытания грунтов | от 30 000 руб |
| Испытания прессиометром | от 20 000 руб |
| Определение коэффициента уплотнения грунта с использованием ДПГ | от 10 000 руб |
В ходе испытаний специалисты компании «СИБГЕОПРО» используют штамп, а также оборудование для создания нагрузки, замера осадки штампа, а также замачивания и отслеживания уровня влажности грунта. Для выполнения всех необходимых работ мы используем инновационное оборудование, высокое качество которого подтверждено техпаспортом и многочисленными сертификатами.
Наши специалисты учитывают специфику объекта и требования заказчиков. Поэтому для каждого объекта мы разрабатываем отдельную программу испытаний в соответствии с ГОСТ 20276.1-2020. Данный подход обеспечивает наших клиентов необходимыми данными при минимальных затратах.
Стоимость услуг наших специалистов определяется индивидуально для каждого проекта. Вы можете позвонить по указанным номерам телефонов или оставить сообщение в лайв-чате. Наши консультанты оперативно ответят на все поставленные вопросы.
Чтобы заказать подобное испытание, воспользуйтесь опцией обратного звонка на нашем сайте или напишите консультантам «СИБГЕОПРО»
Часто задаваемые вопросы
Процедура штамповых испытаний выглядит следующим образом:
На отметке котлована, скважины, шурфа устанавливается штамп.
- Подготовительный этап:
- На штамп прикладывается давление с помощью гидравлического домкрата и передается через грузовую платформу с тарированным грузом или систему балок.
- Метод технологии подготовительных работ согласовывается на этапе согласования программы испытаний.
- Давление к штампу прикладывается ступенями. Количество ступеней и приращение давления назначается в соответствии с утвержденной программой штамповых испытаний.
- В процессе испытаний ведется полевой журнал по форме ГОСТ 20276.1-2020.
- Критерием завершения испытаний является стабилизированная осадка, достигнутая на последнем этапе нагружения, или когда интенсивность приращения осадки в 5 раз превышает скорость развития осадки на предыдущем этапе. В последнем случае говорят об исчерпании несущей способности грунта основания.
По результатам штамповых испытаний строится кривая нагрузки-осадки, по которой можно определить осадку и несущую способность грунта. Общая величина нагрузки на штамп, деленная на площадь штампа, дает значение предельной несущей способности грунта.
Деформация грунтов — это изменение формы или объема грунтовой массы, сопровождающееся вертикальным или боковым перемещением под действием внешних нагрузок.
Модуль Юнга (модуль упругости грунта) — параметр упругости и мера жесткости грунта. Определяется как отношение напряжения вдоль оси к деформации вдоль этой оси в диапазоне упругого поведения грунта. Модуль упругости часто используется для оценки осадки грунта и анализа упругих деформаций.
Сжимаемость грунта — это способность грунта уменьшаться в объеме под действием механической нагрузки. Процесс, который описывает уменьшение объема грунта (уплотнение грунта) под действием внешней нагрузки, называется сжатием. Сжатие грунтов происходит за счет вытеснения воздуха или воды из пустот, перераспределения частиц грунта, сжатия жидкости и газа в пустотах, деформации твердых частиц.
Коэффициент консолидации характеризует скорость, с которой может произойти сжатие в конкретном грунте. Скорость и степень сжатия зависят от скорости потери влаги и проницаемости грунта.
Модуль Менара EM определяется как наклон псевдоупругой части кривой зависимости p от εR и измеряет упругие свойства грунта, основанные на неоднородных полях напряжений и деформаций.
Коэффициент Пуассона представляет собой упругое свойство грунта, определяемое как отношение поперечной деформации к продольной деформации при одноосной нагрузке.
Согласно ГОСТ 20276-85, коэффициент равен:
0,27 — для крупнообломочных пород;
0,30 — для песков и супесей;
0,35 — для суглинков;
0,42 — для глинистых грунтов.Компрессионный модуль деформации грунта это
Модуль общей деформации является одной из основных характеристик грунтов. Определение жесткости грунта или модулей деформации необходимо для решения одной из основных теоретических задач фундаментостроения, которой является прогноз осадки фундаментов, устойчивости сооружений на подрабатываемых территориях и др. Широко распространенный метод компрессионного сжатия дает заниженные значения модуля деформации. Модуль деформации грунта, найденный с использованием компрессионных кривых, отличается от действительного, т.к. при отборе образцов грунта всё же происходит какое-то нарушение его природной структуры, поэтому в практике широко используются полевые методы определения модуля деформации. Однако, они трудоемки и дорогостоящи. В том случае, когда на объекте необходимо провести большой объем штамповых испытаний или когда необходима информация в труднодоступных районах, необходимо разработать методику сокращения объема полевых работ, обеспечивающую получение надежной и достоверной информации. Объект исследований: территория дожимной компрессорной станции нефтяного месторождения. Идея, положенная в основу данной работы заключается в том, что первоначально изучается геологическое строение участка исследований, после чего проводится районирование и выделяются таксоны (ключевые участки). Для каждого таксона проводят определение модуля деформации компрессионным и штамповым методом. Затем рассчитывается корректировочный коэффициент для каждого таксона. По данным компрессионного сжатия прогнозируют модуль деформации для территорий со сходными инженерно-геологическими условиями. Это позволяет прогнозировать модуль деформации для соответствующих ИГЭ без проведения полевых работ и позволяет уменьшить количество полевых испытаний в несколько раз, что в свою очередь существенно сокращает сроки проведения работ и снижает стоимость изысканий.
модуль деформации
инженерно-геологический элемент1. Болдырев Г.Г., Арефьев Д.В., Гордеев А.В. Определение деформационных характеристик грунтов различными лабораторными методами // Инженерные изыскания. 2010. №8. С. 16-23.
2. Зиангиров Р.С., Кошелев А.Г. Определение модуля деформации грунтов методом нагружения штампа // Инженерные изыскания. 2010. №2. С. 26-31.
3. Каченов В.И., Середин В.В., Карманов С.В. К вопросу о влиянии нефтяных загрязнений на свойства грунтов // Геология и полезные ископаемые Западного Урала. 2011. № 11. С. 164-165.
4. Красильников П.А., Середин В.В., Леонович М.Ф. Исследование распределения углеводородов по разрезу грунтового массива // Фундаментальные исследования. 2015. № 2-14. С. 3100-3104.
5. Середин В.В. Исследование температуры пород в зоне трещины разрушения // Фундаментальные исследования. 2014. № 9-12. С. 2713-2717.
6. Середин В.В., Галкин В.И., Пушкарева М.В., Лейбович Л.О., Сметанин С.Н. Вероятностно-статистическая оценка инженерно-геологических условий для специального районирования // Инженерная геология. 2011. № 4. С. 42-47.
7. Середин В.В., Каченов В.И., Ситева О.С., Паглазова Д.Н. Изучение закономерностей коагуляции глинистых частиц // Фундаментальные исследования. 2013. № 10-14. С. 3189-3193.
8. Середин В.В., Леонович М.Ф., Красильников П.А. Прогноз фильтрации углеводородов в дисперсных грунтах при разработке нефтяных месторождений // Нефтяное хозяйство. 2015. №5. С.106-109.
9. Середин В.В., Стародумова А.О., Пушкарева М.В., Лейбович Л.О. Экспериментальное изучение распределения углеводородного загрязнения в геологической среде // Нефтяное хозяйство. 2014. №10. С.131-133.
10. Середин В.В., Сысолятин С.Г., Вагин А.Л., Хрулев А.С. Влияние напряженного состояния грунтов на модуль деформации // Инженерная геология. 2015. № 2. С. 12-16.
11. Середин В.В., Красильников П.А., Чижова В.А. Влияние вязкости поровой жидкости (углеводородов) на модуль деформации глины // Инженерная геология. 2015. № 4. С. 60-63.
12. Середин В. В., Ядзинская М. Р., Красильников П.А. Прогноз прочностных свойств песков, загрязненных углеводородами // Инженерная геология. 2014. № 6. С. 42-47.
13. Текучев Ю.Б., Конашинская Е.П. О полевых испытаниях грунтов штампами малой площади // Инженерные изыскания. 2010. №8. С.24-25.
Актуальность. Модуль общей деформации является одной из основных характеристик грунтов. Он используется в расчетах осадок фундаментов, устойчивости сооружений на подрабатываемых территориях и др. Широко распространенный метод компрессионного сжатия дает заниженные значения модуля деформации, поэтому в практике широко используются полевые методы определения модуля деформации. Однако, они являются трудоемкими и дорогостоящими. В том случае, когда на объекте необходимо провести большой объем штамповых испытаний или когда необходима информация в труднодоступных районах, необходимо разработать методику сокращения объема полевых работ, обеспечивающую получение надежной и достоверной информации.
Объект исследований: территория дожимной компрессорной станции нефтяного месторождения.
Идея, положенная в основу данной работы заключается в том, что первоначально изучается геологическое строение участка исследований, после чего проводится районирование, выделяются таксоны (ключевые участки). Для каждого таксона проводят определение модуля деформации компрессионным и штамповым методом. Затем рассчитывается корректировочный коэффициент для каждого таксона, и по данным компрессионного сжатия прогнозируется модуль деформации для территорий со сходными инженерно-геологическими условиями.
Оценка инженерно-геологических условий. В геологическом строении площадки проектируемого строительства принимают участие четвертичные аллювиальные отложения, перекрытые с поверхности техногенными грунтами. Коренные породы выработками до глубины 15,0 м не вскрыты.
Геолого-литологический разрез представлен (сверху вниз): насыпной грунт (ИГЭ 1) представлен песком мелким коричневым, средней плотности, малой степени водонасыщения, с включениями гравия и гальки до 3-12%, реже дресвы доломита до 5%, участками с частыми прослоями суглинка полутвердого. Грунт слежавшийся, отсыпан сухим способом, давность отсыпки — менее 5 лет. Слой встречается на площадке с поверхности повсеместно. Мощность 1,4-1,7 м. В период изысканий грунт до глубины 0,4 м сезонномерзлый. Показатели физико-механические свойств ИГЭ 1 приведены в таблице 1.
Показатели физико-механических свойств насыпного грунта: песка мелкого малой степени водонасыщения (tQ) ИГЭ 1